Муфельная печь
Муфельная печь — специальное термонагревательное оборудование, предназначенное для нагрева каких-либо предметов до сверхвысоких температур. Температура внутри камеры может достигать две тысяч градусов по Цельсию.
Особенность конструкции муфельных печей состоит в отсутствии взаимодействия между нагревающим элементом и предметом, подлежащим обработке сверхвысокой температурой. Таким образом, контакт образца с различными веществами сгорания топлива (газ, сажа или летучая зола) полностью исключается. И, поскольку, муфельные печи активно используются как на производстве, так и в сложных лабораторных исследованиях, то такое изолирование предмета позволяет получать необходимые достоверные результаты в обоих направлениях их применения.
Современные муфельные печи работают от электрического тока, однако для некоторых процессов (например, обжига керамических предметов) еще продолжают использовать газовые муфельные печи.
История создания муфельной печи
Слово «муфель» имеет два варианта происхождения. Первый вариант связан с позднелатинским словом muffla, что означает муфта или глиняный ящик. Во втором варианте присутствуют германские корни: muffel переводится с немецкого либо как «кольцо», либо как «ворчун». Но в обоих случаях они отражают значение муфельной печи.
Муфельные печи не являются каким-то инновационным продуктов последних десятилетий. Идея их создания появилась довольно давно. Первые предпосылки возникновения муфельных печей родились благодаря счастливому случаю, в котором замешаны французская изобретательность и русская смекалка. Во Франции в конце 17 - в начале 18 веков существовала каретная мастерская. Эта мастерская принадлежала семье Жанто, которая на протяжении десятилетий изготавливала дорогие экипажи для ярких представителей аристократии и зажиточной буржуазии. Жанто принадлежала идея изобретения рулевой трапеции. Но испытания заканчивались постоянными неудачами из-за поломок поворотных осей и несовершенной конструкции оси поворотного шкворня.
Однажды в мастерскую зашел русский дворянин с намерением заказать роскошный экипаж по требования Петра Первого, который должен был стать подарком богатому бухарскому хану. Заметив недостаток конструкции представитель русской знати посоветовал сделать цементирование оси специальным материалом, состоящего из измельченных в порошок рогов крупного рогатого скота. И после этого ось обжечь на огне. На выходе получился твердый каленый слой в виде корки. Так появился первый прочный огнеупорный материал - муфель.
Первая муфельная печь была сделана из глины с добавлением измельченных в порошок рогов крупного рогатого скота, когда-то впервые примененным в мастерской Жанто. Да, и сама печь носила соответствующее название «Система сооружения осей». Промышленное изготовление печей началось в начале 19 века. Конечно, с тех пор конструкция устройства значительно изменилась. Но принцип его работы остался прежним: полная изолирование нагреваемого предмета от внешней среды. Первые муфельные печи использовались в производстве керамических предметов, которые требовали обработки при высоких и контролируемых температурах.
В начале 20 века муфельные печи стали применять в лаборатория для утилизации органических материалов и проведения аналитических исследований. Это открывало новые возможности ученым, работающим в области химии и биологии.
Уже к середине 20 века муфельные печи получили широкое применение в производственных процессах. Особенно активно они начали использоваться в обработке металлов и стекла. Благодаря равномерному нагреву получали изделия высокого качества.
Современные муфельные печи состоят из рабочей камеры, где непосредственно происходит нагрев предмета до высоких температур, защитного корпуса с теплоизоляцией, нагревательных элементов, термопары и терморегулятора. Муфельные печи управляются цифровыми дисплеями, с помощью которых программируются необходимые параметры рабочего процесса и функции безопасности. Это делает их надежными и безопасными по сравнению с их предшественниками. Такие муфельные печи играют важную роль как в промышленности, так и в научных исследованиях, позволяя получать точные результаты и создавать новые материалы.
Конструкция муфельной печи
Конструкция муфельной печи со временем претерпело незначительные видоизменения, но принцип ее работы остался неизменным. Основной особенностью строения печи является равномерный нагрев предмета и изолирование его от воздействия внешних факторов.
Конструкция муфельной печи представляет собой полуцилиндрическую камеру, изготовленную из огнеупорного материала, который и является муфелем.
Устройство муфельной печи представлено следующими узлами:
- огнеупорная камера или муфель.
Муфель — основная составляющая печи, в которой происходит термообработка предмета. Поэтому он выполняется из огнеупорных материалов, например керамики или кирпича, в виде полуцилиндра. В зависимости от модификации печи муфель может быть стационарным или сменным.
В зависимости от того, в каком производстве будет задействована печи зависит материал муфеля. Керамическое волокно инертно, поэтому его можно использовать практически для разных процессов: обжиг, плавление и др. Корунд применяется в лабораториях и заводских цехах. Между корпусом и муфелем располагается теплоизоляционный слой. От него зависит эффективность работы муфельной печи и безопасность работы оператора.
Корпус, помимо эстетической функции, играет роль изолятора. Обычно его изготавливают из углеродистой стали. На корпусе расположена дверь, которая благодаря различным уплотнителям герметично закрывается. Внутреннее пространство корпуса выполнен из нержавеющей стали или другого огнеупорного материала. Если муфельная печь крупногабаритная, она устанавливается на специальную металлическую опору. Некоторые модели имеют ролики.
Нагревательные элементы монтируются по всему периметру муфеля в специальных канавках. Их работа (температура и продолжительность действия) регулируется блоком управления. Нагревательные элементы различаются по форме и материалу изготовления. Для производства нагревательных элементов используют жаростойкие материалы: нихром, молибден, тантал, вольфрам, фехраль, платину и т.д. Для муфельной печи они они изготавливаются в виде лент, спиралей и трубок.
Блок управления для регулирования термообработки предмета располагается на корпусе муфельной печи. Современная система управления - это программируемый электронный блок, который имеет ряд преимуществ по сравнению с механическими и аналоговыми. Например, высокая точность температуры, установка времени включения и выключения печи, снятие показаний температуры в любой момент, программирование сложных циклов нагрева и остывания муфельной печи.
Принцип работы муфельной печи
Благодаря простоте и практичной конструкции эксплуатация муфельных печей у подготовленных операторов не вызывает трудностей. Тем более, что наиболее широко применяются электрические печи, которые в отличие от газовых являются более безопасными в работе.
Принцип работы муфельных печей заключается в бесконтактном нагревании предмета через муфель, в который вмонтированы нагревательные элементы. Загружаемый в печь через специальное окошко или дверь предмет (садка) быстро и равномерно нагревается до требуемой температуры, которая может достигать сотни градусов. После термообработки предмет извлекается из камеры и охлаждается. На его место загружают другой образец.
Типы муфельных печей
Классификацию муфельных печей проводят основным техническим характеристикам:
1. Назначение
- Лабораторные используются для проведения научно-исследовательской деятельности и организации учебного процесса
- Промышленные представляют собой крупногабаритные агрегаты, устанавливаемые на промышленных предприятиях
2. Вид конструкции
Классификация муфельных печей по виду конструкции основана на способе загрузки предмета.
- Горизонтальные или камерные печи имеют самую простую конструкцию. На одной из стенок расположена дверца. Через нее происходит загрузка и выгрузка предмета. Нагревательные элементы располагаются на стенках камеры.
- Вертикальные
- Трубчатые печи для поверки термопар. Загрузка и выгрузка предметов осуществляется с помощью специальных механизмов.
- Колпаковые печи используются для работы с крупными предметами. В такой печи муфель отделен от корпуса. Предмет помещают на под в виде поддона и накрывается сверху муфелем словно колпаком, в который вмонтированы нагревательные элементы. Эти печи используются, когда трудно подобрать камеру нужного размера. Колпак намного удобнее переместить к предмету.
- Шахтные или горшковые печи схожи с перевернутыми колпаковыми печами. В верхней стенке корпуса находится крышка, через которую загружают и выгружают предмет.
- Тоннельные печи оборудованы конвейером или интегрированы в конвейер.
3. Тип нагрева
В настоящее время большую часть рынка занимают электрические печи, потому что они являются более практичными и безопасными. Это объясняется тем, что теплота сгорания газа ограничена, а при помощи электричества можно достичь необходимых высоких температур.
4. Температура нагрева
- Низкотемпературные (до 500°С)
- Среднетемпературные ( до 900⁰С);
- Высокотемпературные (до 1400⁰С);
- Сверхвысокотемпературные (до 2000⁰С).
5. Защитная среда
Поскольку в муфельной печи предмет подвергается воздействию высоких температур, то на его поверхности могут образовываться нежелательные вещества.
- Воздушные печи имеют простую конструкцию. В них нагревание предмета происходит в атмосферном воздухе.
- Газовые печи позволяют проводить термическое воздействие на предмет в присутствии инертных газов (аргоны, гелия, водорода) или окислительной атмосфере. В таких печах должна быть предусмотрена система газопроводов.
- В вакуумных печах для создания разряженной атмосферы должен присутствовать вакуумный насос.
6. Объем камеры (от 3 л)
7. Вес (от 18 кг)
Области применения муфельных печей
На сегодняшний день муфельная печь стала достаточно востребованным устройством. Они применяются в различных отраслях производства и научной деятельности. Такое широкое применение объясняется достижением высоких температур, ее регулированием и отсутствие взаимодействия предмета с внешней средой. Поэтому муфельные печи части применяются для термической обработки материалов и стерилизации различных инструментов.
Давайте посмотрим в каких сферах применяются муфельные печи:
- стекольная отрасль: определение свойств сырья, плавление стекла, изготовление разнообразных изделий выдувным формованием.
- керамическое производство: анализ качества керамики при высоких температурах, термический обжиг керамических изделий.
- лакокрасочная промышленность: определение скорости высыхания красок, эмалей и других покрытий для определения их качественных характеристик.
- полимерное производство: оценка химических свойств пластмасс, определение зольности материала
- металлургия: закалка, отпуск, плавка и другие процессы термообработки металлов и сплавов, купелирование руд для обнаружения в них благородных металлов
- ювелирное дело: выплавка ювелирных изделий, плавление драгоценных металлов, эмалирование украшений
- медицина: стерилизация инструментов
- изготовление восковых изделий
- стоматология: высокие температуры позволяют работать с металлокерамическими конструкциями для изготовления зубных протезов
- получение и синтез монокристаллов
- аналитические исследования: быстрое удаление жидкой составляющей из образцов
- кремация и озоление органических веществ
Правила безопасности работы с муфельными печами
Правильная эксплуатация муфельных печей не только обезопасить оператора при с работе с устройством, но и будет способствовать более эффективному ее использованию. Поэтому правила безопасности следует соблюдать во время и после работы муфельной печи.
Перечислим основные моменты безопасной эксплуатации агрегата:
- в помещении, где находится муфельная печь, должны присутствовать медицинская аптечка и средства пожаротушения
- оператор должен носить спецодежду, прятать волосы под головным убором
- заранее необходимо подготовить рабочее место, инструменты и материалы
- камера муфельной печи не должна быть перегружена предметами
- удостовериться в надежном заземлении
- проверить исправность оборудования
- включить вытяжную вентиляцию
- стоять на безопасном расстоянии, вынимая предметы из муфельной печи
- предельно осторожно перемещать обработанные предметы
- по окончании работы дождаться полного остывания оборудования и отключить вытяжку
- не работать с предметами, которые подлежат обработке в муфельной печи
- не использовать оборудование при его повреждении и нарушения контура заземления
- не использовать оборудование при частых сбоях работы электрической сети
Как выбрать муфельную печь
Выбор муфельной печи, в первую очередь, зависит выполнения требуемых задач. А это подразумевает создание определенных условий в камере. В зависимости от этого необходимо обращать внимание целевые характеристики и возможности оборудования. Поскольку муфельная печь является сложным оборудованием, следует учитывать также факторы безопасности.
Выделим основные параметры, которые должны приниматься в расчет, при покупке муфельной печи:
Печи с невысокими показателями нагрева (до 900 градусов) хорошо подходят для обжига керамических изделий. Модели с рабочими значениями 1100-1600 градусов обычно используются на производстве и в лабораториях.
- объем рабочей камеры
- равномерность и скорость нагрева камеры
- рабочее напряжение и напряжение питания. При мощности оборудования 5 кВт подачу питания можно организовать от бытовой сети в 220 В. Но при мощности более 6 кВт необходима уже трехфазная сеть 380 В. В обоих случаях для функционирования муфельной печи требуется выделенная линия электропитания.
- безопасность работы оборудования
- стоимость
- метод загрузки: вертикальный или горизонтальный. Горизонтальные печи более вместительные, а у вертикальных нагрев происходит намного быстрее.
- открытый или закрытый нагревательный элемент. У муфельных печей с закрытым элементом нагрев происходит медленно и равномерно. Закрытый элемент проработает дольше, но в случае ремонта потребуется замена камеры, так как он встроен в муфель. У открытых нагревательных элементов, напротив, нагрев происходит быстрее и присутствует воздействие выделяемых веществ обрабатываемого предмета. Зато его замена осуществляется намного проще.
Преимущества и недостатки муфельных печей
Как и любое оборудование муфельные печи имеют свои достоинства и недостатки.
К преимуществам муфельных печей относят:
- большой выбор габаритов, что позволяет выбрать нужный объем камеры;
- регулируемый и широкий температурный диапазон;
- равномерный прогрев предметов без температурных перепадов;
- высокая скорость остывания предметов после нагрева;
- герметичность камеры снижает тепловые потери и увеличивает эффективность процесса;
- электронное регулирование термопроцессов;
- контроль температуры в любой временной отрезок процесса;
- разнообразие функций;
- пожаробезопасность.
Муфельные печи имеют и недостатки, которые можно назвать особенностями, но они малочисленны:
- высокое потребление энергии;
- температура нагрева камеры не превышает 2500 °С;
- невысокая износостойкость муфеля;
- высокая стоимость;
- оператор должен иметь опыт работы с таким оборудованием.
Вы можете купить муфельные печи Bios в Москве в нашей компании по наименьшей цене.