Конструкция печи для термообработки металла

Обновлено: 07.01.2025

Проходная термическая печь по принципу работы соответствует нагревательной проходной печи, но в силу некоторых причин для нагрева металла под деформацию не используется.

Основные типы узкоспециализированных проходных термических печей: конвейерная печь, роликовая печь и протяжная печь. Из этих печей конвейерная и роликовая печь могут быть применены для нагрева металла, но не используются по экономическим соображениям, т.к. имеют большие потери теплоты с транспортирующими устройствами (конвейер и ролики охлаждаются: конвейер – на воздухе, а ролики – водой или воздухом), а элементы конвейера и ролики имеют низкую стойкость при высоких температурах.

С другой стороны, обычные нагревательные печи (печи с шагающим подом, кольцевые печи, секционные печи и др.) используются при термической обработке металла с некоторыми изменениями в конструкции, такими, как замена горелок, исключение контакта металла с факелом, повышение герметичности кладки и т.п.

Конвейерная печь

Конвейерная печь – печь, снабженная внутренним конвейером (ленточным, люлечным, цепным, скребковым), перемещающим нагреваемые изделия от загрузочного отверстия печи к выгрузочному. В металлургии конвейерная печь чаще всего имеет цепной конвейер. Металл в такой печи нагревается до температуры 850¸900 °С и реже до 1000-1050 °C. Эта температура ограничена сверху стойкостью конвейерной цепи и определяется маркой стали цепи.

Круговое движение цепи происходит за счет зубчатых колес (звездочек), расположенных в противоположных концах печи за пределами рабочего пространства.

В качестве примера на рисунке 9.17 показана конвейерная печь. Особенности печи:

а) нагрев и изотермическая выдержка рельсов;

б) наличие инжекционных горелок в подподовых каналах;

в) плоский подвесной свод;

г) прямо-противоточный режим работы.

Печь работает следующим образом. Рельсы длиной 25 метров подаются рольгангом к торцу загрузки (на рисунке 9.17 – справа) и передаются с рольганга на цепной конвейер. Проходя первую половину печи, рельсы нагреваются движущимися навстречу продуктами сгорания топлива до 450‑600 °С. Во второй половине печи продукты горения движутся в одном направлении с металлом и таким образом поддерживается достигнутая температура металла. При выходе из печи рельс передаётся с цепного конвейера на отводящий рольганг.

Продукты горения образуются от сжигания топлива в подподовых топках с использованием инжекционных горелок. По длине печи имеются две топки, а по ширине печи – около 15 топок. Соответственно длина печи около 13 метров, а ширина около 27 метров. Дым поступает в рабочее пространство печи через специальные отверстия в сводиках подподовых топок, омывает рельсы, двигающиеся на конвейере, и через металлические дымоотводы окна посада и окна выдачи удаляются на дымовую трубу. Дым не используется для подогрева воздуха и газа. Печь отапливается коксодоменной смесью с теплотой сгорания 5500 кДж/м 3 .

Недостатки конвейерной печи: 1) большой вынос теплоты из рабочего пространства элементами цепи; 2) низкая стойкость цепи; 3) неравномерный прогрев металла в месте контакта с цепью.

1 ‑ газопровод; 2 ‑ горелка; 3 ‑ отводящий рольганг; 4 ‑ дымоотбор; 5 ‑ держатели подвесного свода; 6 ‑ дымовой канал; 7 ‑ рабочая площадка; 8 ‑ смотровое окно; 9 ‑ отверстия в своде подподовой топки; 10 ‑ подподовая топка; 11 ‑ подводящий рольганг; 12 ‑ привод; 13 ‑ цепь; 14 ‑ канал для возврата цепи

Рисунок 9.17 – Схема конвейерной печи

Роликовая печь

Роликовая печь – проходная печь непрерывного действия, подина которой состоит из большого числа вращаемых специальным приводом роликов, выполненных из жаропрочной стали или водоохлаждаемых. Роликовые печи отапливаются, главным образом, газообразным топливом с использованием большого числа горелок или радиационных труб, расположенных на продольных стенах печи выше и ниже роликов; существуют также электрические печи. Роликовые печи применяют для термической обработки металлических изделий и, реже, для нагрева металла перед горячей обработкой давлением.

Преимущество роликовой печи перед другими печами проходного типа одно: роликовая подина наилучшим образом соответствует условиям поточного производства, т.к. она легко встраивается в цеховые рольганги.

Самым ответственным элементом роликовой печи являются ролики. Их стойкость зависит от температуры в печи и ширины печи. Печи с температурой газа 800-1000 °С оснащают неохлаждаемыми роликами, а с температурой 1000-1200 °С – роликами с водоохлаждаемым несущим валом, пространство между которым и бочкой заполнено теплоизолятором. В любом случае в роликах охлаждают цапфы (цапфа – часть оси или вала, опирающаяся на подшипник). В подавляющем большинстве случаев ролики делают водоохлаждаемыми, с гладкой бочкой из жаропрочной хромоникелевой стали. Во избежание деформации бочки ролика, он должен вращаться постоянно, – остановки допустимы не дольше, чем на 3-4 минуты.

Кладка рабочего пространства печи выполняется из шамотного кирпича (внутренний слой) и любого теплоизоляционного материала (наружный слой).

Пример роликовой печи приведен на рисунке 9.18. Печь предназначена для нагрева под закалку листов, пачек листов и сортового проката. Габариты рабочего пространства 2´2´20 метров. В отличие от обычных конструкций термических печей, в данной конструкции горелки создают факел прямо в рабочем пространстве, т.е. отсутствуют форкамеры, радиационные трубы и подподовые топки. Такая конструкция больше подходит для нагрева металла перед деформацией, но в отдельных случаях с особой осторожностью может использоваться и для сложной термообработки типа отжиг. Потенциальные возможности данной печи для проведения качественной изотермической выдержки заложены в двустороннем по длине печи дымоотборе и организации прямо-противоточного режима тепловой обработки металла в среде продуктов горения.

Печь работает следующим образом. Металл для термообработки поступает на приемный стол прямо с рольганга, если печь встроена в технологическую линию, или подаётся краном (например, пачки листов). Заслонка торца посада открывается и металл заходит в печь в дополнение к имеющейся садке; заслонка опускается. Металл постепенно проходит по постоянно вращающимся роликам и нагревается до необходимой температуры (1150 °С). Благодаря боковому расположению горелок, возможен не только простой нагрев под закалку (нормализацию) или высокий отпуск, но и более сложный изотермический отжиг (нагрев до 750-800 °С, выдержка, охлаждение до 600-700 °С, выдержка).

После завершения термообработки готовый металл выдаётся на рольганг выдачи, соединённый с камерой ускоренного водяного охлаждения (закалка). Таким образом, печь постоянно пополняется холодным металлом и постепенно выдаёт нагретый металл.

1 ‑ приёмный стол; 2 ‑ механизм подъёма заслонки; 3 ‑ площадка для обслуживания термопар; 4 ‑ горелки; 5 ‑ ролики; 6 ‑ отверстия для термопар; 7 ‑ дымовой боров; 8 ‑ подвод и отвод охлаждающей воды;

9 ‑ устройство для вращения роликов

Рисунок 9.18 – Схема роликовой печи

Продукты горения топлива образуются непосредственно в рабочем пространстве печи от работы двухпроводных пламенных горелок. Приблизительно до середины печи дым идёт навстречу металлу (в противотоке), а далее в прямотоке. Дым удаляется из печи вниз по вертикальным каналам в районе торцов печи, далее соединяется в единый поток, проходит рекуператор для подогрева воздуха и через дымовую трубу выбрасывается в атмосферу.

Протяжная печь

Протяжная печь – печь непрерывного действия для термической или химико-термической обработки металлической полосы (ленты) или проволоки, а также для нагрева штрипсов станов непрерывной печной сварки труб (штрипс – стальная полоса, используемая в качестве заготовки для производства сварных труб).

По конструктивному признаку протяжные печи делят на горизонтальные (одно- и многоэтажные) и вертикальные (башенные). Полосу протягивают в одну (однорядные протяжные печи) или несколько (многорядные протяжные печи) ниток. В протяжной печи для патентирования (патентирование – вид термообработки проволоки, при котором сталь нагревают до 870-950 °С, а затем быстро охлаждают в ванне до 500 °С, после чего охлаждают на воздухе) проволоку протягивают горизонтально в несколько ниток (до 24). Протяжные печи отапливаются газовым топливом, иногда мазутом; имеются протяжные печи с электрообогревом.

Отжиг металла в протяжных печах имеет ряд преимуществ по сравнению с отжигом в колпаковых печах:

- сокращение длительности отжига;

- более высокие механические свойства и качество поверхности за счёт высокой равномерности нагрева металла;

- включение отжига в непрерывный процесс очистки металла, травления, нанесения различных покрытий и т.д. За счёт этого ликвидация затрат на транспортировку рулонов от агрегата к агрегату и промежуточным местам складирования.

Однако не любой металл можно пропускать через протяжные печи. Например, в вертикальных печах можно обрабатывать ленту толщиной до 1 мм из-за частых перегибов, а в горизонтальных печах – до 4-6 мм (протяжка прямолинейная, без перегибов). Достоинство вертикальных печей – меньшая производственная площадь и выравнивание поверхности ленты, которая перед термообработкой может быть волнистая или с помятостями.

В качестве примера на рисунке 9.19 приведена схема линии для отжига жести (для справки: жесть – тонкая малоуглеродистая сталь), имеющая в своем составе вертикальную протяжную печь.

В начале линии находятся два разматывателя рулонов. Один работает, а соседний готовится. Лента должна проходить через печь непрерывно без остановок, длина ленты достигает 1 км, а скорость – 10 м/с. Поэтому когда заканчивается лента на одном разматывателе, то обрезается задняя кромка этой ленты и кромка фиксируется на сварочной машине за счет подъема нижних роликов петлевой башни. Петлевые башни можно назвать буферами между печью и другими механизмами. В линию задается передний конец нового рулона, обрезается его кромка и на сварочной машине свариваются концы предыдущего и нового рулонов. Лента получает прежнюю скорость за счет опускания роликов петлевой башни. В процессе движения поверхность ленты очищается в специальной ванне, промывается, высушивается и после прохода петлевой башни попадает в протяжную печь, состоящую из камеры восстановительного нагрева, камеры выдержки, камеры регулируемого охлаждения и камеры ускоренного охлаждения. Размеры печи: высота 15-20 метров, ширина 30-40 метров, толщина около 1,5 метра. Набор камер может быть разный на разных печах. Например, могут быть добавлены камера подогрева, камера нагрева продуктами неполного горения (т.е. камера безокислительного нагрева), камера для нанесения покрытий.

1 ‑ разматыватели рулонов; 2 ‑ тянущие ролики; 3 ‑ ножницы для обрезки концов ленты; 4 ‑ сварочная машина для сварки концов; 5 ‑ ванна с раствором для очистки ленты; 6 ‑ моющее устройство; 7 ‑ устройство для осушки ленты струями воздуха; 8 ‑ петлевые башни; 9 ‑ ножницы для вырезки сварных швов; 10 ‑ сматыватели; 11 ‑ натяжные устройства; 12 ‑ регулятор натяжения ленты; 13 ‑ камера восстановительного нагрева; 14 ‑ камера выдержки; 15 ‑ камера регулируемого охлаждения; 16 ‑ камера ускоренного охлаждения

Рисунок 9.19 – Схема линии для отжига жести с вертикальной

После печи располагается еще одна петлевая башня с поднимающимися и опускающимися нижними роликами, служащая для накопления металла на то время, пока ножницы вырезают сварной шов и происходит переключение с одного сматывателя на другой.

Камера восстановительного нагрева предназначена для нагрева металла до максимальной температуры, требуемой по технологии. В качестве нагревательных устройств камеры восстановительного нагрева обычно используются радиационные трубы. В камере выдержки технологический процесс поддерживается, например, электрорадиационными трубами, располагаемыми вдоль стен кладки. Задача электрорадиационных труб – компенсация тепловых потерь через кладку. В качестве охладителя камеры регулируемого охлаждения обычно используется рассредоточенная система труб, внутри которых пропускается воздух. В камере ускоренного охлаждения охладителем может быть система трубок струйного охлаждения, из множества отверстий которых на ленту истекает восстановительный газ.

Протяжная печь обычно заполнена защитной атмосферой, состоящей из азота и водорода, как продуктов диссоциации аммиака. Наиболее распространена нейтральная атмосфера: 4% Н₂ и 96% N₂. Содержание кислорода допускается не более 0,01-0,02%. Защитная атмосфера отсутствует в камере подогрева, в которой дожигаются продукты неполного горения камеры безокислительного нагрева.

Наиболее энергоемкой частью протяжной печи является камера восстановительного нагрева (рисунок 9.20). Габариты камеры: высота 15‑20 метров, длина 7‑10 метров, ширина около 1,5 метра. Камера восстановительного нагрева наполнена защитной атмосферой, поэтому обогревается радиационными трубами. В отличие от колпаковой печи здесь закрыт муфелем огонь, а не металл.

1 ‑ лента; 2 ‑ тамбур между камерами нагрева и выдержки; 3 ‑ окна с герметичными люками; 4 ‑ рабочие площадки; 5 ‑ радиационные трубы; 6 ‑ люки для заправки ленты; 7 ‑ ролики; 8 ‑ газо- и воздухопроводы; 9 ‑ дымоходы; 10 ‑ герметизирующий механический затвор

Рисунок 9.20 – Камера восстановительного нагрева

вертикальной протяжной печи

Камера восстановительного нагрева работает следующим образом. Лента входит через нижнее отверстие в камеру восстановительного нагрева и, проходя между роликами вверх-вниз, нагревается от радиационных труб излучением. Конвективная составляющая теплообмена мала, т.к. принудительного движения защитной атмосферы не предусмотрено. Температура нагрева ленты постоянно контролируется или контактными (скользящими) термопарами или пирометрами или сочетанием этих способов. На выходе из камеры восстановительного нагрева лента с температурой 700-800 °С попадает в разделительный тамбур и далее в камеру выдержки. Радиационные трубы камеры восстановительного нагрева работают под разрежением на газовом топливе с встроенным рекуператором. Температура дыма на выходе из трубы 700-800 °С. Дым улавливается зонтами – воронками, которые рассчитываются таким образом, чтобы подсасываемый воздух разбавлял дым до 400 °С. Это необходимо для устойчивой работы дымососа. Дым от всех радиационных труб собирается вместе и удаляется через дымовую трубу в атмосферу.

Недостатки вертикальной печи:

- низкий уровень развития процессов теплообмена в камере восстановительного нагрева. Коэффициент излучения составляет только 1,5‑2 Вт/(м 2 ×К 4 ), в то время как в нагревательных печах он равен 3,5‑5 Вт/(м 2 ×К 4 ). Доля теплоты, передаваемая конвекцией, не более 10‑20%. В конечном итоге камеры восстановительного нагрева являются очень громоздкими;

- при обработке отдельных типов стали (электротехническая и др.) на поверхности бочек роликов образуются наросты, которые царапают ленту и приводят к браку. Специальные покрытия бочки оксидом циркония уменьшают наросты, но и удорожают ролики;

- повышенные тепловые потери с дымом при форсированных режимах работы печи.

Контрольные вопросы

1 Каково назначение нагревательных печей?

2 Что такое нагревательный колодец? Каковы режимы нагрева металла в нагревательных колодцах?

3 Особенности тепловой работы регенеративных нагревательных колодцев?

4 Особенности тепловой работы рекуперативных колодцев с отоплением из центра подины?

5 Особенности тепловой работы рекуперативных колодцев с верхней горелкой?

6 Что такое методические печи? Каковы режимы нагрева металла в методических печах?

7 Виды методических печей в зависимости от способа перемещения заготовок в печи?

8 Конструкция и принцип действия кольцевых печей?

9 Конструкция и принцип действия секционных печей?

10 Каковы режимы термообработки?

11 Какие существуют виды термических печей?

12 Каковы виды и особенности тепловой работы камерных термических печей?

13 Каковы виды и особенности тепловой работы проходных термических печей?

Конструкция печи для термообработки металла

Работая с металлами, предприятиям требуется профессиональное оборудование, позволяющее расплавлять или наоборот закалять материалы. Для этого обычно применяют промышленные печи для термообработки, воздействующие на металлические конструкции сверхвысокими температурами. Рассмотрим, какие бывают виды печей для термообработки.

Печь для термообработки

Печи для термообработки – устройства, применяемые для термической обработки стальных, бронзовых, алюминиевых изделий. Благодаря особенностям термоустойчивой конструкции, операторы могут не травмировавшись наблюдать за процессом расплавки металла, т. к. оборудование имеет жаростойкое экранирование, выдерживающее температуру накала до 2000˚ и дающее возможность видеть, что происходит внутри камеры.

Виды печей термообработки

Литейные заводы, металлургические цеха и предприятия оснащены различным термическим оборудованием, позволяющим проводить работы с металлами. По сути, камеры термопечей имеют одинаковое целевое назначение и принцип работы, но всё же имеют некоторые отличия. Рассмотрим, каковы бывают разновидности печей для термообработки стали, алюминия, меди.

Шахтные печи для термообработки металла

Производители данного оборудования рекомендуют купить шахтные печи для термообработки предприятиям, нуждающимся в закалке, отпуске, отжиге цветных и чёрных металлов. Особенностью данного устройства является возможность осуществлять расплавку или отжиг по высокоэффективной технологии с высокой точностью и скоростью переноса обрабатываемого объекта в среду закалки.

Чаще всего шахтные термопечи устанавливают в кессоны или приямки. Неглубокие печи допустимо устанавливать на полу, но высокие печи требуют установки дополнительного перекрытия. Шахтные печи изготовлены в виде барокамеры, внутрь которой помещают обрабатываемое сырьё. Они могут работать от:

Сжигания газа.
Электричества.
Твёрдого топлива.

Это зависит от модели приобретённого устройства и возможности подключения к электросети или к газу. Кроме того, устройства позволяют обрабатывать крупногабаритные поковки и длинномерные изделия из стали в любой атмосфере: водородной, азотной, вакуумной и пр.

Камерная печь для термообработки

Камерные печи подходят для термообработки малогабаритного металла или деталей мелкого/среднего размера. Такие устройства являются высокоэффективными, в качестве самостоятельного оборудования и в комплексе с несколькими другими печами и закалочным блоком, камерами отпуска/мойки и пр. Часто встречаются такие устройства в комбинации с охладительными баками, делающими изделия после отпуска более жёсткими. Особенностью таких конструкций является то, что они самостоятельно выполняют транспортировку изделий из одного бака в другой и имеют на весь комплекс камер один погрузочно-разгрузочный блок.

Вакуумные печи для термообработки

Вакуумные печи для термообработки относятся к самым востребованным термически устойчивым печам. Благодаря им операторы спекают, спаивают материалы, а также отжигают, закаляют и подвергают отпуску. Внешне они выглядят как камеры округлой или прямоугольной формы, имеющие специальное термоустойчивое стекло, позволяющее видеть, что происходит внутри рабочей камеры.

Основным элементом данной конструкции является вакуумный насос. Данная комплектующая создаёт внутри конструкции вакуум, благодаря чему появляется давление и излишний воздух выходит наружу.

Следовательно, работая с таким устройством, операторы подвергают металлы таким условиям:

Вакууму.
Давлению.
Экстремальной высокой температуре.

В результате опытные специалисты получают чистый сплав, не имеющий в своём составе излишних воздушных примесей.

Печи с выдвижным подом для термообработки металла

Такие устройства позволяют обрабатывать единоразово до 100 кг. сырья. Обычно на такие конструкции загружают металлы не вручную, а при помощи кранов. Чаще всего такое оборудование устанавливаются в крупногабаритных литейных цехах и промышленных предприятиях. К минусам этого устройства относятся большие габариты устройства и теплопотери.

Печи с выкатным подом являются наиболее востребованными для таких манипуляций:

Отжига.
Закалки.
Аустенитизации.
Отпуска.

Иногда такое оборудование применяют для нагрева металлических изделий перед ковкой, но в этом случае погрузку и изъятие конструкций из печи выполняют роботами и манипуляторами. Чтобы осуществить равномерный нагрев содержимого включают вентиляторы, циркулирующие горячий воздух внутри камеры. Но главное, каждая из описанных выше печей используется для проведения лабораторных исследований, поэтому также их называют ещё и лабораторными печами для термообработки.

Термические печи. Характерные режимы термообработки

Термическая печь – печь для термической обработки металлических изделий. Термические печи классифицируются по технологическим признакам и назначению (закалочные, отжигательные, цементационные и др.), по способу нагрева (электрические, пламенные, косвенного нагрева), по среде рабочего пространства (воздух, газовая контролируемая среда, жидкая среда), по конструкции (камерные, колпаковые, ванные и т.д.), по режиму работы (периодического и непрерывного действия).

В процессе термической обработки повышается качество изделий или сообщаются дополнительные свойства, что обеспечивает сокращение расхода металла в процессе эксплуатации. Термической обработке подвергаются все виды горячекатаного и холоднокатаного проката: лист, уголок, проволока, рельс, труба, швеллер, лента и др.

Виды термической обработки:

1) сортовой прокат – полный и изотермический отжиг, нормализация, закалка (патентирование);

2) горячекатаный лист: а) нормализация или закалка с последующим отпуском; б) отжиг или высокий отпуск;

3) рельсы – нормализация, изотермическая выдержка, отпуск;

4) холоднокатаный лист и лента – рекристаллизационный отжиг.

Все виды термообработки можно разделить на две большие группы:

1) простой нагрев до определённой температуры с последующей выдачей на воздух (нормализация) или в жидкие среды (закалка). Пример режима – на рис. 9.13а;

2) нагрев до определённой температуры с последующей длительной изотермической выдержкой и, в завершение, регламентированным охлаждением или охлаждением вместе с печью (отжиг). Пример режима – на рис. 9.13б.

Для нагрева под нормализацию и закалку применяют нагревательные проходные печи всех типов, описанных ранее. Кроме этих печей применяют специализированные проходные и камерные печи, предназначенные для термической обработки конкретных видов продукции.

Для нагрева под отжиг применяют камерные печи и для отдельных видов продукции – протяжные печи непрерывного действия (отжиг ленты, полосы, проволоки).

а ‑ закалка (индекс "з") и нормализация (индекс "н") в проходной печи; б ‑ отжиг в камерной печи; t_г ‑ температура дыма; t₀ ‑ начальная температура металла; t_п ‑ температура поверхности металла; t_с ‑ температура середины металла; q_п_t ‑ плотность теплового потока на поверхности металла в процессе нагрева

Рис. 9.13 – Характерные режимы термообработки в термических печах

Специализированная на термической обработке печь должна обеспечивать заданный технологией температурно-временной режим обработки изделия и высокую равномерность нагрева изделия. Обычные нагревательные печи не всегда в состоянии обеспечить необходимую в термообработке равномерность и точность нагрева. Так, при нагреве слитков под обработку давлением удельный перепад температуры в конце нагрева должен быть не более 100-300 °С на 1 метр толщины, а при нагреве заготовок – не более 1000 °С на 1 метр толщины. Как при нагреве слитков, так и заготовок абсолютное значение перепада температуры составляет 50-70 °С. При термической же обработке металлопродукции перепад температуры по сечению в конце режима термообработки чаще всего должен вообще отсутствовать или составлять не более 5‑10 °С. Когда говорят о перепадах температур, то в термических печах подразумевают перепад не по сечению, а по объему садки металла. Фактически – это разброс температуры по объему садки. Его величина обычно составляет 5‑10 °С, в то время как в нагревательных печах разброс температур может быть 80‑100 °С и больше. Поэтому и говорят, что при термообработке очень жесткие требования по равномерности нагрева.

В качестве примера рассмотрим самые распространённые пламенные термические печи из всего многообразия пламенных и электрических печей. Особенность пламенных печей – они отапливаются газом. Мазут и твёрдое топливо практически не используются.

Составление материального и теплового балансов термических печей имеет особенность, связанную с почти полным отсутствием окисления металла в процессе нагрева из-за малого уровня температур. Фактически материальный баланс можно свести к материальному балансу горения топлива, рассчитанному или на 1 кг топлива, или на 1 м 3 топлива, или на 1 Дж химической энергии топлива. Ориентировочный материальный баланс термической печи приведен в табл. 9.5.

Таблица 9.5 – Ориентировочный материальный баланс процессов в рабочем

пространстве термической печи (кг/м 3 топлива и кг/МДж

Приход	кг/м 3 топл.	кг/МДж топл.	Расход	кг/м 3 топл.	кг/МДж топл.
1. Топливо (природный газ)	0,8	0,022	1. Продукты горения	13,8	0,381
2. Воздух для горения топлива	13,0	0,359
Итого	13,8	0,381	Итого	13,8	0,381

Тепловые балансы термических печей похожи на балансы соответствующих нагревательных печей, хотя существуют некоторые особенности, которые будут даны при рассмотрении этих печей.

Экономия для кузнеца: делаем муфельную печь для закалки металла своими руками

Муфель обладает свойством сохранять металл от прямого контакта с топливом или газами. Печи со стационарной нагревательной камерой и сменными муфелями работают по схожему принципу.

Методы для закалки металла

Существует несколько способов обработки металлов с помощью данного устройства:

Термообработка: отжиг, закалка, отпуск, состаривание.
Работа с ценными материалами, переплавка металлов, когда использование открытого огня недопустимо.
Для получения ровного тона поверхности, особенно при обработке керамики(высокохудожественной) используется муфельная печь.
Сушка диэлектриков.
Кремация, сжигание до минеральных компонентов.

Как работает муфельная печь?

Для того, чтобы понять, как работает устройство для закалки металла, происходит процесс взаимодействия различных элементов, рассмотрим внимательно ее строение:

Корпус печи. Если осталась старая газовая плита, с встроенным духовым шкафом, то она прекрасно подойдет для основы устройства. Лучший размер для такого духового шкафа: 70см-50см-60см. Такие габариты удобны для работы с термообработкой.

Внимание! Если вы решились использовать как основную конструкцию бывшую газовую плиту, то произведите демонтаж пластиковых составляющих. Иначе произойдет расплавление всех материалов.

Внутренний слой. Непосредственный контакт с поверхностью топки. Коэффициент полезных действий зависит от этой части конструкции, поэтому использовать следует огнеупорный шамотный кирпич.

Фото 1. Огнеупорный шамотный кирпич - обязательный элемент для внутреннего слоя при изготовлении печи своими руками.

Внешний слой. Его цель – сокращение потерь передачи тепла. Широко используются перелит и базальтовая вата для достижения эффекта.

Совет! Не используйте асбест как внешний слой. Нагреваясь, этот материал выделяет канцерогены.

Нагрев рабочего пространства. Спирали, созданные из нихромовой или фехралевой проволоки, отвечают за процесс нагревания всей газовой плиты. Лучше использовать фехралевые, так как они более пластичны, но нихромовые – дешевле.

Устройство для плавки алюминия и меди

Легкоплавкие металлы отличаются хрупкостью. Важно соблюдать схемы работы с данным типом металлов.

Так, например, для плавления меди или алюминия, муфельная печь должна разогреться до 1083, а для плавления бронзы – 930 по Цельсию.

Эти материалы среди остальных легкоплавких имеют самые высокие показатели температуры плавления.

Значит, напрашивается вывод: для работы с легкоплавкими металлами необходима печь, разогревающаяся максимум до 1100 градусов.

Нюанс! Для крупного литья при работе с легкоплавкими металлами устанавливается горн. А плавить металл можно в емкости с «носиком» (тигель). Так легче всего предать ему в последующем форму.

Этапы работы с легкоплавкими материалами

Прокалка печи для заливки на температуре 600 градусов.
Погружение формы.
Нагревание температуры до 900 градусов.
Засекаем время пребывания формы в печи – 120 минут.
Вынимаем форму и остужаем до 500 градусов.
Легкоплавкий материал помещается в форму.

Плавка золота

Тугоплавкие металлы, например, золото, в работе отличаются высокой температурой плавления. Так, для успешного решения задачи, необходимо будет разогреть печь до 1300 градусов, при условии того, что мы работаем со сталью (по другим материалами надо смотреть коэффициент тугоплавкости).

Необходимо учитывать фактор материалов растопки. Так, протопить печь можно всеми бытовыми ненужными материалами, исключая токсичные, то есть выделяющие ядовитые вещества в процессе горения.

Этапы работы с тугоплавкими материалами

Индукционная муфельная печь своими руками

Муфельные печи – это конструкция, необходимая для творчества ювелиров, кузнецов, других мастеров, работающих с керамикой, с закалкой стали. Обычно индукционная муфельная печь для плавки дорогостоящая, но есть возможность сделать ее своими руками.

Необходимые материалы и инструменты

Изготовление конструкции

Монтаж основной части. На внутренних сторонах шамотных кирпичей выпиливаем поперечные отверстия. Они служат для установки нагревательной спирали. Такие пазы увеличивают объем печи, то есть внутреннего пространства, с которым работать эффективнее. Кирпичи складываем и закрепляем в форме призмы. Ликвидируем щели.
Изготовление стенок. Используемые материалы: кантал, фехраль, нихром. Устанавливать материалы можно совершенно любым способом, но лучше сложить их кругом. Так, не будет перепада температур, так негативно влияющих на процесс термической обработки.

Фото 2. Основная часть муфельной печи собирается из шамотных кирпичей, в которых выпиливаются отверстия.

Установление теплоизоляции. Эффективность зависит от степени удерживания температуры внутри конструкции. Сама теплоизоляция - это смесь, состоящая из 0,8 частей цемента и 0,2 частей перлита. Смесь между призмой и стенками должна настояться около 48 часов.
Изготовление дна. Создаем изогнутую заготовку для нижней части изделия, прикрепляем четыре маленьких кусочка стальной трубы – это ножки, на которые будет опираться печь. Внутрь изделия наливаем цементную смесь, после застывания прикладываем проволоку в виде сетки, для создания ровного и одномерного слоя. В конце наносим тальк.
Изготовление крышки. Одного размера с дном создаем заготовку, прикрепляем к нему ручки. Крышку заполняем раствором с цементом и перелитом.
Изготовление спирали. Нихромовую проволоку с сечением 0,1 см и прут из железа радиусом 3 мм. После снятия с прута проволоки получаем спираль. Витки не должны соприкасаться. Готовая спираль помещается в прорези, сделанные на первых этапах производства.

Фото 3. Спираль из нихромовой проволоки помещается в специальные прорези в огнеупорных кирпичах таким образом, чтобы витки не соприкасались.

Сборка и сушка печи. Собираем все элементы печи, устанавливаем их и просушиваем. Сушить изделие положено в хорошо продуваемом и вентилируемом месте. Применение нагревательных приборов в процессе сушки строго-настрого запрещено.

Внимание! В процессе создания необходимо с аптекарской точностью соблюдать все пропорции, указанные выше. Точно, скрупулезно, внимательно работать с каждым материалом, проверять его на наличие дефектов. Главная сложность - принципиальное выполнение инструкций.

Полезное видео

Видеосюжет, в котором представлен один из вариантов создания муфельной конструкции для закалки металла.

Муфельная печь – универсальный помощник

Муфельная печь – это устройство, которое упростит жизнь тем, кто работает с металлами. Это практически незаменимый инструмент. Сегодня современные муфельные устройства – это дорогая техника, со своими нюансами, сложностями и особенностями.

Легче сделать это своими руками, тем самым уберечь себя от заводского брака, понять технологию производства, получить новый опыт, необходимый для развития.

Ознакомьтесь с товарами по теме

Поделись с друзьями!

Мне не верится, что такое приспособление можно сделать из нихромовой проволоки. Идея кузнечного горна давно уже крепко засела в моей голове, но он очень шумит и большой расход газа, если делать его на газу, а вот муфельная печь! Мне сама идея очень понравилась на электричестве! Это альтернатива, да еще какая. Расчет проволоки произведу по онлайн калькулятору, это важно потому что нихром не самый дешевый материал и лишнее электричество жечь не выгодно! Получилось при сечении 0.3 провода необходимо 6 метров, изготовлю спираль и как написано в статье уложу в заранее выбранные полости в огнеупорных кирпичах.

Совсем недавно мастерил у себя в гараже бюджетную муфельную печь. Собирал практически из хлама.
Корпус из железной емкости для воды. Сделал разметку и разрезал корпус на 2 части. Одна пошла на основание, а другая на дверку и заднюю стенку. Затем приварил 15-е уголки, чтобы основательно приварить заднюю стенку с корпусом. Прежде были просверлены 2 отверстия в уголке. Всего 8 уголков, по 4 на каждую сторону.
Теплоизоляция шамотный кирпич, который выдерживает температуру 800 градусов. Для щелей использовал асбест. Поверхность выравнивал с помощью обычного полотна. Затем обложил кирпичом весь корпус и приступил к подгонке, дабы избежать щелей и зазоров. Щели изнутри заделывал шамотной глиной.
После установил спирали (8 шт) Разметил канавки и довольно быстро вырезал основания (8 канавок, по 2 с каждой стороны) Изоляция от соприкосновения с корпусом. После проведенных манипуляций стянул конструкцию гайками, приварил дверцу для открытия и застежку. Соединил с блоком управления напряжением и ВСЕ готово!

Муфельные печи широко применяются не только для плавки металла, но и для изготовления изделий различного назначения. При этом очень необходимо учитывать , что в процессе работы печи , само помещение тоже прогревается, наполняется продуктами сгорания и принудительная ВЕНТИЛЯЦИЯ таких помещений необходима, знаю из личного опыта, занимался изготовлением ювелирных и керамических изделий.

Муфельные печи для закалки металла – что это такое

Камерные (муфельные) печи - универсальное оборудование для выполнения такого вида термической обработки, как закалка металла.

Закалка – это процесс, повышающий прочностные характеристики металлических изделий и заготовок в результате воздействия на них высокой температуры.

Муфельными называют печи, в которых садка изолирована от нагревательных элементов и веществ, выделяемых при обработке материалов или изделий. С появлением высокотемпературных электронагревателей электрическая муфельная печь стала самым распространенным видом подобного оборудования.

Особенности конструкции муфельных печей

Основными компонентами муфельной печи для закалки металла являются:

Металлический корпус и муфель (рабочая камера), изготовленный из шамота или другого вида огнеупорного материала.
Нагреватели спирального типа, намотанные на керамические трубки и расположенные в пазах муфеля.
Теплоизоляционный материал, заполняющий пространство между рабочей емкостью и корпусом.
Керамическая дверца, на задней стенке – отверстие для использования термопары, позволяющей контролировать температуру.
Автоматический (микропроцессорный) терморегулятор, которым оснащены все современные модели.

Эксплуатационные качества закалочных муфельных печей

Муфельные печи для закалки металла характеризуются:

Трехсторонним обогревом (нагреватели расположены на боковых стенках и поде), который обеспечивает равномерное распределение температуры в муфеле.
Использованием высокоэффективной многослойной изоляции, гарантирующей минимальные потери тепла и экономию электроэнергии.
Наличием плит из огнеупорной (карбидокремниевой) керамики или из жаропрочной нержавеющей стали, которые защищают под печи.
Обеспечением защиты оператора от теплового излучения вследствие использования двери, открывающейся вверх.
Применением индуктивных датчиков, отключающих ток при открытии двери.

На современном рынке муфельных печей представлено множество агрегатов для закалки металлов от разных производителей. Но остановив свой выбор на электропечах SNOL, Вы станете владельцем оборудования с высокими эксплуатационными качествами от производителя. Фирма изготавливает свою продукцию в полном соответствии с предписаниями технических нормативов.

Обращайтесь к специалистам ЛАБОРа, чтобы подобрать печь с самыми подходящими Вам параметрами (объем внутренней камеры, максимально допустимая температура и пр.).

Читайте также: