Существует множество процессов, требующих нагрева до высоких температур, часто осуществляемых в печах различной конструкции. Традиционно — печь, сооружение массивное, энергорасточительное и дорогостоящее. Нередко наличие и габариты рабочей части печи — узкое место в технологической цепочке, определяющее наибольшие размеры изделия или даже саму возможность их изготовления.
Здесь мы говорим о разного рода работах в условиях домашней любительской мастерской, где обычные печные дела — термообработка металлов, литьё из алюминия-бронзы, гончарное дело.
В последнее время появилась ещё одна художественно-техническая забава, где специальная печь — основной инструмент — витражная техника плоского сплавления, т. н. фьюзинг и тесно к ней примыкающая — горячая формовка плоского стекла — моллирование.
С появлением общедоступных и относительно недорогих «лёгких» пористых огнеупоров, печи стали компактнее, проще, дешевле, экономичнее, огнеупоры же мягкие, рулонные, в ряде случаев и вовсе упростили печестроение до чрезвычайности.
▍ К делу
Свою электропечь для домашней мастерской сооружал, в первую очередь, с прицелом на художественное стекло — фьюзинг, моллирование — характерный чемоданный вид и плоский легкодоступный под. Тем не менее прибор получился более или менее универсальный — подогрев, сушка, отжиг стеклянных работ после горелки и т. п., причём точный программируемый ПИД-термоконтроллер позволяет в том числе имитировать теплоёмкую футеровку и «остывание с печью», работать вблизи критических температур, не опасаясь выбега.
Печь выполнена, по большей части, из легкодоступных или отыскавшихся в закромах материалов. Общий её принцип построения аналогичен печам на Фото 2…9 — лёгкий каркас потребной формы и конструкции и мягкий огнеупор, закреплённый изнутри. Площадь рабочей камеры — около формата А3, высота ~120 мм. Нагреватели разбиты на 3 группы и могут включаться как в трёхфазную, так и в однофазную сеть, общая их мощность — 1.5 кВт.
Художественное стекло для фьюзинга плавится при Т около 750 ºС, обычное цветное витражное — градусов на сто больше. Это наши рабочие пределы, выше их печь не эксплуатировалась для уменьшения износа, хотя теоретический потолок определяется свойствами огнеупора и типом термопары.
Печь снабжена специальной металлической отсоединяемой подставкой-столиком с полками для принадлежностей и химикатов. Прибор без труда переносится парой граждан, можно и не слишком спортивных кондиций, без подставки влезает в средний легковой автомобиль и может применяться как разъездной вариант, например, при проведении удалённых мастер-классов и семинаров.
Толщина футеровки печи — 100 мм, проволочные нагреватели — копеечные запасные спирали для электроплитки из хозяйственного магазина. Спирали выровнены и перемотаны под имеющиеся кварцевые трубки, ряд коротких соединений внутри печи сделан сваркой небольшой электрической дугой — графитовый электрод, обратная полярность, сварочный инвертор, настроенный на минимальный ток, кончик скрутки, присыпанный бурой, оплавляется в шарик. Все выводы групп нагревателей выведены на одну боковую сторону. Кварцевые трубки со спиралями крепятся нихромовой проволокой к внешней сетке каркаса и одновременно удерживают теплоизоляцию. Четыре керамические пуговицы — в прошлой жизни теплопроводная изоляция от мощных транзисторов на радиаторах старых, советского разлива, приборов. Удерживают футеровку там, где нет нагревателей.
Блок управления своей печи выполнил на основе сравнительно недорогого специализированного ПИД-термоконтроллера китайского производства — ALTEC PC410. Прибор в основном предназначен для пайки радиоэлементов системы BGA.
Футеровку отжёг на улице, следуя инструкции к огнеупору, тем не менее первые несколько циклов нагрева в мастерской попахивало.
Использование печи по прямому назначению в течение нескольких лет показало её высокую надёжность и удобство в эксплуатации.
▍ Мораль
Мягкие огнеупоры позволяют несложно и незадорого своими руками строить нужные печи, в том числе и довольно экзотического назначения, а электронагрев вкупе с доступными термоконтроллерами — проводить в них весьма сложные и точные процессы.
▍ Литература
1. «Управление нагрузкой на переменном токе» О. Николайчук. Russian HamRadio.
Babay Mazay, ноябрь, 2023 г.
Скидки, итоги розыгрышей и новости о спутнике RUVDS — в нашем Telegram-канале ????
Комментарии (53)
sshmakov
05.12.2023 15:14+4Упрощу - если нет трехфазной сети и нет желания ее заводить ради печи всего на полтора киловатта (мощность электрочайников больше бывает), то достаточно одного твердотельного реле, подключаемого с одной стороны к контроллеру, а к другой - к спиралям. Тогда схема с симисторами не нужна.
И добавлю, что обязательно заземление и весьма желательно УЗО на печи или в щитке - очень просто дотронуться до проволоки спиралей, где они не прикрыты кварцевой трубкой.
Макс. температура определяется не только огнеупором и термопарой, но и используемой проволокой. Обычный нихром из хозмагазина выдержит, наверное, некоторое количество раз ~1000 градусов, но все же постепенно выгорит.
BabayMazay Автор
05.12.2023 15:14+1Конечно здесь трехфазная сеть не обязательна, мощность невеликая. Ее использовал из-за наличия и стремления убрать потенциальное помигивание осветительных лампочек вокруг - ПИД контроллер регулирует нагрев и остывание печи частотой включения всех нагревателей включенных на полную мощность. Мигает ими. Чаще или реже. При подходе к заданной высокой температуре, это, пожалуй, что около 0,5 Гц. Эксперименты не проводил, сделал сразу максимально необременительно для сети - 500 Вт на каждую фазу. Практика показала - мигание такой мощностью при имеющейся проводке абсолютно незаметно.
Разумеется можно применить и готовое "твердотельное реле", здесь его самодельный аналог из имеющихся элементов и материалов. Покупное будет покомпактнее.
Заземление печи есть. УЗО в щитке тоже, хотя и грубоватое - "противопожарное", но на самом деле, дотронутся до оголенных концов спиралей при нашей текущей работе, довольно затруднительно, даже если очень захотеть - они углублены в низкой, нешироко открывающейся крышке, туда не так просто добраться. И потом, при работе со стеклом, печь открывают только два раза - когда загружают собранную работу и когда вынимают ее полностью остывшую. Все остальное время крышка должна быть закрыта во избежание термоудара (стекла). Хотя есть один небольшой период, когда можно внутрь заглянуть без последствий - между оплавлением и отжигом. Именно этот момент на последнем фото.
Да, спирали выгорают и при наших коротких нагревах до 750 градусов, это видно по окалине внутри трубок, но есть запасные и в магазинах, стоят недорого и не так сложно меняются. Но пока держатся, хотя в последнее время витражами мы не занимаемся и печь используется намного реже.
В целом, моя конструкция - не готовый рецепт, который нужно всенепременно в точности скопировать, но вариант. К тому же, я не даром привел еще несколько более или менее родственных приборов - используя принцип, нетрудно спроектировать свою печь для нужных задач и в имеющихся условиях - твори, выдумывай, пробуй!
sshmakov
05.12.2023 15:14Мигание электросети практически полностью пропало после замены провода ввода со старого многожильного 2.5 на свежий одножильный 6 кв.мм.
Подскажите, где вы берете кварцевые трубки?
BabayMazay Автор
05.12.2023 15:14На Авито заказывал, но давно. Некто, сразу нарезал в размер и притупил острые кромки.
Dr_Faksov
05.12.2023 15:14+2А что мешает загерметизировать концы трубок? Тогда окалина будет образовываться намного меньше.
BabayMazay Автор
05.12.2023 15:14М-м-м... Чем, и насколько это будет ремонтопригодно? Были бы нагреватели особо ценные, а так - вся печь собрана в расчете на простой ремонт-замену недорогих ограждения и спиралей.
Dr_Faksov
05.12.2023 15:14+3Я бы еще добавил- сетевые фильтры. Помех он должен давать немеряно. Коммутацию при переходе через "0" МОС3020 не обеспечивает.
V_Scalar
05.12.2023 15:14В школьные годы было увлечение всякой металлической фурнитурой, брелками. Решил заняться литьём для себя а может и на продажу,. На фарфоровый термостойкий стакан намотал нихромовую спираль, далее завернул в листовой асбест и всё это завернул в толстую алюминиевую фольгу. Закрывалась пробкой из асбесты и цемента. Раза 4 плавил латунь, потом спираль прогорела. Следующую спираль пробовал защитить от окисление обмазав глиной, тоже долго не проработала. В промышленных печах спираль лежит просто на полочках ничем не защищённая, а как сейчас борются с прогораанием спиралей?
BabayMazay Автор
05.12.2023 15:14+1Мне кажется, тут несколько другое - спираль прикасается снаружи муфеля очень небольшой поверхностью, при нагревании удлиняется и где-то провисает. Все эти места греют только сами себя и перегреваются. Их бы либо замуровать в муфель, либо поместить внутрь его, чтобы все выделяемое тепло шло в дело. По поводу примененных подручных огнеупоров, навскидку, тоже сомнения, но нужно внимательно разбираться.
V_Scalar
05.12.2023 15:14Я глиной обмазывал, но видимо это просто перегрев стакан нагревался до белого каления. Хотел чтобы спираль была защищена как в трубчатых тенах, там какой-то белый порошок типа магнезии
gekkkon
05.12.2023 15:14+1Асбест с нагретым нихромом (и, возможно, другими нагревательными сплавами) образует какие-то легкоплавкие соеднения, от чего провод пухнет и очень быстро дохнет.
Держите асбестовую теплоизоляцию подальше от нагревателя, и тогда щщасте будет долгим;).
К тому ж асбестовая пыль сильно неполезна для лёгких, и давно уже придумано много других высокотемпературных теплоизоляторов.V_Scalar
05.12.2023 15:14+1А кто проверял что нихром от асбеста пухнет? Вопрос риторический, было это в 88 году, отлил брелок черепушку из латуни, антропологки сказали бы что это новый вид гоминид ????
sim31r
05.12.2023 15:14Толщиной спирали можно бороться с перегоранием. Ниже напряжение, выше температуру можно получить. Печь можно через диод включить и использовать спираль в 2 раза толще, энергетики не одобрят, но для редкого использования думаю не страшно. Или через имппульсный блок питания хоть 12В подавать.
V_Scalar
05.12.2023 15:14+2Да такая схема предлагалась в журнале, взять советский параболический инфракрасный обогреватель, там трубка керамическая со спиральной канавкой, туда намотать толстую проволоку и подключить через трансформатор
BabayMazay Автор
05.12.2023 15:14+2Да, можно применить спирали потолще и в случае хоббийных работ, практически забыть об их выгорании. Тем более, что сегодня их можно без труда приобрести, почти что с доставкой на дом. Нужного диаметра, нужной марки проволоки, а кое-где вам и спираль сразу намотают.
rPman
05.12.2023 15:14А существует практика сделать печь более менее герметичной, продувать углекислым газом и.. не должна же тогда спираль прогорать?
BabayMazay Автор
05.12.2023 15:14Да, как будто бы есть такие. Но это для высоких температур, сильно за 1000 Цельсия. А если ниже, то нормально справляются и меры менее хлопотные и дорогие.
rPman
05.12.2023 15:14Я без практического опыта, но не вижу прям особой проблемы
Вот печка, засовываем ее в металлический ящик без щелей большего размера (крышка сверху), закладываем предметы, пшикаем углекислым газом из баллона (он тяжелее воздуха, сам не улетучится), закрываем, включаем.абсолютной герметичности достигать не нужно, 1-2% кислорода тоже не помешает, главное давать ящику охлаждаться.
sim31r
05.12.2023 15:14+1Тогда проще опилок накидать или угля, он сгорит, заодно поднимет температуру и поглотит кислород.
BabayMazay Автор
05.12.2023 15:14+1Уй, коллега, вы натурально не понимаете какая это будет грязь внутри и морока. Как владелец-эксплуататор трех дровяных печей (дом-мастерская-баня) я вам так скажу - нагрев электричеством применяют когда нужна точность, контролируемая атмосфера в печи, чистота в ней же. Например, главная цель помещения спиралей в кварцевые трубки - предохранение стеклянной работы от неизбежных частичек окалины. Они вплавляются в стекло и по большому счету, это брак. А при горении твердого топлива образуется зола, летучие, которые впитаются в вату ограждения и конденсируются в ее более холодных наружных слоях в креозот и подобную пакость, а до этого могут накопиться и просто взорваться. При сжигании угля, для предотвращения отравления, вообще не рекомендуется полностью закрывать шибер дымовой трубы никогда - в нем сверлят нарочитое отверстие.
sim31r
05.12.2023 15:14+1Это точно будет при сжигании угля, как основного источника тепла. А если уголь будет выступать только как поглотитель кислорода, то может и чисто быть. Например берем 50 грамм угля, прячем за сеткой из нержавейки и медленно нагреваем. При 400-500 градусах начнет гореть уголь, поглотит кислород, выделит СО2, СО. После этого повышаем температуру до 1000 градусов.
BabayMazay Автор
05.12.2023 15:14+1А куда мы при этом денем летучие, окиси серы и прочее в этом роде?
rPman
05.12.2023 15:14с 50 грамм угля их будет 'шиш целых ноль десятых'
BabayMazay Автор
05.12.2023 15:14Хм, вообще то да! Уголь опять же можно взять древесный, уже выжженный, да и печам по уставу положено стоять под вытяжкой. Но все равно, что-то такая система "не радует" : )
hogstaberg
05.12.2023 15:14+2Чисто теоретически существуют печи, которые около 1000 по шкале Цельсия могут держать несколько месяцев беспрерывно. В таких корунды с правильной кристаллической решеткой из горячего раствора выращивают.Примерно как кристаллы, скажем, медного купороса, только вместо воды используется другой растворитель, который испаряться начинает при 1050-1100 градусах. И никаким продувом в процессе не заморачиваются.
Moog_Prodigy
05.12.2023 15:14+1Еще как заморачиваются, используется продувка аргоном, недешевое удовольствие.
U235a
05.12.2023 15:14+2Там другие проблемы. Если флюс растворяет корунд, то из чего нужно делать тигель, что бы он не разрушался? Ответ практически один - платина. Состав флюса обычно токсичный, т.к. содержит свинец. Корунды флюсовым методом сейчас практически не вырашивают - не выгодно, т.к. есть более совершенные технологии. Фоюсовым методом выращивают изумруды и то, гидротермальным методом получается лучше.
По печи: использование углекислоты - плохая идея. Углекислый газ при высокой температуре распадается, возможна ускоренная коррозия нагревателей. Обычно используют аргон вместо углекислоты. Вместо нихрома лучше использовать фехраль, держит до 1100-1200 градусов. Если надо выше, то обычно на воздухе используют нагреватели из хромита лантана, дисилицида молибдена или карбида кремния со своими особенностями.
sim31r
05.12.2023 15:14+1Поискал про разложение:
Тот факт, что даже в атмосфере Солнца (5900С) спектрально обнаруживется СО, косвенно указывает на то, что разложение СО2 на углерод и кислород практически отсутствует при температуре ниже 3000С. А полное разложение возможно только на атомарный углерод и атомарный кислород в горячей вольтовой дуге выше 6-7 тыс. градусов.
Как более дешевый вариант азот можно использовать, его можно мембраной из воздуха фильтровать, дешево и без баллонов всяких, что удобнее.
Или поглощать углем, сгорит и кислорода не останется.
rPman
05.12.2023 15:14разве азот при высоких температурах не начинает со всем чем только можно соединяться?
sim31r
05.12.2023 15:14+1При сварке стали актуально, при плавке меди, серебра, алюминия вроде не активен. При сварке условия жестче, кроме температуры еще и ультрафиолет ионизирует газы
Азот является нейтральным газом по отношению к меди, серебру и золоту. При сварке остальных металлов азот химически реагирует с расплавленным металлом и является вредной примесью защитного газа.
Присутствие азота в металле сварного шва низкоуглеродистых и низколегированных сталей снижает пластичность сварного шва, т.е вызывает его охрупчивание. Охрупчивание металла обуславливается появлением соединения нитрида железа Fe4N . Данный нитрид выпадает в основном по границам зерен и приводит к закреплению дислокаций по механизму старения.
Кроме железа, азот образует химические соединения с алюминием и другими легирующими элементами, что также приводит к закреплению дислокаций, т.е. упрочнению металла.
Примечание: Чем больше линейных дефектов упаковки кристаллической решетки металла (дислокаций) лишено подвижности, тем металл более прочен и более хрупок. При старении в объеме зерна выделяется химические соединения в виде множества включений. В рассматриваемом случае это Fe4N. Такие включения служат препятствиями для движения дислокаций. Дислокации лишаются подвижности, т.е. закрепляются и металл упрочняется и охрупчиывается.
forthuse
05.12.2023 15:14-1По мне и такая клавиатура не плоха. :)
SlapUp
05.12.2023 15:14Я бы не стал использовать никакие оцинкованные детали в высокотемпературной печке, даже для наружного каркаса как у Вас. Цинк горит при низких температурах и вызывает литейную лихорадку.
BabayMazay Автор
05.12.2023 15:14Хорошее замечание, спасибо! Здесь однако, максимальная рабочая температура относительно невысока и недолго удерживается, и применен хороший теплоизолятор увеличенной толщины - практика показывает, что внешние железки не нагреваются выше 60 Цельсия (ладонь вполне терпит). Едва ли цинк при этом будет испарятся. Но в общем случае, таки да, нужно обращать на этот момент внимание!
sim31r
05.12.2023 15:14У него оцинковка не нагревается до таких температур
Цинк имеет относительно низкую температуру плавления – всего 420 ° C. Когда он реагирует со сталью, образуя оцинкованное покрытие, образованный сплав с цинком, который имеет более высокую температуру плавления около 650 ° C .
Испаряться же начинает с 906 градусов.
dragonnur
05.12.2023 15:14+1На самом деле опасен не столько цинк, сколько пары его оксида -- последний, зараза, умеет сублимироваться, но до той температуры в данной конструкции ни цинк, ни оксид явно не дойдут.
NickDoom
05.12.2023 15:14Вообще конструкция крайне интересная. Была у меня мыслишка для литья разных люминёвых радиаторов и прочих латунных ушей сделать печку на основе толстой печной трубы из нержавейки. Обмотать чем-то, что хорошо проводит тепло, но изолирует 220, потом обмотать в лучшем случае нихромовой проволокой, а в худшем — той же нержавейкой (но тогда там явно не на 220, а в лучшем случае на 24 вольта и конский ток будет), ну и чем-нибудь залить, типа керамзита с глиняным связующим (ну или с каким-то ещё).
Но сейчас я вижу, что вся эта содомия являлась бы крайне избыточной тратой сил! Особенно это касается поиска того самого материала, которым обматывается труба под обмотку (слюда?) И даже более того, нельзя ли эту конструкцию, которой и так мазохизм довлеет намного меньше, чем моей изначальной, ещё более ухалявить, если в качестве нагревателя взять прожекторную галогенку на киловатт? Там такая кварцевая палка, маманегорюй, и вдобавок герметичная, и спираль там на Ктулху знает какие температуры… но, наверное, при температуре под тысячу придётся следить отдельно за выходом на уставку самой камеры и за перегревом спирали, потому что теплосъём с неё, увы, сугубо излучательный (галогенов там кот наплакал). По сопротивлению вольфрама покатит? На холодную калибровать при старте, подав тупо её родные 220 (и выждав стабилизации режима лампы, но не всей системы), и потом следить, чтобы сопротивление не стало выше стартового. Кварцу, думаю, на тыщщу вокруг него будет положительно положить.
BabayMazay Автор
05.12.2023 15:14Да, металлические муфели сложновато изолировать от нагревательной проволоки и обеспечить хорошую теплопередачу. Есть особые случаи, когда применение такого муфеля обоснованно и необходимо, например, для равномерного распределения температуры, тогда придется повозиться, а плавка металлов для обычных описанных нужд позволяет обойтись и более простыми способами - печь без муфельной камеры, с внутренними спиралями. Это если нужно греть электричеством. Что касается галогенок как нагревателей - доводилось сталкиваться и с более странными способами нагрева... Если очень хочется, можно попробовать. Опять же, кажется есть печи для пайки плат с нагревом галогенками - тропинка протоптана. Калибровка - ПИД термоконтроллеры обычно делают ее самостоятельно, может быть справятся и с лампами? Но может быть проще установить обычные спирали - нихром, фехраль, и даже без всяких кварцевых трубок, а тигель применить керамический? Посмотрите как делают печи керамисты для своего обжига - шамот-легковес, а в нем выпилены полочки для спиралей. Лежат себе и греют. Вся печь, может быть как на первых фото - этакая бочка с крышкой. Конструкция простая, отработанная, несложная в исполнении, надежная и ремонтопригодная.
shadrap
Спасибо! Очень, как всегда, интересно, плюсую . Добавили бы ссылки на этот самый теплоизолятор "Керамическое одеяло" , какой использовали ,что по чем , где брать ...?
BabayMazay Автор
На здоровье! Что касается "одеяла", то дело было давно, в 19 году, уж и не вспомню. Тут раз в пару-тройку месяцев соберешься в городок поблизости - половина магазинов уже на другое место сдрейфовали или вообще сколлапсировали...
santiment
Ищите "Керамическое Волокно рулон".
PabloP
Я покупал 5 лет назад на ОАО "Сухоложский огнеупорный завод" - делал теплоизоляцию дымохода. При обжиме - между внешней обшивкой дымохода и непосредственно самой трубой дает существенную усадку, это стоит учитывать. Также можно купить спец состав для обмазки слоев одеяла контактирующих с нагреваемыми деталями. Укладывать одеяла лучше в средствах защиты - чешешься потом как после работы со стекловатой.
BabayMazay Автор
Кстати да, там на коробке было предупреждение - работать в перчатках и респираторе. И особый момент при применении в помещении - первые несколько циклов нагрева происходит выжигание некоего технологического компонента. Запах, доложу я вам, отвратительный, по возможности, лучше это делать на улице.
TheHangedKing
Друзья-керамисты не только теплоизоляцию при строительстве печи укладывают в респираторе, но и с глиной работают в нём же. Горячая печь, собранная на минвате, тоже пылит, особенно когда открываешь смотровой глазок.
BabayMazay Автор
Профессионалам всегда интересно заглядывать под руку - много мелочей, на которые любители не обращают внимания, вот как например, средства безопасности. "С глиной в респираторе", - это наверное с сухой? Ведь до непосредственно лепки, происходит еще огромная работа по подготовке сырья и есть и сухие процессы. А печь что пылит, с электрическим нагревом?
sim31r
Если под рукой ничего нет, проще купить готовую печь, ювелирную, вот пример. Если и другие, за такие же деньги, но побольше, не нашел ссылку на нее.
BabayMazay Автор
Купить конечно, всегда проще, но здесь, самостоятельное изготовление, кроме прочего, и сильно сэкономит бюджет, да и конструкция - скажем прямо, не коллайдер... И потом, не плавкой единой развлекаются коллеги, есть задачи для которых готовую печь не так просто сыскать.