В беседе со знакомым кузнецом обнаружил, что у людей возникают вопросы относительно возможности самостоятельного изготовления термической печи. Готовая установка из магазина кажется чем-то таким сложным "из серии космических технологий". Но на практике это вполне простое устройство. Думаю, что будет полезно и интересно изучить азы этого вопроса.
Термическая печь может потребоваться в самых разных случаях. Например, иногда нужно закалить какую-нибудь "непослушную" деталь для автомобиля или сделать каленый болт взаимен штатного. В своё время мой дед вынужден был выточить своими руками шатун для Запорожца, так как готовый было найти сложно и качество было отвратное, а использовать выточенную деталь без термообработки не представлялось возможным. В таких случаях и спасает собственная термическая печь.
Статья - это не полноценная инструкция по сборке. Но прочитав её можно составить представление о том, на что следует обратить внимание и что можно сделать в гараже относительно недорого.
Купить или сделать...
Готовая установка (агрегат если желаете) обычно стоит дороже самой мастерской. Можно конечно просто бросить железяку в костёр, а потом щипцами опустить её в ведро с с холодной водой. Но такой подход уж точно не позволит выдержать нужный режим обработки или добиться нечто на него похожего.
Можно раздобыть старую лабораторную печь, а ещё проще и дешевле сделать печь своими силами. Это позволит варьировать значимые параметры. Например, сделать камеру нужного размера.
Потребуется электричество, материал для футеровки, материал для нагревателя да терморегулятор с термопарой. Высокая стоимость готовой печи чаще всего следует из того, что для выполнения точных работе нужна и высокая точность оборудования. Недорогие устройства не могут её гарантировать. Зато кустарная установка вполне сможет гарантировать точность в десяток градусов, а этого больше чем достаточно для ремонта машины и т.п. и т.д.
Физический принцип
Термическая печь - это такая же кухонная духовка, только с температурой внутри не 350 градусов, а целых 1500 градусов. Бывают и более высокие рабочие температуры. Но в гаражных условиях такого уровня достичь проблематично. Поэтому, нам, вероятнее всего, предстоит работать где-то рядом с 1200 градусов.
Полезно и интересно узнать, что любая печь в итоге упирается в проблему сгорания самих нагревательных элементов из-за их интенсивного окисления. Когда речь идёт о стандартной атмосфере и безвакуумной печи, то рабочие температуры будут примерно что-то около 1800 градусов.
Камера муфельной печи
Для начала самостоятельной сборки печи потребуется сделать камеру. Тут всё упирается в футеровку. Футеровкой называется специальное онеупорное покрытие, которым выкладывают камеру печи изнутри.
В идеальном случае подборка футеровочного материала - сложный процесс. Сама же футеровка бывает самого разного типа. Например, в лабораторных печах часто применяется керамическая волокнистая плита.
Но в нашем случае достаточно просто сделать подобие камеры обычной печки-буржуйки и сложить её из кирпича. Кирпич связать проще всего глиной (буквально из ямы в лесу), которая схватится после пары сеансов обжига.
Форма и вариант организации печи могут быть самым разным. Можно, например, сделать шахтную печь с вертикальной загрузкой. Для такой компоновки можно использовать яму в земле. Останется выложить её изнутри кирпичом, облицевать глиной и соорудить надежную крышку с ХОРОШЕЙ теплоизоляцией.
Важно не забывать, что в камере должны остаться отверстия для ввода термопары и установки нагревателей.
Теплоизоляция
В простых случаях достаточно применить в качестве теплоизоляции базальтовую вату. В более серьезных случаях - можно купить муллито-кремнезем. Он продается рулонами или листами, но цена для хэнд-мейда кусачая.
Правильная и качественная теплоизоляция - это очень важно. При условии использования слабых нагревателей качеству футеровки и теплоизоляции нужно уделить особое внимание. Тепло должно сохраняться по максимуму.
Нагреватели
Следующий важный момент - это нагреватели. Общее и интересное правило - при высоких температурах из нагревателей не должно лететь ничего такого, что загрязнит пробу. Например, если обработать керамическую пластинку в печи с хромитлантановыми нагревателями, то вместо белой красивой пластиночки получим фиолетового крокодила :) Так выглядит диффузия от элементов нагревателя в образец. Поэтому, чистые пробы обычны накрывают сверх тиглем.
В гаражной печке нагреватель мотается из проволоки, а что уж там полетит на образец нам всё равно. В качестве основы можно взять любую керамическую трубку или использовать кварцевую, как это делается в инфракрасных нагревателях (но нужно не промазать с температурой).
Для нагревательного элемента используется фехралевая проволока. Можно взять и нихром. Сечение подбирается по вкусу и удобству. Параметры высчитываются исходя из закона Джоуля-Ленца. При этом помним, что сопротивление меняется в зависимости от длины и геометрических параметров проволоки. Рабочее напряжение 220 Вольт. Остаётся рассчитать прочие параметры.
Количество нагревателей определяется согласно тепловой мощности. Для грубого расчёт можно применить тот же самый закон Джоуля-Ленца. Мы определим, что для достижения на 1000 градусов нам потребуется три метра проволоки с сечением 3 квадрата (цифры с потолка). При этом будет потрачено 15 кВт энергии. Теперь нужно раскидать эту проволоку по стойкам. Ещё очень важно не обрушить домашнюю/гаражную сеть перегрузом, поэтому не забудьте перепроверить все мощности и сверить это с допустимыми. Обгоревшие в стене провода - не самая хорошая вещь.
Автоматизация терморегулятора
Теперь остается добиться хоть какой-то точности. В лабораторных печах используются сложные автоматические программаторы. Мы же можем применять куда более просто вариант :)
Температуру можно контролировать только термопарой, а включать-выключать цепь питания ручками, но тогда придётся постоянно смотреть на установку и если время выдержки образца "что-нибудь около часа", то можно поехать с катушек.
Поэтому, уместно или соорудить механический термовключатель (что довольно трудоемко и требует хороших расчётов) или использовать стандартный терморегулятор. На оранжевом ресурсе их можно купить по цене от 600 рублей при поддержке +400 и дальше по вкусу. Терморегулятор на +1200 градусов будет стоить около 2000 рублей. К нему ещё потребуется нужная термопара. Они тоже есть в оранжевом магазине.
Получившаяся печь удовлетворит запросы гаражного кузнеца или любителя закалить петли :)
⚠ Обязательно подписывайтесь на канал, тыкайте лайк 👍 и возвращайтесь за новым контентом! Материалы выходят регулярно!
👉Поддержите мой проект на Boosty
🔹 Не забывайте читать новые статьи на сайте!
