Як вибрати муфельну лабораторну піч ?

Серед найбільш високотемпературного обладнання, що застосовується як у лабораторіях, так і в промисловості, для зайняття хобі, при випробуваннях нових матеріалів, окреме місце займають муфельні лабораторні печі.

Перелік галузей, де вони задіяні, може зайняти добру половину листа.
Виходить, що температура, що перевищує 1000 градусів, дуже затребувана, причому це може бути зовсім не пов'язане з металургією, як здається на перший погляд. Декілька прикладів:

• освітні та медичні заклади;
• фармацевтична та косметична промисловість;
• ортопедична стоматологія;
• сільське господарство та ветеринарія;
• хімія та нафтохімія;
• виробництво посуду та кераміки;
• електротехнічна промисловість та приладобудування;
• виробництво будівельних матеріалів;
• лісова та деревообробна промисловість;
• науково-дослідні роботи.

Як бачимо сфера застосування дуже широка і цьому є ключове пояснення - жодна інша техніка в лабораторії не може наблизитися до рекордних температур, спеки, яка зосереджена у відносно невеликому замкнутому просторі.

Як вибрати лабораторну муфельну піч ?

Це нагрівальні прилади закритого типу, з широким діапазоном температур, що досягає 1000 °С, а при певних технічних рішеннях і вище 1300°С.

У таких термонагрівачах немає прямого контакту оброблюваних матеріалів з нагрівачами. Енергія передається через інфрачервоне випромінювання, як у модних та популярних конвертерах для обігріву в побутових умовах.

Отже, лабораторні муфельні печі - лідери за високою температурою, і використовуватися для низькотемпературних завдань (умовно звичайно, це може бути 200-300 градусів), непрактично і безглуздо.

Йдеться про термогравіметричні процедури, стерилізацію, просушування посуду після миття і т.д.


Їхня “стихія” в іншому – термічна обробка :

• нагрівання, спікання, в т.ч. емалі, прокалювання;
• термообробка металів (загартування, відпал, відпустка, нормалізація);
• плавка, включаючи ювелірні операції із золотом, сріблом;
• випалювання керамічних, скляних, глиняних виробів;
• спалювання для одержання золи з органічних матеріалів при аналітичних дослідженнях для кількісного аналізу.

Матеріали поміщаються в нагрівальну робочу камеру, яка називається муфелем.

Розміри муфелю

Саме специфічна конструкція футеровки - облицювання вогнетривкими матеріалами та дозволяє витримувати екстремальні температури, довготривале функціонування, оскільки у зазначеному інтервалі температур, без спеціальних технологічних рішень, можуть просто розплавитися корпусні деталі.
Тому як на етапі вибору муфельної печі, ми розглянемо цей конструктивний елемент докладно, так і під час обговорення питань, пов'язаних із різною "керамічною начинкою" робочих камер.

Приклад – SNOL 6,7/1300. Два важливі параметри звідси вже можна “рахувати” – це об'єм муфелю: 6,7 л, помітно, що він не дуже великий та максимальну температуру – 1300 °С.
За великим рахунком, всі інші критерії відносяться до другорядних, хоча ми їх розглянемо.
Давайте візьмемо ще одну піч SNOL 3/1100 і дізнаємося, як можна порівняти внутрішні обсяги муфеля і зовнішніх габаритів.

Висновок - об'єм муфеля в 25 разів менший за об'єм всього печі, що безпосередньо пов'язано з необхідністю потовщеного теплозахисту, образно кажучи, щоб жар не вирвався назовні.

Час розігріву залежить від об'єму робочої камери, заданої температури та може змінюватися в широких межах від 30 до 150 хвилин.

Термін служби муфеля

Коливання температури з +20 (що у лабораторії) до +1000 і більше °З викликають з часом мікротріщини, тобто. футерування стає менш термостійким. Це так звані теплові удари.
Також можуть утворюватися місця концентрації напруги, там де кераміка стане руйнуватися, після ударів, поштовхів, тому має бути стійке розташування на столі.
У побуті ми теж можемо зустрічати електроплитки з вкладеними в канавки нагрівальними спіралями, і кераміка з часом покривається тріщинами, особливо при неакуратному поводженні або просто "коли прийшов час".

Продовжити термін служби муфеля може поступове нагрівання та охолодження

Але тоді виникають 2 інші проблеми:

1. Збільшена витрата електроенергії на повільне розігрів - муфель має чималу масу та інерційність.
2. Деякі операції, пов'язані з термообробкою металів, потребують швидкого набору температури, і поступове нагрівання тут у принципі не дасть результату. Навіть якщо розігріти піч до високої температури, а потім відкрити двері та швидко помістити металеву заготовку, все одно буде падіння температури.

Тому вирішити 2 завдання в одній - як збільшити максимальну температуру, так і підвищити швидкість нагріву, можливо, якщо замовити модель з нагрівачами в керамічних трубках, що виступають за поверхню камери.
До речі, при виготовленні печі своїми руками, як вогнетрив використовується цегла - для лабораторій такий варіант не підходить: розміри великі - не поміститься на столі і вага, не розрахована на стільницю меблів.

Температура нагрівання

У розглянутій моделі SNOL 6,7/1300 межа вище, ніж у SNOL 3/1100, але, як правило, вже за цим фактом можна судити про конструктивні особливості розташування нагрівальних елементів – суттєвий критерій, щоб вибрати лабораторну муфельну піч для тих чи інших потреб.


У камерній електропечі джерелом високої температури є відкриті термоволокна, вбудовані та виступаючі зі стін камери, що дозволяє здійснювати високотемпературну обробку до 1300°С.

Нагрівачі є керамічні трубки спірального типу.

Універсальна піч з литою камерою з термоволокна – найпоширеніший вид з межею до 1100°С.

Матеріал муфелю – вакуумоване термоволокно, впресовані закриті нагрівачі всередину футеровки.

Зазначимо, що ми розглядатимемо пристрої з живленням від електрики, хоча існують індукційні та газові печі з муфелем.

Хоча якщо використовувати кераміку з вищим коефіцієнтом теплопровідності, можна досягти і кілька високих температур. Насправді печі можна розділити на більшу кількість груп:

Захисне середовище

Повітряні

Більшість лабораторій оснащуються такими печами. Мінімум обслуговування, дешеві та надійні.

Газова спеціальна атмосфера

Використовується аргон, водень, азот, двоокис вуглецю та ін., щоб уникнути окислення, надати особливих властивостей матеріалу

Вакуумні

У камері створюється розрядження. Це дає змогу проводити всі операції при нижчій температурі та в щадному режимі.

Вигляд дверей

• На шарнірах із відкриттям убік. Найбільш поширений варіант.
• Плоскопаралельний рух. Дверцята висуваються вгору.
• Відкривання вниз. Як у деяких посудомийних машинах.
• Двері, що від'їжджають на власниках.

Споживана потужність

Незважаючи на вражаючі температури, для їх досягнення достатньо підключення до мережі 220 В, а не підведення трифазної електрики 380 В, оскільки потужність не перевищує 4,5 Квт - позначається малий об'єм муфелю та якісна термоізоляція.
Інше питання - треба враховувати, що крім печей, енергії потребує й інша техніка в лабораторії.

Тому, щоб не спрацював захист по струму і не знеструмився весь лабораторія, весь ланцюг від електрощитка до розетки, включаючи електричні кабелі, що підводять, повинна витримувати сумарну потужність.
Або не включати все, що позначиться на продуктивності і це наслідок того, що на етапі оснащення приладами, не були проведені попередні розрахунки.

Приладдя проти опіків

Якщо до початку розігріву посуд ще можна помістити в піч, то витягти його при температурі, коли все всередині розігріється до червона, "голими руками", неможливо.
Ось тоді знадобляться особливі щипці для тиглів, з виїмками на робочих частинах, щоб захопити гарячий посуд та термостійкі рукавиці.
Для розміщення досліджуваних матеріалів у комплект поставки можуть включатися керамічні подові плити.

Відведення газів, що утворюються

При обробці при високих температурах можуть виділятися небезпечні для здоров'я персоналу гази, пари, продукти сублімації, які повинні відводитися за межі лабораторії через вентиляційні отвори – зазвичай у задній стінці камери.
Зокрема при випаленні глини вигоряють органічні компоненти.
Ще краще як для відведення летких компонентів, так і для будь-яких хімічних дослідів, пов'язаних з газоутворенням, встановити спеціальну шафу з вентиляторами та гофрованими витяжними трубами.

Додаткова інформація

Пічки встановлюються на столі, можуть підключатися до комп'ютерної техніки, забезпечуватись самописцем даних, мати захист від перегріву та видавати звуковий сигнал після закінчення програми.

1. Для керування температурою призначена термопара, що передає сигнал на цифровий регулятор, який може бути звичайним - електронним або програмованим.
2. Корпус виготовляється зі сталі з порошковим забарвленням або нержавіючої сталі.
3. Зовнішні габаритні розміри та маса відіграють роль як при транспортуванні, так і при переміщенні обраної муфельної печі всередині кабінету та інтеграції з іншими меблями для лабораторії: стелажами, тумбами.
4. На рівномірність розподілу температури в камері впливає кількість сторін муфеля, що нагріваються. Може бути 2-х або 4-х сторонній нагрів, залежно від розміщення ТЕНів.