Как выбрать муфельную лабораторную печь ?

Среди самого высокотемпературного оборудования, применяемого как в лабораториях, так и в промышленности, для занятия хобби, при испытаниях новых материалов, отдельное место занимают муфельные лабораторные печи.

Перечисление отраслей, где они применяются, может занять добрую половину листа.
Выходит, что температура, превышающая 1000 градусов, очень даже востребована, причем это может быть совсем не связано с металлургией, как кажется на первый взгляд. Несколько примеров:

• образовательные и медицинские учреждения;
• фармацевтическая и косметическая промышленность;
• ортопедическая стоматология;
• сельское хозяйство и ветеринария;
• химия и нефтехимия;
• производство посуды и керамики;
• электротехническая промышленность и приборостроение;
• производство строительных материалов;
• лесная и деревообрабатывающая промышленность;
• научно-исследовательские работы.

Как видим сфера применения очень широкая и этому есть ключевое объяснение - никакая другая техника в лаборатории не может приблизиться к рекордным температурам, жару, который сосредоточен в относительно небольшом замкнутом пространстве.

Как выбрать лабораторную муфельную печь ?

Это нагревательные приборы закрытого типа, с широчайшим диапазоном температур, достигающим 1000°С, а при определенных технических решениях и выше 1300°С.

В таких термонагревательных устройствах нет прямого контакта обрабатываемых материалов с нагревателями. Энергия передается через инфракрасное излучение, как в модных и популярных конвертерах для обогрева в бытовых условиях.

Следовательно, лабораторные муфельные печи – лидеры по высокой температуре, и использоваться их для низкотемпературных задач (условно конечно, это может быть 200-300 градусов), непрактично и бессмысленно.

Речь идет о термогравиметрических методах, стерилизации, просушивании посуды после мойки и т.д.


Их “стихия” в другом – термическая обработка :

• нагрев, спекание, в т.ч. эмали, прокалка;
• термообработка металлов (закалка, отжиг, отпуск, нормализация);
• плавка, включая ювелирные операции с золотом, серебром;
• обжиг керамических, стеклянных, глиняных изделий;
• сжигание для получения золы из органических материалов, при аналитических исследованиях для количественного анализа.

Материалы помещаются в нагревательную рабочую камеру, называемую муфелем.

Размеры муфеля

Именно специфическая конструкция футеровки - облицовки огнеупорными материалами и позволяет выдерживать экстремальные температуры, долговременное функционирование, поскольку в указанном интервале температур, без специальных технологических решений, могут просто расплавиться корпусные детали.
Поэтому как на этапе выбора муфельной печи, мы рассмотрим этот конструктивный элемент подробно, так и при обсуждении вопросов, связанных с разной "керамической начинкой" рабочих камер.

Пример - SNOL 6,7/1300. Два важных параметра отсюда уже можно “считать” – это объем муфеля: 6,7 л, заметно, что он не очень велик и максимальную температуру – 1300 °С.
По большому счету, все остальные критерии относятся к второстепенным, хотя мы их рассмотрим.
Давайте возьмем еще одну печь SNOL 3/1100 и узнаем, как сопоставимы внутренние объемы муфеля и наружных габаритов.

Вывод - объем муфеля в 25 раз меньше объема всего печи, что напрямую связано с необходимостью утолщенной теплозащиты, образно говоря, чтобы жар не вырвался наружу.

Время разогрева зависит от объема рабочей камеры, заданной температуры и может меняться в широких пределах от 30 до 150 минут.

Срок службы муфеля

Колебания температуры с +20 (текущая в лаборатории) до +1000 и более °С вызывают со временем микротрещины, т.е. футеровка становится менее термостойкой. Это так называемые тепловые удары.
Также могут образовываться места концентрации напряжения, там где керамика станет разрушаться, после ударов, толчков, поэтому должно быть устойчивое расположение на столе.
В быту мы тоже можем встречать электроплитки со вложенными в канавки нагревательными спиралями, и керамика со временем покрывается трещинами, особенно при неаккуратном обращении или просто "когда время пришло".

Продлить срок службы муфеля может постепенный нагрев и охлаждение

Но тогда возникают 2 другие проблемы:

1. Увеличенный расход электроэнергии на медленный разогрев - муфель обладает немалой массой и инерционностью.
2. Некоторые операции, связанные с термообработкой металлов, требуют быстрого набора температуры, и постепенное нагревание здесь в принципе не даст результата. Даже если разогреть печь до высокой температуры, а потом открыть дверь и быстро поместить металлическую заготовку, все равно будет падение температуры.

Поэтому решить 2 задачи в одной – как увеличить максимальную температуру, так и повысить скорость нагрева, возможно если заказать модель с нагревателями в керамических трубках, выступающими за поверхность камеры.

Кстати, при изготовлении печи своими руками, в качестве огнеупора используются кирпичи - для лабораторий такой вариант не подходит: размеры велики – не поместится на столе и вес, не рассчитанный на столешницу мебели.

Температура нагрева

В рассмотренной модели SNOL 6,7/1300 предел выше, чем в SNOL 3/1100, но как правило уже по этому факту можно судить о конструктивных особенностях расположения нагревательных элементов – существенному критерию, чтобы выбрать лабораторную муфельную печь для тех или иных потребностей.


В камерной электропечи источником высокой температуры являются открытые термоволокна, встроенные и выступающие из стен камеры, что позволяет осуществлять высокотемпературную обработку до 1300°С.

Нагреватели представляют собой керамические трубки спирального типа.

Универсальная печь с литой камерой из термоволокна – наиболее распространенный вид с пределом до 1100°С.

Материал муфеля – вакуумированное термоволокно, впрессованные закрытые нагреватели внутрь футеровки.

Отметим, что мы будем рассматривать устройства с питанием от электричества, хотя существуют индукционные и газовые печи с муфелем.

Хотя если использовать керамику с более высоким коэффициентом теплопроводности,можно достичь и несколько больших температур. На самом деле, печи можно разделить на большее количество групп:

Защитная среда

Воздушные

Большинство лабораторий оснащаются такими печами. Минимум обслуживания, дешевые и надежные.

Газовая специальная атмосфера

Используется аргон, водород, азот, двуокись углерода и др., чтобы избежать окисления, придать особые свойства материалу

Вакуумные

В камере создается разряжение. Это дает возможность проводить все операции при более низкой температуре и в щадящем режиме.

Вид двери

• На шарнирах с открытием в сторону. Наиболее распространенный вариант.
• Плоскопараллельное движение. Дверца выдвигается вверх вверх.
• Открытие вниз. Как в некоторых посудомоечных машинах.
• Отъезжающие двери на держателях.

Потребляемая мощность

Несмотря на впечатляющие температуры, для их достижения достаточно подключения к сети 220 В, а не подведения трехфазной электрики 380 В, поскольку мощность не превышает 4,5 Квт - сказывается малый объем муфеля и качественная термоизоляция.
Другой вопрос - нужно учитывать, что кроме печей, в энергии нуждается и другая техника в лаборатории.

Поэтому, чтобы не сработала защита по току и не обесточилась вся лаборатория, вся цепь от электрощитка до розетки, включая, подводящие электрические кабели, должна выдерживать суммарную мощность.
Либо не включать все одновременно, что скажется на производительности и это последствие того, что на этапе оснащения приборами, не были проведены предварительные расчеты.

Принадлежности против ожогов

Если до начала разогрева посуду еще можно поместить в печь, то извлечь ее при температуре, когда все внутри разогреется до красна, “голыми руками”, не представляется возможным.
Вот тогда понадобятся особые щипцы для тиглей, с выемками на рабочих частях, чтобы захватить горячую посуду и термостойкие рукавицы.
Для размещения исследуемых материалов в комплект поставки могут включаться керамические подовые плиты.

Отвод образующихся газов

При обработке при высоких температурах, могут выделяться опасные для здоровья персонала газы, пары, продукты возгонки, которые должны отводиться за пределы лаборатории через вентиляционные отверстия – обычно в задней стенке камеры.
В частности при обжиге глины выгорают органические компоненты.
Еще лучше как для отведения летучих компонентов, так и для любых химических опытов, связанных с газообразованием, установить специальный шкаф с вентиляторами и гофрированными вытяжными трубами.

Дополнительная информация

Печки устанавливаются на столе, могут подключаться к компьютерной технике, снабжаться самописцем данных, иметь защиту от перегрева и издавать звуковой сигнал после окончания программы.

1. Для управления температурой предназначена термопара, передающая сигнал на цифровой регулятор, который может быть обычным - электронным или программируемым.
2. Корпус изготавливается из стали с порошковой окраской или нержавейки.
3. Наружные габаритные размеры и масса играют роль как при транспортировке, так и при перемещении выбранной муфельной печи внутри кабинета и интеграции с другой мебелью для лаборатории: стеллажами, тумбами.
4. На равномерность распределения температуры в камере влияет количество нагреваемых сторон муфеля. Может быть 2-х или 4х сторонний нагрев, в зависимости от размещения ТЭНов.