Піч для випалювання кераміки своїми руками. Розрахунок камерної печі.

1. Виготовлення печі для випалювання кераміки.
2. Розрахунок нагрівачів печі для випалювання кераміки.

Автор: Юрій Горний 01.11.2010

Найголовніше питання для початківця кераміста це не «де взяти глину«, тому що її можна знайти де завгодно, і не «як зробити гончарний круг з пральної машинки», тому що можна ліпити і без кола. Найголовніше питання - «де обпалювати?» Для випалювання кераміки потрібна спеціальна піч, що нагріває вироби до температури в 1000 ° С.

Муфельна піч. Нагрівальний елемент розташований зовні навколо камери.

Є два типи електричних печей для випалу: муфельні та камерні. У муфельній печі нагрівальні елементи розташовуються навколо муфеля - цільної ємності з вогнетривкого матеріалу. Такими грубками обладнані наші вітчизняні школи.

У камерній печі - нагрівальні елементи - всередині. Цей тип для нас краще, т. К. Ми хочемо зробити піч не дуже маленьку, а зліпити великий і міцний муфель досить складно. До того ж в муфельній печі втрати тепла значно більше, ніж в камерній.

Виготовлення печі для випалювання кераміки.

Насамперед потрібно знайти корпус для майбутньої печі. Для цього достатньо трохи озирнутися на всі боки. У нас знайшлася ось така пральна машинка, а точніше те, що від неї залишилося.

Якщо ж ви опинилися в такому місці, де старі пральні машинки та холодильники не викидають, то можна прикупити лист оцинковки і зібрати корпус з нього. Розміри корпусу: близько півметра завширшки довжина, висота - трохи менше метра.

Металева коробка у нас є, тепер треба зміцнити дно нашої майбутньої печі. Для цього найкраще використовувати куточок. У нас куточка під рукою не виявилося, тому ми приварили звичайну трубу, міліметрів 15 в діаметрі. По кутах приварюють шматочки з труби діаметром побільше - це будуть ніжки.

Також потрібно буде зміцнити верх корпуса, дверцята і хоча б одне ребро, на яке будуть приварені петлі для дверцята.

На дно викладаємо шар базальтової вати товщиною близько 10 мм. (Такий же шар потрібно буде прокласти і по стінках.) Для того, щоб вата НЕ м'яла під вагою камери, потрібно прокласти кілька шматочків квадратної труби або куточка. Після цього закриваємо вату листом металу.

Тепер потрібно визначитися з вогнетривами, з яких буде зроблена камера.

Варіант 1. Дуже хороший варіант - волокнисті вогнетривкі плити. Їх можна замовити потрібного розміру, або розрізати на місці. Знадобиться всього шість таких плит.

Шамотна цегла.

Варіант 2 - шамотний вогнетривку цеглу. Зазвичай скрізь продається важкий шамотна цегла. З нього кладуть каміни і інші печі. Для нашої ж грубки краще використовувати легкоатлети - марки ША або ШЛ. У наших околицях таких цегли чомусь ніхто не продає, в результаті цеглини знайшлися у друзів. Цегла виявилися б / у, на зате дісталися абсолютно безкоштовно.

Для зв'язки цегли найкраще використовувати мертель, відповідає марці цегли. Але є варіанти простіше. Наприклад вогнетривка глина або готова вогнетривка кладочна суміш. Суміш можна знайти там, де продаються каміни, або ж там, де ви знайдете вогнетривку цеглу. А для того, щоб приклеїти цегла до металевого листа до суміші потрібно додати цемент - до 30%.

Камера печі для випалювання кераміки.

Приступаємо до кладки. Цеглини повинні бути щільно підігнані одна до одної. Шви - не більш як 5 мм. Для цього деякі цеглини потрібно підпиляти до потрібних розмірів. Якщо ж вам дістанеться б / у цегла, як в нашому випадку, то на кожному потрібно буде ще й обпиляти краю, щоб сформувати рівні грані.

Коли кладка готова і трохи підсохла приступаємо до наступного етапу. Тепер потрібно сформувати канавки для укладання нагрівальних елементів. У нашому випадку це будуть спіралі з ніхромового дроту діаметром 1 мм. Діаметр витка дроту десь 6-7 мм. Такої ж товщини і глибини і робимо канавки.

Спіралі можна знайти вже готові, (наприклад на ринку) або звити самим з ніхромового або фехралевой дроту. Важливо, щоб витки спіралі НЕ сопрікосающіхся один з одним.

Зробимо два контури спіралей, так щоб можна було регулювати температуру перемикачем як в електричній плитці. Кінці дроту виводимо наверх. Нагорі, зовні встановлюємо керамічну пластину від електроплитки і закріплюємо болтами кінці дроту.

Перемикач спіралей. Ось такий перемикач нам потрібен. З одного боку 2 контакту, з іншого - 3. Встановлюємо перемикач, так щоб його виступаючий штир виходив назовні, на передню панель. Під'єднуємо дроти. До двох контактів підходять фаза і нуль.

У результаті повинно вийти так:

У третьому - підключаються обидва контури паралельно, це найвища температура.

Ось, власне і все. Тепер потрібно гарненько висушити нашу грубку. Для цього її потрібно поставити в тепле місце - до батареї опалення або на сонці і забути про неї на місяць, а краще на два. Після цього, потрібно буде остаточно просушити піч, включивши її в мережу на першій «швидкості» на кілька годин. Коли з неї перестанемо валити пар - грубка висохла. Можна починати випал.

Підключати таку піч бажано до посиленої розетки - тієї, до якої підключається електроплита. Або провести товстий провід від щитка. Також добре б поставити ще додатковий автоматичний вимикач (автомат захисту).

Так, і останнє: не забувайте - з такою електричною піччю для випалу, тим більше з відкритими спіралями, потрібно бути дуже обережним. Будь-яка помилка може привесть до дуже сумних наслідків. Якщо ви слабо розбираєтеся в електриці, обов'язково порадьтеся з фахівцем. Ні в якому разі не торкайтеся до спіралям під напругою. Щоб убезпечити себе і своїх близьких, можна поставити кінцевий вимикач, - так, щоб при відкриванні дверцят піч вимикалася. І заземлення - теж одна з умов безпеки.

За матеріали: www.goncharnoe-delo.ru

Істотне технічне доповнення від www.makuha.ru

Розрахунок нагрівачів печі для випалювання кераміки.

Формули і принцип розрахунку підходить, як для камерних, так і для муфельних печей. Хоч представлений розрахунок спрощений, але тим не менш, його більш ніж достатньо для виготовлення саморобної муфельній, камерної печі, електротігеля і т.п.

Коротко, вся суть розрахунку полягає в тому, що виходячи із заданої потужності обладнання підібрати нагрівач такого опору, щоб проходить через нього струм був необхідної щільності, і був здатний розігріти нагрівач до заданої температури.

Температура до якої розжаритися нагрівач залежить від питомого опору матеріалу нагрівача (фізична властивість), його перетину і струму який через нього проходить.

Існують професійні, складні методи розрахунку, що враховують багато різних нюансів, але всі вони, в результаті, базується на описі вище принципі.

Приклад розрахунку нагрівача для печі.

Потрібно: піч для випалювання кераміки потужністю 3 кВт., Напруга мережі U = 220 В; температура нагрівача 950 ° C.

Розрахункову температуру слід брати з деяким запасом. Задана початкова потужність визначається емпірично виходячи з 100 Вт. потужності на 1 літр обсягу камери печі. 3 кВт потужності - досить для камери об'ємом в !!! 30 літрів. Це вже велика піч !!!

Для роботи при таких температурах можна використовувати як ніхром, так і фехраль.

Недоліки нихрома 1200 ° C - це практично гранична температура роботи, а значить такий нагрівач буде не дуже довговічний. З переваг: широко доступний, дешевий, хороші механічні властивості як при низьких, так і при високих температурах.

Недоліки фехралі: при високих температурах дуже крихкий і дуже сильно подовжується, чому спіраль може випадати з пазів. Дешеві марки можуть вступати в реакцію з шамотної камерою і оксидами заліза. З переваг: витримує більш високі температури, до 1400 ° C.

В якості нагрівача в нашому варіанті краще вибрати ніхром.

1. Спочатку необхідно визначити силу струму, яка буде проходити через нагрівальний елемент. формула "Закон Ома", де U - напруга мережі; P - потужність в Ватах; А - сила струму в Амперах.
I = P / U = 3000/220 = 13,64 А.
2. Тепер потрібно знайти необхідний опір R нагрівача:
R = U / I = 220 / 13,64 = 16,13 Ом;

У нихромовой дроті потрібно створити таку щільність струму при обчисленої його силі (А), щоб вона змогла розігрітися до потрібної температури. Якщо взяти шматок ніхромового дроту, нехай навіть відповідної за опору, але маленького перетину, то щільність струму буде такою, що дріт згорить. Якщо перетин виявиться занадто великим, то дріт не видасть потрібної температури, навіть при повному споживанні розрахункової потужності.

3. Діаметр дроту слід підбирати по таблиці, наведеної в ГОСТ 12766.1-90 "Дріт з прецизійних сплавів з високим електричним опором. Технічні умови."

Згідно цього ГОСТу для наших умов підходить нихромовая дріт діаметром 0,9 мм. , Перетин такого дроту складе (площа кола, геометрія 7 клас) = 0,636 мм 2. Питомий опір ніхрому такого діаметру складе ρ = 1,11 Ом · мм 2 / м.

4. Визначимо необхідну довжину ніхромового дроту.
R = ρ · l / S,
де R - опір нагрівача; Ом, ρ - питомий електричний опір матеріалу нагрівача [Ом · мм2 / м]; l - довжина нагрівача, м; S - площа поперечного перерізу, мм 2.
Таким чином, отримаємо довжину нагрівача:
l = R · S / ρ = 16,13 · 0,636 / 1,11 = 9,24 м.

Швидкість розігрівання печі.

Для того щоб, переконатися, що початкова потужність обрана правильно, можна дуже просто підрахувати швидкість розігрівання печі до максимальної температури, як на холостому ходу, так і в робочому.

Для підрахунку необхідно знати таку фізичну величину, як питома теплоємність матеріалів. Це фізичні дані, їх отримують експериментальним шляхом і вони є в таблицях властивостей матеріалів. Питома теплоємність шамотно-глиняних матеріалів, в середньому = 0,88 кДж / кг ° С.

Для розрахунку необхідно буде дізнатися загальна вага (в кілограмах) футерування печі, тобто того самого шамотного цегли, з якого складена камера печі, тому що він теж забирає тепло від нагрівача. І загальна вага завантажених в піч керамічних виробів. Припустимо він складе 10 кг.

Базова формула: Q = cm (t2 -t1), де t1 - початкова температура (температура навколишнього середовища); t2 - максимальна температура розігріву; m - маса в кг .; c - питома теплоємність; Q - кількість теплоти в джоулях для розігріву маси m до температури t2.

Звідси, необхідну кількість теплоти: Q = cm (t2 -t1) = 0,88х10 (950-20) = 8184 кДж.

ККД камерної печі, з урахуванням тепловтрат через мінеральну вату, дверцята і т.п. = 70%, тобто коефіцієнт 0,7. Звідси, для розігріву печі необхідно Q підсумок = 8184 / 0,7 = 11690 кДж.

Далі, застосуємо закон Джоуля-Ленца: Q підсумок = I 2 х Rt, де I 2 - струм в нагрівачах, А; R - опір нагрівача; t - шукане час нагрівання. Звідси t = Q / I 2 R = 11690 / 13,64 2 х 16,13 = 3,9 години.

Підсумок.

Для такої саморобної печі, потужністю 3 кВт, час нагрівання до максимальної температури цілком нормально. Плавний тривалий нагрів йде на користь при випалюванні кераміки, коли всі процеси перетворення в глині ​​відбуваються рівномірно.

Якщо потрібно, щоб піч розігрівалася швидше, то досить збільшити потужність нагрівачів або зменшити товщину футерування. В останньому випадку треба всього навсього розпиляти шамотні цеглини навпіл по товщині і поліпшити теплоізоляцію мінеральною ватою.

Допоміжна інформація.