Простая, недорогая, точная высокотемпературная электропечь своими руками

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.

Фото 2. Фабричная мобильная уличная печь для обжига керамики. Выполнена на основе рулонных огнеупоров, газовый нагрев. Мягкая теплоизоляция крепится к каркасу изнутри нетолстой жаростойкой проволокой (нихром, фехраль) через керамические пуговицы, чтобы не прорвалось нежное одеяло. Чужое фото из сети

Фото 3. Аналогичная (Фото 2) печь в работе. Примечательно, что конструкция не имеет штатного дна — «садка» укладывается на керамическую пластину-лещадку, приподнятую от земли на трёх-четырёх кирпичах. Чужое фото из сети

Фото 4. Вариант самодельной газовой печи для обжига керамики на пленэре. Каркас — старая металлическая бочка, пуговицы, похоже, металлические. Чужое фото из сети

Фото 5. Архипростой самодельный «одноразовый» вариант переносной газовой печи для обжига керамики. Собран на примитивном каркасе из скрученной сварной строительной сетки. Чужое фото из сети

Фото 6. Фабричная электрическая печь-чемодан для фьюзинга и моллирования стекла. Своеобразная конструкция исходит из удобства работы с более или менее плоской садкой. Глубокая крышка прибора — основная часть печи с нагревателями-спиралями — часто выполняется с теплоизоляцией мягкими огнеупорами. В отличие от многих других задач по нагреву, такая обработка стекла — длительный и сложный многостадийный процесс, требующий в разное его время различного темпа нагрева или остывания, а в ответственные моменты и выдержки для выравнивания температуры в заготовке — такая печь должна иметь сложный термоконтроллер, умеющий точно следовать запрограммированному термопрофилю. Чужое фото из сети

Фото 7. Крышка крупной печи для фьюзинга и моллирования на подъёмном устройстве в положении для обслуживания. Под у таких печей подобен столу на колёсиках и может свободно перемещаться. Мягкая футеровка закреплена при помощи не пуговиц, но бантиков (чтобы не соскользнула проволока), кажется, тоже металлических. Чужое фото из сети

Рис. 8. Самодельная миниатюрная электропечь заграничных коллег-энтузиастов. Выполнена на основе мягких огнеупоров в их стандартном жестяном почтовом ящике. Предназначена для отжига мелких стеклянных вещиц на спице-державке (отмечено стрелочкой), после стеклодувной горелки (т. н. лэмпворк). Горизонтальный лоток сбоку — для оперативного помещения очередной работы в разогретую печь. Чужой рисунок из сети

Рис. 9. 3D-рисунок лэмпворк-печи из почтового ящика. Конструкция очень простая и проработанная. Простейший термостат вкупе с лёгкой нетеплоёмкой футеровкой не позволит получить очень медленное и равномерное остывание, характерное для отжига стекла, однако для мелких стекляшек результат, вероятно, будет вполне удовлетворительным — внутренним напряжениям разгуляться там негде. Чужой рисунок из сети

▍ 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.

Фото 10. Печь для фьюзинга. Начало. Первой появилась на свет подставка, и на ней, как на шаблоне, собирал остальные горизонтальные части рам. Тонкостенная стальная квадратная труба — стандартный дешёвый прокат. Соединения электросваркой, плавящимся электродом — ø2 мм, обратная полярность

Фото 11. Собранные рамы крышки, пода, подставки

Фото 12. Рамы крышки и пода печи изнутри обшиты стальной оцинкованной сварной сеткой с некрупными ячейками. Сетка закреплена короткими саморезами с широкими шляпками. Петли мудрёной формы позволяют меньше истирать нежную футеровку в зоне прилегания крышки и несколько лучше использовать рабочее пространство печи

Фото 13. Футеровка крышки печи. «Керамическое одеяло» хорошо режется острым ножом. Нарезанные с небольшим запасом пластины укладывал в распор, чередуя стороны и слои так, чтобы не было коротких прямых «холодных швов»

Фото 14. Вид на внутреннюю часть крышки печи в сборе

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.

Фото 15. Вокруг проволочных выводов нагревателей выкусил сетку каркаса, изолировал их керамическими бусами от старых электроприборов. На этом боку крышки печи расположится блок управления. Для его крепления в раму заранее вварены обрезки резьбовой шпильки. Выводы нагревателей и термопары без всяких промежуточных кабелей и проводов скрыто заводятся в его коробку

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.

Рис. 16. Силовая часть блока управления печи собрана самостоятельно — три одинаковых симисторных ключа, по штучке на каждую фазу (правая часть схемы), и согласующий модуль. Светодиоды всех оптопар подключены параллельно. Симисторы — подходящие по рассеиваемой мощности и напряжению, транзистор можно заменить на КТ315. Цепочка С1, R4 — т. н. снаббер предназначен для улучшения динамических характеристик симистора. Меньшее из диапазона сопротивлений соответствует резистивной нагрузке ключа, большее — индуктивной. Резистор греется, лучше подобрать керамический, мощностью не менее 5 Вт. Cимисторная оптопара — МОС3020 [1]

Фото 17. Один из симисторных ключей. Прогон. Узел собран на более или менее массивной алюминиевой пластине — основании отработанного жёсткого диска. Симистор в корпусе ТО218 прижат к нему текстолитовой пластинкой

Фото 18. Согласующий модуль собрал на компактной платке с жёсткими проволочными выводами под винтовые клеммы контроллера

Фото 19. Трансформаторы тока в цепи каждой группы спиралей позволяют легко и оперативно контролировать целостность нагревателей и работоспособность ключей. Сделал их из некрупных низкочастотных трансформаторов от старых сетевых адаптеров, заменив табельную вторичную обмотку на несколько витков монтажного провода. Для крепления в коробке пришлось изготовить каждому по жестяной обойме и изолятору из ватманской бумаги

Фото 20. Основание блока спаял из стального листа 1,5 мм толщиной. Крупные детали при этом пришлось подогревать на лабораторной электроплитке

Фото 21. Вид на монтаж блока управления, где: 1 — термоконтроллер ALTEC PC410; 2 — симисторные ключи; 3 — трансформаторы тока; 4 — трёхфазный автоматический выключатель; 5 — кнопки «Пуск», «Стоп», причём первая с фиксацией положения; 6 — индикаторные неоновые лампочки

Фото 22. Лицевую панель с пояснительными надписями вычертил в AutoCAD и распечатал на плотной фотобумаге. Проёмы вырезал скальпелем. Сверху бумажную панель прикрыл нетолстым оргстеклом — оно держится только штатным крепежом кнопок и контроллера

Футеровку отжёг на улице, следуя инструкции к огнеупору, тем не менее первые несколько циклов нагрева в мастерской попахивало.

Фото 23. Вид готовой печи с откинутой крышкой. При работе со стеклом на под укладываем полторы большие керамические плитки, обработанные специальным химикатом-разделителем. В простейшем случае это нетолстый слой просеянного гипса (алебастра)

Использование печи по прямому назначению в течение нескольких лет показало её высокую надёжность и удобство в эксплуатации.

Фото 24. Печь в мастерской

Фото 25. Печь в работе. Спекание нескольких стеклянных работ. 740 ºС

▍ 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