Муфельные печи. Типы муфельных печей

Муфельная печь - это нагревательное устройство, предназначенное для нагрева разнообразных материалов до определенной температуры. Главной особенностью этой печи является наличие т.н. муфеля, защищающего обрабатываемый материал и являющегося главным рабочим пространством муфельной печи.

Типы муфельных печей:

• Умеренные температуры: 100°С-500°С
• Средние температуры: 400°С-900°С
• Высокие температуры: 900°С-1400°С
• Сверхвысокие температуры: 1400°С-1650°С (2000°С)

По типу нагрева:

• Электрические муфельные печи
• Газовые муфельные печи

По защитному режиму обработки:

• Воздушные: нагрев в воздушной среде (общее назначение)
• С защитной газовой атмосферой: нагрев в специальной газовой среде (водород, аргон, гелий, азот, восстановительные газы, азотирующие газы и др.)
• Вакуумные: нагрев в вакууме

По конструкции:

• Вертикальной загрузки (горшковые)
• Колпаковые (с отделением от пода)
• Горизонтальной загрузки (простые)
• Трубчатые (поверка термопар)

Наиболее широкое применение в промышленности, как средство термической обработки (нагрев, спекание, прокалка, отжиг и др.) нашли муфельные печи. Непосредственно муфельными печами, являются электропечи с установленным в рабочем пространстве муфелем, обычно керамическим.

Муфельные печи, в отличие от камерных печей других типов обладают некоторыми недостатками, активно снижающими возможные области их применения. Муфелирование нагревательных элементов, т.е. расположение их за керамическим муфелем, не позволяет использовать данные электропечи при температурах рабочего пространства выше 1100 °С. Это связано с необходимостью повышения температуры на нагревательных элементах выше допустимого температурного уровня их применения. Для возможного снижения температурного перехода между температурой внутри муфеля, т.е. температуры рабочего пространства, и нагревательного элемента, муфеля изготавливаются из керамики, обладающей высоким значением коэффициента теплопроводности, а значит и высокой плотностью. Серьезным недостатком высокоплотного муфеля является его низкая термостойкость. Понятие термостойкости муфеля определяет допустимую скорость его разогрева и количество теплосмен(нагрев-охлаждение) которое он выдерживает до разрушения. Таким образом муфельные печи не позволяют реализовать в них скоростные режимы термообработки, не позволяют проводить в них термообработку металла с необходимостью выгрузки (загрузки) материала из(в) разогретой печи, что связано с открыванием двери, либо крышки.

С позиции тепловой эффективности муфельные печи отличаются от термоагрегатов иных типов тем, что требуют дополнительного расхода электроэнергии на разогрев непосредственно муфеля, обладающего значительной массой, и как следствие требуют удлиненного теплового процесса.

В тоже время следует отметить, что категорическая необходимость ликвидации прямого излучения нагревателей на термообрабатываемый материал может быть реализована не использованием массивного муфеля, а расположением нагревательных элементов внутри керамических трубок в рабочем пространстве, что частично ликвидирует указанные выше недостатки муфельных печей.

Выпускаемые теплопечи с муфелями из волокнистых материалов со сформированными внутри них нагревателями лишены недостатков элктропечей с высокоплотным муфелем, определяемых уровнем теплостойкости. При этом, расположение нагревателя в слое теплоизоляционного волокнистого материала снижает эффективность работы нагревательных элементов. Одним из серьезных недостатков волокнистого муфеля является низкая стойкость волокна при наличии газовыделения из обрабатываемого материала за счет возникающего химического взаимодействия с материалом муфеля, особенно активно такие процессы происходят при обжиге керамики с эмалями(выделение солей), при прокаливании опок(выгорание остатков воска, при термообработке металлов(выгорание масла).

Таким образом, муфельные печи для работы при окислительной (воздушной) среде разумно использовать при малых размерах муфеля, когда муфелирование нагревателей керамическими трубками приводит к значительному сокращению рабочего объема и не происходит газовыделение из обрабатываемого материала.

Наиболее широко муфельные печи нашли применение в процессах термообработки материалов в защитных средах (двуокись углерода, водород, азот и др.). Такое исполнение электропечей позволяет обеспечить окислительную среду вне муфеля, где расположены нагревательные элементы, и соответственно значительно удлинить срок службы как нагревателей так и печь в целом.

Основные области использования муфельных печей:

• Термообработка металлов (закалка, отжиг, отпуск, нормализация)
• Плавка металлов
• Обжиг керамических изделий
• Сжигание (озоление)
• Кремация
• Пробирный анализ (купелирование)
• Высушивание