Металлообработка в кузнице невозможна без наличия устройства, обеспечивающего разогрев до ковочной температуры заготовок. Сегодня наиболее распространен газовый кузнечный горн, который более удобен в работе. Однако, не изжили себя и твердотопливные варианты очагов.
Какое устройство имеет печь в кузнице, ее особенности и какое лучше всего топливо использовать мы расскажем в нашем материале.
Виды и устройство кузнечных очагов
На протяжении тысячелетий кузнецы работали с одним типом печей, работающих на твердом топливе. Как правило, источником огня служили древесный уголь, а позже — каменный.
Сегодня современные типы печей функционируют, используя газовое топливо, или же вообще на электричестве (индукционные печи).
Однако, какое бы топливо для кузнечного горна не использовалось, существуют единые принципы его устройства.
Конструкция может иметь отличия, в зависимости от типа потребляемого горючего.
Кузнечный горн состоит из следующих частей.
- Стол из огнеупорного материала.
- Горновое гнездо или очаг с колосником.
- Фурма.
- Шатер и зонт.
- Дымоход.
Стол
Назначение этой части печи в размещении на нем очага, фурмы и прочих отдельных деталей конструкции.
Стол изготавливают в зависимости от типа горна. Переносные варианты делают, как правило, со стали, стационарные выкладывают из огнеупорного кирпича.
Однако, например, открытые печи могут быть как со стеновых материалов, так и стали, а закрытые типы, в основной массе, только из огнеупорного кирпича.
Очаг и колосник
Это часть горна, где собственно происходит сгорание топлива и разогрев заготовок.
Колосник — часть печи, которая обеспечивает доступ к топливу дополнительного нагнетаемого воздуха. Эта деталь может быть изготовлена в любом виде: от чугунной плиты с отверстиями, до решеток из подобного жаростойкого материала. Главное, чтобы колосник обеспечивал доступ в очаг достаточного количества воздуха с фурмы.
При этом эта часть должна иметь свойства, позволяющие ей выдерживать очень высокие температуры, достигаемые в процессе горения и разогрева заготовок.
Еще одна особенность колосника, которую могут использовать кузнецы, это форма отверстий, способствующих формированию пламени, необходимого при разогреве различных заготовок и материалов.
Фурма
Назначение этой части в подаче воздуха в печь. Подаваемый кислород от устройства, обеспечивающего поддув для кузнечного горна (кузнецких мехов, компрессора или вентилятора) попадает в корпус фурмы и уже оттуда через колосник в сам очаг к горящему топливу.
Вторая функция заключается в сборе остатков сгоревшего топлива (в твердотопливных печах).
Шатер и зонт
Эти части горна присутствуют обычно в закрытых или полузакрытых конструкциях стационарных печей.
Шатер закрывает очаг от внешнего пространства, вследствие чего внутри печи поддерживается стабильная температура. К тому же эта часть горна делает остывание печи постепенным и равномерным, что используется кузнецами при стабилизации кованого изделия.
Зонт — это верхняя часть, расположенная над очагом. Его задача в отводе дымов и паров, образующихся при горении, а также обеспечении нормальной тяги. Это делает сгорание топлива более высокотемпературным и стабильным.
Дымоход
По сути, это обычная печная труба для вытяжки и удаления дыма. Изготовленный правильно, он дает нормальную тягу, необходимую для горения.
Это основные части конструкции, вид и наличие которых может отличаться в зависимости от самого типа горна и потребляемого им топлива. Рассмотрим более детально, как устроены некоторые из этих элементов и от чего зависит их нормальное функционирование.
Колосники
Эта часть печи используется при устройстве твердотопливного горна. Чаще всего — это массивная чугунная плита с отверстиями или прорезями, позволяющими проникать воздуху к горящему топливу и удерживающая уголь.
Площадь колосниковая решетка может иметь разную. Все зависит от размеров очага и вида топлива.
Также колосники могут быть сложены из огнеупорного кирпича или со стальной плиты.
В профессиональных устройствах играет роль форма отверстий. Изменяя их конфигурацию, кузнец получает нужное ему пламя, которое применяют для разогрева детали.
Размещение колосника может меняться в зависимости от стороны поступления воздуха: снизу (классический вариант), сбоку или сверху.
Главная задача колосника — обеспечить горн для ковки достаточным объемом нагнетаемого воздуха, держать топливо (уголь) и выдерживать высокую температуру.
Колосники используют во всех видах печей на твердом топливе.
Поддув
В кузнечный горн, особенно работающий на твердом топливе, обязательно должен подаваться определенный объем воздуха, иначе требуемая температура в 1100-1300 градусов не будет достигнута.
Ранее поддув через фурму обеспечивался при помощи кузнечных мехов, нагнетающих кислород в очаг. Сегодня их заменили вентиляторы и компрессоры.
Поддув может быть устроен снизу, сбоку или сверху. При нижней подаче воздух изначально нагнетается в камеру перед колосником — фурму, сверху которой и располагается решетка с топливом.
В небольших переносных горнах нагнетание воздуха можно обустроить с помощью небольшого вентилятора, но стационарные большие печи потребуют и большего объема кислорода.
В самых простых кустарных устройствах поддув обеспечивают за счет установки компьютерных вентиляторов или даже фенов.
Топливо
Чтобы получить достаточную температуру горения, кроме подачи воздуха в очаг, нужно и качественное топливо.
Сегодня многие специалисты используют газовые кузнечные горны, мотивируя это тем, что газ требует меньших расходов (в пересчете затрат топлива на разогрев заготовки определенной массы), более равномерном нагревании металла и возможности точно управлять процессом горения (регулировкой подачи газа в горелку). К тому же, пропан обходиться сегодня дешевле,чем уголь (древесный или каменный).
Однако, многие кустари успешно пользуются твердотопливными типами горнов. Такой способ разогрева сложнее контролировать, так как более затруднительно регулировать процесс горения. Еще один недостаток — это образование твердых продуктов сгорания топлива на поверхности поковки, чего нет при использовании газовых очагов.
Уголь при кузнечных работах лучше всего использовать каменный, так как он имеет более высокую теплоотдачу при горении, чем древесный. К тому же длительность сгорания его намного больше. Вследствие чего уменьшаются его затраты на изготовление одной поковки. Главный недостаток каменного угля — его более высокая цена.
В промышленных условиях используют индукционные печи, работающие на электричестве. При таких условиях они наиболее выгодны, однако недоступны большинству единичных мастеров-любителей. Да и использование такого вида горна нецелесообразно экономически в домашних условиях.
Устройство небольшого компактного горна можно посмотреть в представленном видеоматериале:
А что вы можете добавить из своего опыта обустройства кузнечного горна? Поделитесь своими знаниями в блоке обсуждений к этой статье.
wikimetall.ru
Всем привет, если вы увлекаетесь работой с металлом, эта самоделка именно для вас. В этой инструкции я вам расскажу, как можно сделать мощную мобильную печь для кузнечных работ. С помощью этой печи вы запросто сможете выполнять ковку металла, температуры тут более чем достаточно. Ну и, конечно же, теперь не будет проблемы с закалкой стали. А при желании, если придумать горн, с помощью этой приспособы можно вполне расплавить алюминий и другие металлы с не очень высокой температурой плавления.
Питается печь углем, а чтобы его раскочегарить до нужной температуры, понадобится принудительная подача воздуха. Для этих целей автор использовал небольшой электрический компрессор. Питать компрессор можно от аккумулятора, так что розетка нам не понадобится. Непосредственно место горения выполнено из металлической бочки, подойдет также газовый баллон. А рама, в которой установлен компрессор и аккумулятор, сделана из досок, это просто и практично. Итак, рассмотрим по порядку, как же сделать кузнечную печь.
Материалы и инструменты, которые использовал автор:
Список материалов:
— компрессор на 12В;
— медные или другие металлические трубы, а также уголки;
— кран;
— доски;
— пластиковые кронштейны для труб;
— саморезы, болты с гайками;
— стальная бочка или газовый баллон;
— стальной уголок;
— алюминиевый уголок;
— фольга;
— клей (чтобы приклеить фольгу);
— жаростойкий герметик;
— жаростойкая краска.
Список инструментов:
— дрель;
— сверлильный станок;
— болгарка;
— тиски;
— газовая горелка;
— шуруповерт;
— сварка;
— ножовка по дереву или отрезной станок.
Процесс изготовления кузнечной печи:
Шаг первый. Сборка рамы
Чтобы собрать раму, нам понадобятся доски. Режем их на нужные куски, а затем собираем раму при помощи саморезов. При желании на стыкуемые поверхности можно нанести клей, герметик и так далее. Сразу отмечу, что первоначальная конструкция была переделана, так как были проблемы из-за высокой температуры. Рама делается только для оборудования, а сама печь в будущем была изготовлена из металла.
Для упрочнения конструкции автор стянул ее длинными болтами с гайками. Они же будут служить в качестве опоры для поддонов.
Шаг второй. Крепежная деталь для компрессора
Чтобы установить компрессор, сделаем под него переходник, в который будет вставляться носовая часть. Для его изготовления нам понадобится доска, а также дрель со специальными насадками. В итоге нам нужно просто вырезать «шайбу» из дерева.
Изготовленную шайбу крепим в нужном месте рамы при помощи саморезов.
Шаг третий. Собираем трубы
Для транспортирования воздуха к точке назначения автор решил использовать медные трубы. Это не очень хороший вариант, так как медь отлично переносит тепло, поэтому длина труб должна быть максимальной. В противном случае тепло может дойти до компрессора и расплавить пластик. Трубы можно использовать металлические, причем можно их просто согнуть в нужной длины змеевик. Автор собирает нужную конструкцию, для соединения деталей используется пайка.
Шаг четвертый. Делаем хомут для батареи
Питать мы систему будем от аккумулятора, поэтому для его установки нужно изготовить хомут. Для этих целей нам будет нужна пластина из алюминия. С помощью тисков и специальной насадки автор формирует ее в виде буквы «П». Впрочем, это можно сделать и при помощи обычных тисков или даже плоскогубцев, если у вас хорошо наметан глаз. Просверлите отверстия для крепления хомута винтами к основе.
В основе сверлим отверстия, с другой стороны автор устанавливает гайки. Вот и все, теперь хомут будет очень удобно затянуть, используя винты.
Шаг пятый. Отделываем раму фольгой
Изначально автор планировал установить на деревянный корпус несколько поддонов, на которых и будут гореть угли. А чтобы дополнительно защитить древесину, он ее обклеил фольгой. Теперь даже если уголек и упадет из поддона, древесина не должна загореться, да и фольга сама по себе работает как экран тепла.
Шаг шестой. Устанавливаем начинку
Первым делом устанавливаем трубы, для их крепления были использованы пластиковые держатели. Это не очень надежный вариант, если трубы будут сильно нагреваться. Также устанавливаем компрессор, для его крепления автор использовал уголок из алюминия.
В завершении крепим аккумулятор, ранее мы для него изготовили хомут из алюминиевой пластины.
Шаг седьмой. Завершающий этап сборки и испытания (попытка первая)
Теперь установим поддоны, в которые будем засыпать угли, у автора их два штуки. В поддонах сверлим отверстие и вставляем трубу из стали, которая будет подавать воздух в печь. Поддоны находятся в висячем состоянии, они упираются на два болта, установленных поперек рамы.
Вот и все, теперь печь можно протестировать! Засыпаем угли и разжигаем горелкой или жидкостью для розжига. Печь заработала отлично, однако при этом обнаружились проблемы. Поддоны нагреваются настолько сильно, что сожгли под собой фольгу, а также высокая температура начала жечь дерево. В итоге эта конструкция потерпела крах, и было принято решение ее переделать.
Шаг восьмой. Изготовление печи из баллона
Автор срезал ту часть рамы, на которой располагались поддоны. Было принято решение сделать печь более надежной. В итоге в качестве исходного материала была взята металлическая бочка, подойдет также газовый баллон. Если будете использовать баллон, не забудьте его хорошо очистить от содержимого, в интернете для этого есть масса инструкций и рекомендаций, в противном случае может все завершиться взрывом и серьезными травмами.
Первым делом очищаем баллон от краски, для этого автор использует болгарку с подходящей насадкой. Далее отрезаем от баллона донышко на подходящей высоте. В завершении прорезаем в заготовке «окно», через которое вы будете пользоваться печью.
Шаг девятый. Изготовление крепежных кронштейнов
Чтобы прикрепить печь к деревянной конструкции с компрессором, понадобится два уголка. Режем уголок до нужной длины, загибаем края под нужным углом. Также для упрочения соединения понадобится две стальные пластины.
Просверлите в уголках и пластинах отверстия для крепления деталей с помощью саморезов. Помимо этого автор приварил к уголкам куски труб, в итоге получились отличные ножки.
Шаг десятый. Изготавливаем «поддон» для печи и устанавливаем
Поддон нужен для того, чтобы на нем горели угли, к которым снизу поступает воздух, это своего рода колосники. Для этих целей нам понадобится листовая сталь, и она должна быть как можно толще, так как тонкая быстро прогорит от высокой температуры. Из стали нужно вырезать круг такого диаметра, чтобы он мог максимально плотно зайти внутрь печи. Авто сварил его из двух половинок. В поддоне сверлим отверстия, через них будет поступать воздух от компрессора.
Для установки поддона нам понадобятся упоры, которые мы приварим внутри печи. В качестве упоров подойдут болты, куски пластин и так далее. Теперь установите поддон на свое место и приварите его. Впрочем, приваривать не обязательно.
Шаг одиннадцать. Собираем печь
Первым делом сверлим в печи отверстие для установки трубы. Оно должно быть такого диаметра, чтобы труба заходила максимально плотно. Далее привариваем к печи уголки и пластины.
Завершающим шагом будет покраска, тут вам понадобится баллончик жаростойкой краски. Когда все будет готово, окончательно собираем печь. То место, где в печь заходит труба, автор герметизирует с помощью жаростойкого герметика.
Вот и все, печь готова! Засыпаем угли и раздуваем компрессором! Удачи и вдохновений при изготовлении ваших собственных проектов!
usamodelkina.ru
Для чего нужен?
Примечание: В кузне устройство используется как инструмент для разогрева металла перед его обработкой. Поэтому кузнечные горны – предметы, которые нужны всем, кто занимается металлом. С его помощью можно добиться высоких температур – свыше 1000 градусов. Следовательно, он может позволить самому изготавливать различные металлоконструкции. В нашем случае это могут быть котлы, дымоходы, трубы, декоративные элементы каминов и прочие изделия из металла.
Различают два основных вида оборудования:
- стационарные;
- настольные.
Важная особенность, которую имеют кузнечные горны, – их можно сделать своими руками. Конечно, если соорудить агрегат, работающий на природном газу, не удастся получить серьезное изделие, по типу дамасского клинка, однако изготовить конструкцию можно всего лишь за несколько минут. Для этого потребуется несколько огнеупорных кирпичей и стальных кусков. Такого устройства будет достаточно для плавки или ковки.
Состав
Рассмотрим устройство традиционного оборудования для кузницы:
- огнеупорный стол;
- очаг;
- решетка;
- воздушный дренаж и камера;
- зонт;
- вентиль;
- воздуховод;
- закалочная ванна;
- съемное горнило;
- окно для длинных изделий;
- дымоход.
Принцип функционирования
Разберемся, как сделать горн своими руками. Ведь традиционную конструкцию для использования в домашних условиях можно упростить, не допуская ухудшения качества процесса.
Основа функционирования – химическая реакция горения углерода, которая эффективно используется для работы с металлом. Он объединяется с кислородом, и металл выделяется в свободном виде. Кузнечный горн использует также теплотворную способность углерода. Добавляя воздух в топливо, сжигание будет происходить намного быстрее, учитывая достаточное количество углерода. В результате возрастет температура, будет получено больше тепла.
Подачу воздуха в кузнечные горны организовывают таким образом, чтобы обеспечить небольшую нехватку кислорода, чтобы предотвратить окисление металла. Если же заготовка будет находиться в устройстве дольше рекомендованного периода, свойства металла будут нарушены. Например, стальные листы могут стать хрупкими при возросшей твердости. Это значит, что его свойства будут больше приближены к качествам чугуна.
Топливо
Примечание: Обычный кузнечный горн работает на угле. Однако можно использовать и дрова. Для этого они прогреваются до углей. Можно упростить устройство, если использовать, например, бутан или пропан.
Их состав включает в себя водород и углерод, которые при соединении с кислородом выделяют много тепла. Причем такое смешение может происходить предварительно, например, в горелке.
Однако нужно понимать, что управлять природным газом для таких целей будет почти невозможно, поскольку он состоит из разных углеводородов, которым требуется разное количество кислорода. Поэтому организовать оптимальную подачу воздуха не получится. К тому же в составе природного газа содержится сера, которая отрицательно влияет на свойства металла. Поэтому смесь требует предварительно очистки или может использоваться для обработки неответственных деталей.
Виды
Рассмотрим, какими могут быть кузнечные горны. Они являются основным инструментом кузницы. Благодаря развитию и совершенствованию появилось множество разновидностей:
- электрические или топливные;
- на жидком, газообразном или твердом топливе;
- закрытого или открытого типа;
- с центральной фурмой или с боковым соплом;
- стационарные или переносные.
Рассмотрим самые популярные виды.
Газовые
Сделать такой кузнечный горн своими руками достаточно сложно, но возможно. Самодельный вариант, как и покупной, традиционно имеет камеру и меха. Функционирует на пропан-бутане. Газ подается в смесительный редуктор, после которого поступает на газовую горелку. Последняя в некоторых случаях может располагаться сбоку. Такой формат довольно часто используется в самодельных вариантах, используемых в кузницах.
Газовый горн можно сделать самому для прогрева концов изделий малых размеров. Может применяться для создания декоративных решений в художественной ковке.
Переносные
Такие кузнечные горны удобны в использовании. В конструкции используется стальная станина, сверху которой есть выемка из шамотного кирпича. На ее дне имеется фурма, с помощью которой организовывается подача воздуха (используется компрессор или вентилятор). Фурма имеет небольшие прорези, через которые нагнетается воздух, но не пропускается уголь или шлак.
Такой кузнечный горн применяется для обработки небольших изделий. Его можно переносить или перевозить, поэтому место работы может быть нерегламентированным.
Стационарные
Могут быть открытого и закрытого типа.
Устройство открытого варианта исполнения – каркас со столом в виде корыта высотой около 70 см. Очаг выложен из шамотного кирпича, внутри него находится фурма. Для охлаждения устройства предусмотрен бак с водой, находящийся спереди. Вентилятор создает давление для подачи воздуха посредством канала.
Рычаг позволяет регулировать объем, что дает возможность изменять температуру в очаге. Заслонка предохраняет фурму от попадания в нее кусков золы и угля. Удаление дымовых газов осуществляется через зонт и вытяжную трубу. Топливом может быть древесный уголь или кокс.
Устройство закрытого типа имеет такие достоинства:
- быстрое достижение максимальной температуры;
- высокая эффективность;
- повышенная пожаробезопасность.
Единственная проблема, если изготовить такой горн своими руками, – сложно работать с большими или длинными изделиями, особенно если нужно прогреть их среднюю часть.
Камера выполнена из шамотного кирпича, находящегося в металлическом каркасе. В ней есть фурма, решетка, окно и топочный люк.
Создание стационарного устройства
Рассмотрим, как сделать горн своими руками простой конструкции. Для этого понадобится шесть огнеупорных кирпичей. Конечно, очень высокую температуру в таких условиях не получить, однако подогреть металл, скажем, для ковки или гибки, вполне возможно.
Рекомендации по созданию простого кузнечного горна
Для изготовления колосников можно взять стальные полосы толщиной около 5 мм. Полки можно сделать из обрезков труб. В качестве топлива может использоваться древесный уголь или кокс. Паяльная лампа используется для розжига. Однако при воздействии тепла от горна она может не выдержать, поэтому между ними нужно размещать асбестовую перегородку. Можно использовать и горелку (бензиновую или газовую). Поскольку зонт с дымоходом отсутствуют, самодельное устройство используется на открытом воздухе.
Создание переносного устройства
Для большей универсальности можно сделать своими руками и переносной вариант. Его можно соорудить из гусятницы. Наддув можно сделать самодельный, используя вентилятор от ручной сирены, гофрированную трубу.
Самостоятельное создание кузнечного горна
Конечно, такая самодельная конструкция имеет больше возможностей, чем описанный стационарный вариант, однако есть и минусы:
- температура не очень высокая – до 900 градусов;
- дорогостоящая эксплуатация, учитывая затраты на карбон;
- поскольку в таком самодельном устройстве отсутствует пространство для выжигания, функционирует на древесном угле или коксе.
Резюме
Кузнечные горны – довольно распространенное явление сегодня, несмотря на потребительское отношение к вещам, которые проще купить, чем сделать. Однако если не полениться, изготовить устройство своими руками, построить небольшую кузницу, можно создавать оригинальные изделия из металла, которые могут быть применены для украшения частных владений, создания приборов для обеспечения обогрева помещений и т. д. Поэтому сделать кузнечный горн своими руками – верное решение.
Советы по созданию кузнечного горна своими руками
opechi.com
Устройство горна
Классический производственный горн устроен следующим образом, см. рис справа:
- стол горна из огнеупорного материала;
- топливник (очаг) с колосниковой решеткой;
- воздушная камера;
- воздушный дренаж;
- подающий воздуховод;
- воздушный вентиль;
- камера (шатер) горна;
- окно для подачи длинномерных заготовок;
- зонт горна;
- дымоход (газоотвод);
- съемное горнило;
- закалочная ванна (бадья, лохань);
- газовоздушная камера.
Принцип действия горна
Чтобы самому сделать горн и успешно им пользоваться, разберемся, как работает горн, что в нем к чему и что в нем можно удешевить и упростить в условиях домашнего использования без ухудшения качества обработки металла. В основе работы горна лежит химическая реакция горения углерода 2C + O2 = 2CO2 + 188,1 ккал. По ее энерговыходу (94,05 ккал/моль, т.е. 12 г С, полностью сгорев, дадут 94,05 ккал тепла) видно, что углерод – весьма сильный восстановитель, т.е. жадно соединяется с кислородом.
Это свойство углерода с незапамятных времен используется в металлургии для выплавки железа и других металлов: их руды часто представляют собой соответствующие окислы или их производные соединения. Углерод бесцеремонно обирает себе кислород, и обездоленному металлу не остается ничего иного, кроме как выделиться в свободном виде.
В кузнечном горне восстановительная способность углерода также используется отчасти, как препятствующая окислению заготовки. Попросту, чтобы металл не сгорел. Но не менее здесь важна высокая теплотворная способность углерода: поддувая в массу топлива достаточно воздуха, чтобы углероду его хватило, можно сжечь его довольно быстро, а большое количество выделившегося тепла и температуру разовьет высокую.
Дутье в горн регулируют таким образом, чтобы кислорода топливу чуть-чуть не хватало, это полностью предотвратит окисление металла. Однако, если заготовку в горне передержать, то пойдет науглероживание: металл, особенно сталь, станет, как говорят, пересушенным – чрезмерно, непропорционально возрастанию твердости, хрупким. Пример совершенно пересушенного железа – чугун. В металлургии, чтобы получить из него конструкционную сталь, расплавленный чугун подвергают переделу: в конверторе или иным способом вводят в него кислород, отнимающий лишний углерод.
На другом топливе
Так работает стародавний угольный горн. Первоначально его топили древесным углем, потом – коксом. То и другое – почти чистый углерод. В принципе горн можно топить и дровами, дав им предварительно прогореть до углей, т.е. до древесного угля; как – посмотрим далее.
Устройство горна много упрощается, если на топливо взять очищенный моногаз, пропан или бутан. Они состоят из углерода и водорода, который тоже отличный восстановитель и, соединяясь с кислородом, дает еще больше тепла. Причем газ можно смешивать с кислородом воздуха заранее, еще в горелке. Как устроены газовые горелки для горна, мы тоже далее разберемся, а пока констатируем факт: газовый горн из кирпича можно собрать на скорую руку, лишь бы горелка была, см. рис. (Как сделать самому газовый горн, также можно посмотреть на видео в конце раздела).
Однако это касается только чистых моногазов промышленного назначения. Бытовой природный газ, во-первых, состоит из смеси насыщенных и ненасыщенных углеводородов, имеющих для полного сгорания разную потребность в кислороде и разное тепловыделение. Т.е., настроить тут оптимальную подачу воздуха для нагрева металла под качественную закалку или цементирование принципиально невозможно.
Во-вторых, в составе природного газа в ничтожных количествах есть сера, кремний, фосфор. Хотя бы в виде искусственно вводимой в бытовой газ для немедленного обнаружения утечки «отдушки» – меркаптана. Если фосфор и кремний при точной дозировке еще могут быть полезны (первый – для поверхностного фосфатирования; второй – для улучшения магнитных свойств), то сера – злейший враг стали, начисто убивающий ее эксплуатационную ценность, причем необратимо, для восстановления нужна полная переплавка.
Поэтому бытовой газ как топливо для горна можно использовать, во-первых, только после очистки от серосодержащих соединений. Простейший, но отнюдь не бесплатный ее способ – пропустить газ из баллона, прежде чем подавать в горелку, через емкость с нафталином. Он до серы охоч не менее, чем углерод до кислорода. Во-вторых, нагревать в газовом горне только не ответственные и не нагружаемые в дальнейшем детали; скажем, декоративные элементы художественных металлоизделий.
Примечание: в древесине серы тоже хватает с избытком для отравления стали. Но ее и другие, т. наз. легирующие яды, можно выжечь заранее, см. далее.
Видео: газовый горн своими руками
Назначение частей горна
Теперь вернемся к списку в начале и посмотрим, что в горне для чего. А тогда уже возьмемся за изготовление горна по образцам, рассмотренным далее или самостоятельно, исходя из имеющихся в наличии материалов и возможностей.
В промышленности на футеровку стола идет преимущественно кварцевый огнеупорный кирпич, он при интенсивной рабочей нагрузке служит десятилетия. Самодельный горн обычно футеруют печным шамотным кирпичом, более дешевым и доступным. При нерегулярном пользовании его тоже хватит на годы.
Топливник с колосниковой решеткой, воздушной камерой с дренажом и подающим патрубком с вентилем образуют сердце горна – фурму. В промышленных образцах применяют сменные фурмы под разные способы нагрева и нагреваемые заготовки. Любителю или мастеру-индивидуалу чаще всего достаточно одной наглухо вмонтированной в стол с цельной перфорированной круглыми отверстиями колосниковой решеткой.
Воздушный дренаж необходим, чтобы точно и оперативно, не отрывая взгляда от заготовки, регулировать дутье. Недогретую деталь проковать не удастся и закалку она не примет; перегретая и пересушенная пойдет рваться под молотом, а в закалочной ванне ее поведет как минимум, а то и треснет. И уж во всяком случае окажется недопустимо хрупкой. Как по виду раскаленной заготовки определить ее готовность для ковки или закалки – разговор особый. Но опытные кузнецы знают, что перепустить лишний воздух в атмосферу нужно успеть за секунды.
Назначение камеры, или шатра, горна совместно с его зонтом и дымоходом – удалить дымовые газы из рабочей зоны. Их при подготовке угольной массы (см. ниже) выделяется предостаточно, и ни один для здоровья не полезен. Тяга в дымоходе нужна хорошая, т.к. переднее (рабочее) окно шатра и проемы для длинномера (трубы, металлопрофили) открыты постоянно.
Что касается закалочной ванны и газовоздушной камеры, то они могут быть, а могут и не быть, это уж по вашему усмотрению. Закалочная ванна обязательно нужна, если вы собираетесь ковать т. наз. дамаск, изделия из булатной стали. Им нужна термоударная закалка, т.е. из горна – мгновенно в ванну.
Примечание: о нравах прошлого. Когда-то лучшими считались булатные клинки, закаленные в живом теле пленного сильного врага или, в крайнем случае, мускулистого раба.
Газовоздушная камера в промышленности используется:
- Для дополнительной сушки и подогрева воздуха.
- Для очистки дутьевого воздуха от примесей и конденсата.
- Для введения в воздух газообразных легирующих присадок.
В домашних условиях супер-супер спецспавы не получают; проблема конденсата на производстве возникает при дутье от общей сети сжатого воздуха. В маломощном горне воздух достаточно нагревается, проходя через отверстия колосника фурмы, а очистить бытовой газ от серы можно, пропуская его сквозь слой нафталина, как сказано выше. В общем, делайте газовоздушник, не делайте, дело ваше.
Наконец, горнило. Это жаростойкий колпак, расширяющий зону предельно высокой температуры. Его ставят, если в горне плавят в тигле цветные или драгоценные металлы и сплавы (температура плавления золота 1060 градусов, серебра 960, меди 1080, латуни и бронзы 900), цементируют детали в муфеле и т.п. Искать дорогое готовое горнило нет смысла, в домашней кузне его вполне заменит десяток шамотных кирпичей, выкладываемых на сухую по детали. В такой комплектации самодельный горн заменит и дорогостоящую муфельную печь.
Как топят горн?
Чтобы взяться наконец-то за свой собственный горн, осталось выяснить, а как же его топить? Тогда и в конструкциях разобраться будет проще.
Лучшее топливо для горна – мелкий кокс. Кузнецы его называют коксиком, название переняли и торговцы. Если в продаже кокс, а есть и коксик в мелкой упаковке. Стоит коксик, смотря до региону, раза в 3 дороже каменного угля, но уходит его на 1 ковку при умелом обращении раз в 4-5 меньше.
Кокс – практически чистый аморфный углерод, карбон. Действительно чистый: коксовый газ – ценное химическое сырье, так что металлурги не халтурят. Воспламеняется при 450-600 градусах, поэтому растопка нужна двойная: дровами разжигают уголь, а уж на него накладывают слой в 150-170 м кокса и включают дутье на максимум. Когда уголь прогорит (это видно по пламени), массу кокса разгребают, оставив на колоснике слой в 1/3-1/4 от высоты всей кучи, вводят в очаг заготовку и загребают горящим топливом. Дутье сбавляют до нормы для данной операции и ждут, пока деталь дозреет.
Для работы с дамаском нужен древесный уголь, он загорается при меньшей температуре и сгорает быстрее, т.к. сохраняет микропористую структуру древесины. А также, как активированный уголь в противогазе, дополнительно поглощает легирующие яды. Дело в том, что булат проковывают из пучка проволок или прутков разной твердости. Собственно изделие получается их взаимной диффузией при ковке. Процесс очень тонкий, и регулировка дутья нужна ювелирная, а легкий пористый древесный уголь на манипуляции воздушным дренажом отзывается мгновенно.
Если топить каменным углем, ему нужно дать прогореть до карбона, т.е. летучие составляющие, тот самый коксовый газ, должны выгореть. Это опять-таки видно по цвету пламени. Но столь полного извлечения летучих, как в коксовой батарее, прямо в горне не добиться, так что на угле можно ковать декоративные или среднего качества обиходные изделия. Как правило, одной загрузки угля не хватает и его приходится дожигать. Догрузку на дожигание подкладывают к очагу сбоку на стол и по мере прогорания подгребают образующийся карбон на заготовку.
Дровами топят в общем так же, как углем, но только лиственными. Просто кучей дрова скорее прогорят до золы, чем полностью выпустят летучие и образуют уголь. Кроме того, допускать попадания непрогоревших щепок на деталь никак нельзя, уж больно много в древесине вредных для стали примесей. Поэтому дрова на карбон в горне выжигают в обечайке, см. рис. Догрузку выжигают подложив вплотную к ней и по мере прогорания угли переносят в обечайку шипцами.
Беремся за горн
Начинающему кузнецу для приобретения опыта и чутья лучше всего быстренько сделать мини-горн из 6 шамотных кирпичей, см. рис. Лезвие топора, чтобы побриться можно было, или охотничий нож в нем не раскалишь под закалку, но можно греть мелочь для художественной ковки, концы длинномера под ковку или гнутье или плавить в тигельке драгцвет.
Полки колосниковой решетки из обрезков стальных труб, а самые колосники – из стальной полосы 4-6 мм толщиной. Колосники нужно закрутить на угол винтом, чтобы захватывали дутьевой поток, как показано на рис. Топливо – кокс или уголь. Розжиг и дутье – паяльной лампой, газовой или бензовоздушной горелкой. Если используется паяльная лампа, между ней и горном нужно поставить асбестовую перегородку с окном под сопло: горн интенсивно излучает тепло и резервуар лампы может взорваться. Пользуются этим горном только на открытом воздухе, т.к. зонта с дымоходом нет.
Примечание: еще интересный вариант – небольшой горн на скорую руку минимальной стоимости, см. видео:
Переносной
Следующая конструкция – переносной горн из… гусятницы. Конструкция ясна из рис. Футеровка – шамотный мергель в смеси с шамотным песком (молотым боем шамотных кирпичей, есть в продаже). Обжиг футеровки после сушки – по ходу работы.
Наддув не обязательно вентилятором от ручной сирены, как на рис. Можно использовать любой подходящий, см. далее, присоединив его металлогофром. Это, кстати говоря, сделает работу с длинномером удобнее. В таком случае на глухом конце воздуховода необходим воздушный дренаж вроде того, как для передвижного горна, о котором еще будет сказано.
Возможности горна из гусятницы пошире, чем у 6-кирпичного, т.к. рабочее пространство больше и открыто сверху. Но появляются и существенные недостатки:
- Неразборная конструкция: при прочистке фурмы (см. далее о стационарном горне) нагар падает вниз и засоряет перфорацию воздуховода, даже если ее отверстия ориентированы вбок или вниз. Для чистки приходится ломать футеровку.
- Работает только на коксе или древесном угле, т.к. стола с пространством для выжигания нет.
- Дорогая эксплуатация: расход карбона сравним с таковым угля в настоящих горнах.
- Невысокая рабочая температура, до 900 градусов, т.к. не обожженная толком футеровка при большей трескается.
О кавалерии и швейных машинах
Когда-то каждый эскадрон кавалерии всех армий мира имел на хозяйстве переносной горн с ножным приводом от кривошипно-шатунного механизма для ковки подков и подковных гвоздей. Его так и называли кавалерийским, см. рис. Если говорить об энергонезависимых горнах, то это куда удобнее, чем вентилятор от сирены: обе руки свободны. Да еще смекалистые конники приучали лошадей давить на педаль копытом.
Ныне кавалерийский горн можно увидеть разве что в музее РККА. Но – проявим и мы смекалку – старые швейные машинки с ножным приводом еще эксплуатируются и продаются. А это – тот же кривошип с ведущим шкивом подходящего диаметра и прочная станина для стола. Плюс колесики, на которых горн катать можно.
Какой нужен вентилятор?
Ниже мы перейдем к конструкциям уже вполне функциональным, для которых требуется полноценное дутье. И электричество для вентилятора найдется везде. Но какой нужен вентилятор для горна? Когда-то горны поддували мехами; кому любопытно, как кузнечные мехи устроены, см. рис. справа.
Примечание: именно по остаткам кузнечных мехов глубокой древности археологи установили, что металлургия у первобытных народов имела мистически-сексуальный смысл – от Скандинавии до Южной Африки глиняный штуцер горна выполнялся в виде мужских гениталий, а гнездо под него в горне – женских.
Что касается производительности, то для стационарного горна на коксе вполне хватит 200-250 л/мин. Т.е., мощность мотора вентилятора достаточна от 80-100 Вт.
Существенно важнее то, что нам нужно протолкнуть воздух сквозь довольно плотную массу спекшегося топлива. Поэтому при выборе вентилятора прежде всего нужно обратить внимание на создаваемое им давление при нулевой производительности, т. наз. предельное давление. Смысл этого параметра прост: предельное давление вентилятор создаст, нагоняя воздух в замкнутую полость.
Для горна нужно предельное давление от 220-230 мм. рт. ст., что соответствует примерно 0,3 ати. Осевые вентиляторы (крыльчатки) такое создают только промышленные, типа ВН-2 или его аналогов. Бытовые вытяжные и промышленные охлаждающие по предельному давлению вообще не нормируются и, как правило, нужного не создают.
Кроме того, нагоняют они воздух до предельного давления медленно, за минуты, а при тонких ковочно-кузнечных работах дутье нужно менять за секунды. Ставить ресивер бесполезно: при открывании вентиля воздух в нем расширится по адиабате, что при 0,3 ати даст только пшик.
Итого вывод: для наддува горна нужен центробежный вентилятор-улитка. Спецификацию можно и не смотреть, нужное предельное давление даст любой центробежный вентилятор по самому принципу своего действия. Лучше всего брать улитки от систем радиационной защиты военной техники, у них и производительность высокая. Правда, питание – 12, 24 или 27 В постоянного тока, так что понадобятся трансформатор и выпрямитель соответствующей мощности.
Отлично подойдет любой старый бытовой пылесос, но тут нужно учесть, что его мощность почти всегда будет избыточна. Уменьшать ее ЛАТРом или тиристорным регулятором не следует: мотор будет работать в тяжелом режиме чрезмерного скольжения ротора и ресурс и так подызношенного старика окажется невелик. Лучше всего в фурме сделать широкий воздушный дренаж, как в далее описанном стационарном горне.
Передвижной
Здесь на рис. – чертежи заслуженно популярной конструкции: уже полнофункционального передвижного горна, предназначенного для использования на открытом воздухе. Именно такого рода устройство имелось в виду при размышлении о кавалерии и швейных машинах.
Обратите внимание на узел, обозначенный цифрой 1. Это дренаж тонкой регулировки дутья. Дренажная трубка выдвигается-задвигается, а внизу в ней насверлен продольный ряд мелких, 1-2 мм диаметром, отверстий. Перепуская воздух в дренаж, можно очень точно регулировать наддув.
Стационарный
Стационарные горны делают опытные мастера под свои антропометрические данные. Кусок раскаленного до оранжевого железа весом в несколько кило в клещах – предмет чрезвычайно травмоопасный, поэтому эргономика стационарного горна должна быть идеальной.
Примечание: в романе А. Н. Толстого «Петр Первый» красочно описан случай, как молодой еще царь-мастеровой получил порядочную выволочку от подневольного кузнеца за неловкость при наварке лапы якоря. Только огромная физическая сила Петра предотвратила тогда производственное ЧП.
Берем размеры
Приблизительные размеры стационарного горна показаны на рис.
Именно приблизительные, но высоту стола и его размеры нужно определить точно:
- Становимся ровно, ноги на ширине плеч. Правую свободно опущенную руку сгибаем в локте.
- Помощник измеряет расстояние от локтевого сгиба до пола. Добавляем к нему 5-7 см, это и будет высота стола.
- Теперь берем в ту же руку самые большие клещи, помощник измеряет расстояние от живота до концов их губок.
- Добавляем к нему 10-12 см, мы получили половину длины диагонали стола.
- Длину стороны квадратного стола берем равной 1,4 от длины полудиагонали (0,707 от полной диагонали).
Примечание: делать стол круглым не нужно, т.к. детали клещами брать придется разные. А прямоугольным – можно, если работать будете вдвоем с подручным.
Конструкция
Последовательность изготовления стационарного горна видна из рис. Воздушник фурмы с наддувом от пылесоса или улитки автопечки лучше опустить пониже, а заслонку воздушного дренажа при этом (пп. 4 и 5) сделать выдвижной вперед. Получится воздушный ресивер достаточно большой емкости, и заслонку можно будет выдвигать-вдвигать носком обуви.
Обратите также внимание на цельный колосник, поз. 2. Он в данном случае специальный для горнов. Секрет – в перекрещивающихся ложбинках, разделяющих плиту на квадратики. В них скапливается нагар. Если насверлить отверстия в гладкой плите, то их после каждой ковки придется прочищать стальным прутом.
Но почему нельзя сделать колосниковую решетку наборной из планок, как в печке? Потому, что масса топлива спекается не однородно. В щелях между планками поток воздуха будет прыгать туда, где ему свободнее выйти. В том месте температура окажется выше, и вся заготовка может оказаться пересушенной пятнами. На-глаз мастер-любитель этого не заметит, но под нагрузкой местная хрупкость скажется. А пропускание воздуха сквозь двумерную регулярную структуру (печной колосник одномерный) уменьшает неравномерность воздухораспределения на порядок. Если колосник трехмерный, как показано на рис. с устройством горна в начале, то неравномерность распределения воздуха практически не сказывается.
А как быть, если негде взять спецколосник? Тогда приемлемый выход – полностью самодельная фурма с концентрическим расположением отверстий диаметром 8-10 мм, см. рис. справа, такая система не так быстро засоряется и дутье по площади обеспечивает более-менее равномерное. По принципу действия похоже на рассеиватель душа.
Наддувать воздушный душ пылесосом нельзя, топливо выдует. Нужно взять улитку от автопечки или подобную ей. Регулировать дутье дренажом в таком случае тоже нежелательно, оптимальный для равномерности дутья наддув слабоват. Нужно встроить в воздуховод дроссельную заслонку, а нижнюю крышку фурмы сделать съемной только для чистки.
Газовые горелки
И под конец дадим чертежи нескольких горелок для газовых горнов. Для художественной ковки они вполне подойдут, а, что ни говори, из кузнечных работ она самая востребованная. Все эти горелки – инжекционные прямоточные. Куда более эффективные и универсальные вихревые слишком сложны для самостоятельного изготовления.
Первая, на рис., самая сложная. Чтобы ее сделать, нужно быть токарем-фрезеровщиком не ниже 5 реального разряда. Зато работает на любом газе (кроме ацетилена, см. ниже!), бензовоздушной смеси и дает очень мощный наддув: может продуть и большой стационарный горн, описанный выше.
Следующая (см. рис.) попроще и содержит меньше деталей, хотя и здесь нужно точно точить пологие конусы. Дует тоже отлично, но работает только на пропане. Под бутан сопло требуется совсем узкое, да бутан и применяется мало.
Обтачивать вчистую внешнюю поверхность инжектора Д1 и сверлить сопло нужно в один установ. Сопло сверлится твердосплавным сверлом и проходится вчистую разверткой. Это и есть главный недостаток конструкции: требуется мелкий точный инструмент, не везде и не всегда доступный.
Ниже на рис. две горелки попроще. Слева – точеная универсальная под бытовой газ или пропан. Продуть может максимум небольшой передвижной горн, но выточить детали под силу токарю-середняку. Нужно только владеть технологией посадки деталей в горячий натяг. Которая, впрочем, не сложна.
Справа – горелка-самоделка. Большинство деталей, включая ниппель – от велосипеда. Из токарки требуется только обточить в размер самую малую звездочку от велосипедной КПП. Эта горелка всеядна: пропан, бутан, бытовой газовый коктейль, бензовоздух. Но греть ею можно только малые кирпичные замкнутые горны, показанные в начале.
Примечание: ни в коем случае не запитывайте эти горелки ацетиленом! Металл в горне сожжете и до взрыва недолго!
В заключение
Что ж, как сделать горн, мы теперь знаем. А что в нем делать с металлом – отдельная большая тема. Кузнечное дело с горна только начинается.
clubpechnikov.ru