09.02.2022

Устройство горна кузнечного: принцип работы

Как сделать кузнечный горн на газу своими руками: советы + чертежи в помощь домашним умельцам

Оборудование для термической обработки металлов – дорогостоящее удовольствие. Не каждый начинающий мастер готов выложить солидную сумму на его приобретение. Зато есть технологии, согласно которым кузнечный горн на газу своими руками соорудить можно без особых затруднений и трат.

В представленной нами статье вы найдете детальное описание сборки главного атрибута кузнечного промысла. Мы расскажем о том, как работает горн и о его конструктивных компонентах. Подскажем, каким образом добиваются необходимой для плавки и ковки заготовок температуры.

Самостоятельным домашним умельцам мы предлагаем ознакомиться с проверенными кузнечной практикой самоделками. Вы узнаете, какие материалы, готовые устройства и инструменты потребуются в изготовлении горна. Получите представление о непростом процессе и ценные советы.

Принцип работы и специфика конструкции

Кузнечный горн необходим для проведения ряда операций по подготовке металла к последующей обработке. Разогретой в нем заготовке придают запроектированную форму. С его помощью изготавливают популярные нынче кованые украшения, нужные в быту детали, утварь, предметы обстановки и т.д.

Горном пользуются во всех областях термообработки. Он может быть совсем миниатюрным, устанавливаемым буквально на стол, и стационарным, напоминающим традиционную кирпичную печку. Независимо от габаритов все модели действуют по единому принципу.

Кузнечный горн, установленный в гараже или подобном подсобном помещении, обеспечит достижение температурного фона в 1100-1200 градусов для разогрева, плавки и ковки металлов, цементирования, отлива стеклянных изделий

Горны для кузнечных работ бывают стационарными и переносными. Есть напольные виды для ковки крупных заготовок и настольные модели для изготовления оригинальных украшений

В упрощенном варианте кузнечный горн можно сделать из металлической емкости, в которую нужно поставлять топливо и воздух для поддержания горения

Предложенные промышленностью кузнечные горны нельзя назвать дешевым оборудованием. Но выход есть. Сделать его можно собственными руками

Как работает кузнечный горн?

Для подготовки металла к последующей ковке его нужно разогреть и в буквальном смысле «размягчить» в температурных условиях до 1100-1200ºС. Условия достигаются благодаря специфическим особенностям конструкции, обеспечивающей поставку в зону горения топлива и кислорода в нужных для процесса пропорциях.

Внутри газового или твердотопливного кузнечного горна проистекает характерная химическая реакция: перерабатывается углеводород. Углерод, получаемый при горении как газообразных, так и твердых углеводородов, вылавливает и присваивает себе из разогреваемого металла кислород. В итоге получается сталь без окисляющих примесей.

Сооруженный собственными руками кузнечный горн не позволит, конечно ковать булатные клинки и ажурные решетки для изысканной балюстрады, но для изготовления несложных бытовых вещей и оригинальных украшений вполне подойдет

Особенности кузнечного горна позволяют пользоваться восстановительным потенциалом углерода частично. Весь кислород не выжигается из разогреваемой заготовки. Благодаря частичному восстановлению металл не пережигается полностью и не становится хрупким, как это бывает с чугуном.

Для устройства миниатюрной домашней кузни не нужны особые материалы. Всем необходимым располагает практически каждый хозяин. Наверняка у него есть кирпичи и обрезки металлопроката, стальные трубы, анкера, хомуты

Кстати, чугунные изделия в промышленности после термообработки насыщают кислородом, чтобы избавиться от указанного недостатка или хотя бы минимизировать его.

В выпущенный промышленностью горн, оснащенный системой управления, нужный для горения воздух нагнетают так, чтобы его слегка не хватало. Самоделку таким устройством сложно снабдить, если не установить на нее, конечно, готовую газовую горелку с автоматикой.

Независимо от конструкции и типа работы кузнечного горна в его рабочей зоне перерабатывается углерод, выделяемый из углеводорода. Он притягивает к себе окислы, избавляя от них металл

Из-за невозможности регулируемой подачи воздуха, точнее содержащегося в нем кислорода, рукотворные кованые изделия нередко бывают пережжены. Так случается на первых этапах. Однако с опытом приходит и способность мастера чувствовать, когда надо перестать нагревать, а также знания, что нужно делать, чтобы избежать полной потери кислорода.

Устройство и рабочие составляющие

Вариантов изготовления самодельных моделей, проверенных кузнецами на практике, великое множество. Мы приведем только малую часть из них. Перед тем как решить, какой газовый горн лучше сделать своими руками, разберемся с типичными особенностями устройства.

По технической сути любой кузнечный горн – это своеобразная печь с характерными принадлежностями: топливником, колосниковой решеткой, воздушной камерой, именуемой в русских отопительных агрегатах поддувалом. В отличие от обычной печки воздушную камеру оборудуют дренажем для регулировки подачи воздуха и патрубком с вентилем.

Колосник усиливают так, чтобы он был способен сопротивляться немалому термомеханическому воздействию. Обычная решетка из металлических прутьев или обрезков уголка не подойдет. Нужно усиленное устройство. В идеале лучше, чтобы это было вмонтированная в рабочий стол панель из толстого металла с равномерно высверленными отверстиями.

В конструкции кузнечного горна каждая конструктивная часть выполняет определенные функции, благодаря чему освобождение металла от примесей и разогрев для ковки производится в оптимальном режиме

Совокупность перечисленных составляющих называется фурмой. В комплектации горнов промышленного производства их несколько, чтобы можно было менять в зависимости от требующихся условий для выполнения определенной операции и от размера разогреваемой заготовки.

Фурму чаще всего устанавливают не в закрытый корпус, а монтируют на стол. Ему нужно быть достаточно устойчивым и защищенным от термического воздействия, для чего используется футеровка. В ряде конструкций в стол вмонтирована колосниковая решетка или вместо нее установлена металлическая перфорированная панель.

В футеровке стола для стационарного горна, который собираются активно эксплуатировать, используют огнеупорный кварцевый кирпич. Самоделки для разовых работ футеруют шамотным кирпичом. Найти его в продаже проще, да и цена пониже.

Камеру горения кузнечного горна укрепляют путем футеровки, которую выполняют огнеупорным или шамотным кирпичом, способным сопротивляться высоким температурам

Для полноценного сбора и отвода дымовых газов над столом с перфорированной панелью или над фурмой располагают шатер или зонт. Их соединяют с дымовым каналом, который сооружается по принципу дымохода для газового котла. Он должен безупречно работать, т.к. выделяемые при нагреве металла газы чрезвычайно токсичны.

Кроме основных конструктивных составляющих есть еще дополнительные приспособления. Обычно рядом с горном кузнецы ставят закалочную ванну, чтобы готовое изделие сразу окунать в охлаждающую и закаляющую его среду. Это в случае, если требуется термоударная закалка.

Обустраивая собственную кузню надо подумать не только об изготовлении оборудования для разогрева металла, но и о сопутствующем оборудовании: наковальне, ванны для закалки, газовоздушной камере, дымоходе и вытяжном зонте

Еще ремесленники в производственных масштабах пользуются газовоздушной камерой. В ней продукцию сушат от конденсата, вводят в состав присадки, которые можно добавить только в газообразном состоянии. Там же сушат воздух для получения определенных технологических условий.

Чтобы увеличить область предельно высокой температуры применяют горнило – расширяющийся к основанию колпак. Он нужен в основном при работах с цветными и драгоценными металлами. Кустарям зачастую ничего из дополнений не требуется, разве что ванна, под которую можно приспособить любую металлическую емкость достаточного объема.

Выбор голубого топлива для работы

Считается, что для работы кузнечного горна подойдет как магистральный, так и баллонный сжиженный газ. Разочаруем: пользоваться неочищенным природным вариантом нецелесообразно.

У отказа от природного топлива есть две весомые причины:

Из трубы к нам поступает голубое топливо, представляющее собой некую смесь газообразных углеводородов. Их способности по теплотворности и удерживанию кислорода различаются. Потому настроиться на оптимальную поставку воздуха фактически невозможно.
В газовой смеси для бытового использования всегда имеется пусть и незначительное, но влияющее на результат содержание примесей. Наличие фосфора с кремнием можно и не замечать, а вот сера точно приведет результат трудовых усилий в непригодность. Спасти сможет только переплавка.

Вдобавок бытовой газ одорируют – придают ему характерный запах, чтобы сразу же можно было обнаружить утечку. Эти вещества также негативно отразятся на качестве.

Для работы кузнечного горна не подходит бытовой газ, так как в его составе есть мешающие обработке металлов примеси. Газообразное топливо перед подачей в зону горения надо очищать или применять баллоны с промышленным моногазом

Отлично подошли бы промышленные сжиженные газы: поставляемые в баллонах пропан или бутан. Но только в случае, если это будут моногазы без сопутствующих примесей вообще.

Если купить очищенное голубое топливо не представляется возможным, провести очистку можно самостоятельно. Избавиться от серосодержащих соединений поможет емкость с нафталином, через которую надо пропустить газ перед подачей в горелку.

Кстати, если использовать горелку заводского изготовления, процесс сооружения горна будет проведен гораздо быстрее. Да и за результат можно не переживать работать все будет безупречно и безопасно. К тому же в горелке воздух с газом можно заранее смешать в нужных для работы пропорциях.

Технология сооружения кузнечного горна

Сразу оговоримся, что самодельный газовый горн, с чертежами и методами сборки которого мы вас познакомим, не пригоден для производственных целей. Однако уникальные украшения, интересные интерьерные вещицы, оригинальные металлические изделия с его помощью изготовить очень даже запросто можно.

Многие модели кузнечных горнов, разработанные под работу на твердом топливе, могут адаптироваться под работу на газе

Начнем с простейших вариантов, не требующих от исполнителя навыков в сварке и прочих строительных областях.

Элементарная конструкция с газовой горелкой

Простейший кузнечный горн для формирования красивых наконечников у металлического прутка, из которого планируется сварить симпатичный забор на даче, или для ковки украшений можно сделать из шести шамотных кирпичей.

Колосниковую решетку в этой модели варят на основе двух обрезков стальной трубы ВГП произвольного диаметра, но не слишком большого. К ним поперек приваривают закрученные по типу винта обрезки профильной трубы, уголка или полосы. Так нужно для захвата дутьевого потока.

Самый простой вариант кузнечного горна можно за полчаса собрать из шести кирпичей, нескольких обрезков стальной трубы и металлопроката

Из шамотных кирпичей складывают «топливник», у которого есть только основание, верхнее перекрытие, да по бокам две стенки. Устанавливают этот горн только на улице, так как система дымоудаления не предусмотрена. Со стороны наддува в земле выкапывают небольшой шурф для корпуса газовой горелки или паяльной лампы.

Для того чтобы во время работы этого горна из газовой горелки не произошел взрыв, перед входом в топливник лучше поставить перегородку из асбестового картона. Ведь исходящее из открытой топки тепло может вернуться и нагреть резервуар с газом.

В простейших кузнечных установках воздух для горения поставляется либо естественным образом, либо с помощью кузнечных мехов. в обоих случаях контролировать подачу кислорода невозможно

Вообще, в этом устройстве разогрев производится на углях или коксике (мелком коксе, выпускаемом целенаправленно для кузнецов). Газовую горелку или паяльную лампу применяют лишь для активизации процесса. Они разожгут и создадут дутьевую струю.

Мобильный вариант из гусятницы

Для устройства этой модели нужна отслужившая гусятница. В ее торцах прорезают отверстия для ввода самодельной или купленной газовой горелки. Над отверстиями вырезают два углубления. Эту модель так же как предыдущий тип можно эксплуатировать исключительно на свежем воздухе.

Футеровка самодельного горна производится смесью шамотного песка с кирпичным шамотным же боем. Приобрести для этого можно прямо готовую смесь. После нанесения ничего запекать специально не нужно. Отвердевание футеровочного состава произойдет во время использования приспособления.

Для наддува устанавливается подходящий по виду и мощности вентилятор, к примеру, от ручной сирены. Идеально подойдет дутьевая газовая горелка, которую можно снять с отслужившего турбированного котла, если она, конечно, в рабочем техническом состоянии.

Сделанная из старой чугунной посуды конструкция не позволит достичь температуры более 900º С, что существенно сужает сферу применения

В этом решении есть существенный недостаток – работать с ним можно только на улице, а если использовать дутьевую горелку, то потребуется электропитание. Т.е. придется запастись либо хорошим удлинителем достаточной мощности, либо рисковать, расположив устройство недалеко от дома.

Есть еще вариант – кузнечные меха, которыми пользовались кузнецы несколько столетий. Однако заметим, нагнетать воздух в топливник горна вручную вовсе не безопасно. Да и с производительностью будет все проблематично и неоднозначно.

Стационарное оборудование для мастерской

Модели, устанавливаемые в мастерских для постоянной работы, должны быть не только функциональны, но и эргономичны. Важно продумать и удобство работы, и безопасность, ведь раскаленная металлическая болванка представляет собой потенциальную угрозу. А получение тяжелых травм не входит в планы ни одного нормального мастера.

Размеры оборудования в этом случае не стоит брать стандартные, ведь все мы сложены и устроены индивидуально. Кузнечный горн должен быть удобен именно вам и тем, кто будет пользоваться вашей мастерской, если она взята в совместную аренду. Особенное значение имеет высота рабочего стола и его габариты.

Передвижной горн зимой можно использовать в мастерской, обустроенной вытяжной системой с зондом, а летом — на улице, перемещая внутрь постройки по завершению работы

Для определения размеров будущего горна поступим следующим образом:

Выберем место в мастерской, позволяющее расположить все основное и дополнительное оборудование в местах, удобных для проведения всего спектра работы по разогреву, ковке и закалке.
Определим свое место. Встанем, распределив ступни на ширине плеч. Рабочую (правую/левую) руку согнем в локте.
Замеряем расстояние от локтя согнутой руки до плоскости пола. Это удобнее сделать напарнику. Потом так же получаем второй результат, если ковать будете не только вы. К среднему арифметическому от двух расстояний прибавляем 5-7 см – получаем высоту рабочего стола.
Берем самые большие по габаритам клещи, чтобы замерить расстояние от живота до их самой крайней точки. К измеренному расстоянию прибавляем 10-12 см – получаем половину диагонали рабочего стола.
Вычисляем длину стороны квадратного рабочего стола, учитывая полученную ранее половину диагонали.

Кузнечный стол обычно не делают круглым, т.к. он неудобен в работе, особенно, если работать предстоит с подручным.

Самодельный горн для собственной кузни изготавливают с учетом индивидуальных размеров и удобства пользования оборудованием

В центре рабочего стола кузнечного горна для регулярной работы располагают цельнолитую колосниковую решетку с равномерной перфорацией. Такой вариант меньше накапливает гарь, а если и собирает, то распределяет более равномерно, чем сборный колосник из прутка, полосы или уголка

В подобных конструкциях для наддува воздушной массы не используют пылесос во время работы на углях или коксе. Лучше подключить центробежный вентилятор-улитку от автомобильной печки

Устанавливаемые стационарно горны для частной кузни в обязательном порядке оборудуют системой сбора дымовых газов и удаления. В закрытом пространстве желательно кроме этого устроить еще и механическую вытяжную вентиляцию

ликбез от дилетанта estimata

Новичку об основах в области экстремальных и чрезвычайных ситуаций, выживания, туризма. Также будет полезно рыбакам, охотникам и другим любителям природы и активного отдыха.

воскресенье, 30 августа 2020 г.

Устройство кузнечного горна

Кузнечный горн – устройство обеспечивающего разогрев до ковочной температуры заготовок. Размеры горна зависят от того, какие заготовки надо проковывать. Также они могут быть стационарными и переносными.

стол из огнеупорного материала
горновое гнездо или очаг с колосником
фурма
шатер и зонт
дымоход
поддув
топливо

Стол предназначен для размещении на нём очага, фурмы и прочих отдельных деталей горна.

Стол изготавливают в зависимости от типа горна. Переносные варианты делают, как правило, из 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.

Стальной стол с горновым гнездом (очагом)

Горновое гнездо (очаг с колосником)

Это то место, где происходит сгорание топлива и разогрев заготовки.

Очаг и колосниковая решетка

В небольших самостоятельно изготовленных горнах может быть выполнен из консервной банки, газового баллона, выложенных кирпичей и т.п.

Колосник

Колосник — часть печи, которая обеспечивает доступ к топливу дополнительного нагнетаемого воздуха. Эта деталь может быть изготовлена в любом виде: от чугунной или стальной плиты с отверстиями или прорезями, до быть сложенными из огнеупорного кирпича.

Главная задача колосника — обеспечить горн для ковки достаточным объемом нагнетаемого воздуха, держать топливо (уголь) и выдерживать высокую температуру.

Колосниковая решетка

Площадь колосниковая решетка может иметь разную. Все зависит от размеров очага и вида топлива.

Еще одна особенность колосника, которую могут использовать кузнецы, это форма отверстий, способствующих формированию пламени, необходимого при разогреве различных заготовок и материалов.

Размещение колосника может меняться в зависимости от стороны поступления воздуха: снизу (классический вариант), сбоку или сверху.

Фурма

Подаваемый воздух 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.
В твердотопливных горнах фурма также выполняет сбор остатков сгоревшего топлива.

Горн с зонтом и фурмой под столом

Шатёр и зонт

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.

Шатёр и зонт обычно присутствуют в закрытых или полузакрытых конструкциях стационарных печей.

Дымоход

По сути, это обычная печная труба для вытяжки и удаления дыма. Изготовленный правильно дымоход даёт тягу необходимую для горения.

Поддув

В кузнечный горн, особенно работающий на твердом топливе, обязательно должен подаваться определенный объем воздуха, иначе требуемая температура не будет достигнута.

Ранее поддув через фурму обеспечивался при помощи кузнечных мехов, нагнетающих кислород в очаг. Сегодня их заменили вентиляторы и компрессоры. Причём в небольших переносных горнах нагнетание воздуха можно обустроить с помощью небольшого вентилятора, но стационарные большие горны потребуют и большего объема кислорода.

Кузнечные мехи для нагнетания воздуха

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.

Устройство нагнетания воздуха снизу

Топливо

Сегодня многие кузнецы 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, газ обходится дешевле, чем уголь.

Однако многие кузнецы, как и в старину, успешно пользуются твердотопливными типами горнов. Такой способ разогрева сложнее контролировать, т.к. 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.

Возможно использование и дров. Правда они сначала должны прогореть до углей. Что тоже не всегда целесообразно.

Существуют кузнечные горны на жидком топливе. Но они используются довольно редко.

Создаем кузнечный горн своими руками

Оборудование

Ну до чего у нас любят дикие заумные определения: специальные нагревательные устройства с целью повышения пластических характеристик металла. Давайте попробуем перевести все это безобразие на человеческий язык.

Кузнечный горн по своей сути — печка. Понятно, что со своим особенностями, разновидностями и технологическими нюансами, но все равно – это печка. Она нужна для разогрева металлических деталей до температуры, чтобы их можно было ковать, то есть подвергать деформации.

Это главный и общий факт для всевозможных видов кузнечных горнов – от примитивных дачных поделок на кирпичах до промышленных печей со множеством технологических особенностей применения и назначения.

Нагрев заготовки в кузнечном горне

От кузнечной печки требуются два главных и единственных свойства: давать очень высокую температуру, вплоть до 1200 — 1500°С и возможность поддерживать нужную температуру в течение определенного времени. Иными словами, нам нужен сильный и ровный жар.

При какой температуре металлы поддаются ковке, то есть начинают быть пластичными? Это у всех металлов и сплавов по-разному. А вот визуальный признак того, что металлическая деталь нагрелась до нужной температуры, тоже общий – это оранжевый цвет детали.

Все металлы отвечают на нагревание изменением цвета от темно-красного до пронзительно-белого. Так вот оранжевый цвет – это сигнал, что можно начинать настоящую кузнечную работу по металлу.

Чертеж кузнечного горна.

Единственный металл, который ведет себя довольно подло и не меняет своего цвета при нагревании – это алюминий. Он не самый легкий металл для ковки и сварки в принципе, с алюминием нужно знать и применять множество специальных требований.

Так вот отсутствие оранжевого цвета в то время, как он уже нагрелся для ковки – значительный фактор, затрудняющий работы с этим капризным металлом и его сплавами. Ведь и перегреть нельзя. Недогреть – тоже никуда не годится.

Классификация кузнечных горнов

Существует несколько критериев, по которым можно развести все эти печки на аккуратные типы.

Чаще всего горны делят по виду топлива, на котором они работают:

Твердотопливные горны

Они работают на угле. Их использование становится все реже, так как уголь – топливо, не дающее стабильного и ровного огня, что является самым важным требованием к кузнечному горну. Мало этого, для таких печек нужен не просто уголь, а высококачественный древесный коксующийся или такого же качества каменный уголь.

Любители такой экзотики есть, так что ниже мы остановимся на паре-тройке советов по обустройству такой печки.

Газовые кузнечные горны

Вот об этом типе печек мы поговорим подробно: они являются самыми распространенными и в домашних кустарных мастерских, и в профессионально оборудованных кузнечных центрах. Газовый кузнечный горн – без сомнения, любимый инструмент отечественных кузнечных мастеров.

Жидкостные

Здесь основным видом топлива выступает мазут.

Угольный кузнечный горн.

По конструкторскому решению горны делятся на закрытые и открытые. По размеру они бывают малыми, средними и большими. Вот, собственно, и вся классификация кузнечных горнов. Самодельный горн для ковки – вещь вполне реальная и, самое главное, нужная в хозяйстве.

Главное – решить какой именно горн вас устроит. А для этого вы должны четко знать, какую именно кузнечную продукцию вы собираетесь делать, для кого и в каком количестве.

Принципиальная конструкция самодельного горна

Первый вопрос: какой горн делать – открытый или закрытый? Ответ будет зависеть от ваших планов – что вы собираетесь делать в своей кузнечной мастерской? Если это хобби в виде художественной ковки в малых количествах исключительно для дома и подарков родственникам, то вам будет вполне достаточно обзавестись открытым горном.

Он намного проще и обойдется вам дешевле по денежным и трудовым затратам. На открытом горне проще нагревать и массивные или длинные детали.

Если же вы планируете работать с металлами серьезно, чтобы, например, зарабатывать деньги, то мы посоветовали бы соорудить кузнечный горн своими руками закрытого типа.

Вот какие детали составляют грамотно собранный горн:

рама на стойках для опоры, все должно быть сделано из стали;
под – дно или нижняя часть стенки горна;
заслонка шиберного типа со специальными отверстиями для ускорения нагревания металла и экономии топлива;
вентилятор;
труба для отвода дыма
футеровки – тепловая защита печки в виде шамотных кирпичей;
рекуператор – специальное устройство для возврата выделяющегося тепла в виде печных газов и, таким образом, эффективного использования ресурсов.

Строим твердотопливный горн

Главным недостатком твердотопливных горнов является то, что уголь сам по себе не может выдать нужную температуру свыше 1000°С. Поэтому в таких печках всегда нужна подача воздушной струи. Раньше это были меха, теперь чаще воздух подается через трубу с заваренным торцом, также сделанную из стали.

Проще всего такую печку выкопать прямо в земле – достаточно ямку обложить огнеупорными кирпичами. Самодельный кузнечный горн можно сделать по-другому: из стальной пластины с приличной толщиной соорудить стол с решеткой из чугуна или стали.

Колосниковая решетка для горна.

Пластина для стола должна быть сделана из заготовки с толщиной не меньше 5-ти мм. Если горн открытой конструкции установить на улице, не нужно будет специально заниматься вентиляцией.

Вот главные этапы по сооружению самодельного горна, работающего на угле:

Соорудить площадку для основания с бетоном и армированными прутьями.
Сложить кирпичи в виде прямоугольного основания, поверхность стола может быть любой высоты.
В любой стенке основания проделать отверстие для поддувала.
Собрать под из специального огнеупорного кирпича на основание.
Установить колосник с отверстиями, который нужно делать также из огнеупорного материала, для чего отлично подойдет чугунная дверца от старой печки.
После установки колосника доложить стенки из того же огнеупорного кирпича.
Не забыть оставить отверстие в одной стенке для подачи воздуха, лучше это сделать сразу при кладке кирпича.
В трубу для подачи воздуха вмонтировать вентилятор.
Если вы делаете закрытую конструкцию, обязательно соорудите дымоход, который абсолютно необходим для тяги.

Такой горн можно сделать мобильным – все зависит от вас. Отличным каркасом для твердотопливного горна может послужить старая газовая плита.

Строим газовый горн

Прежде, чем начать сооружать газовый кузнечный горн своими руками, нужно определить параметры пода – его площади.

Для этого существует хитрая формула:

N – производительность горна, которая зависит от напряженности H и площади пода F. Высчитано, что оптимальной поддержки необходимой температуры в горне достаточно скорости подачи газа в промежутке от 1-го до 1,5 м/сек.

Схема газовой горелки для горна.

Вам известны площадь вашей мастерской и примерное количество кузнечных деталей в килограммах, которое вы планируете производить. С этими данными вы выводите напряженность пода с максимально допустимой верхней границей в 150 кг/м².

Необходимые материалы, которые нужно иметь, чтобы приступить к работе:

кирпич огнеупорный типа динас или шамот;
пластины толщиной не меньше 5-ти мм из жаростойкой стали;
стальной профиль для стоек, рамы и заслонки горна;
труба для дымохода и вентиляционного канала из стали;
шпатлевка для заделки щелей между кирпичами с жаростойкими свойствами;
листовой металл или дополнительный слой огнеупорных кирпичей для футеровки с внешней стороны; от двухконтурных котлов большой мощности;
вентилятор;

Газовые кузнечные горны тоже могут быть открытыми. С ним все намного проще, достаточно будет устроить колосники с подачей воздуха для большей эффективности нагрева. Вещества сгорания выводятся в таком случае вентилятором из теплостойкого металла.

Опорную раму лучше располагать вплотную к одной из стен вашей мастерской. Выбор стены нужно делать с учетом того, что будет нужен дымоход и вентиляционная труба, так что смежные стенки, если таковые есть, лучше не использовать.

Важнейшим условием является точное соблюдение правил пожарной безопасности, которое заключается в использовании только огнеупорные и жаростойкие материалы. Не помешает проверить, из чего сделаны стены вашей мастерской. С большой осторожностью относимся к разного рода гипсокартонным конструкциям.

Стойки и саму раму лучше сваривать из низколегированной стали по чертежам, которые можно скачать в Интернете. Низколегированная сталь прочна, легкая и, самое главное, устойчива к специфической коррозии высокотемпературного режима. Внешняя футеровка должна быть продумана заранее, чтобы в опорной раме сразу проделать отверстия для ее крепления.

Теперь об огнеупорных кирпичах и кладке. Важно купить настоящие сертифицированные кирпичи типа шамот, изготовленные по ГОСТу 390-79. Если вы приобретете кирпич не по стандарту, вы рискуете тем, что обычные кирпичи начнут у вас плавиться уже при температуре 1000°С.

Настоящий шамотный кирпич кремового цвета с мелкими порами в малых количествах, они намного тяжелее обычных керамических, вес одного шамотного кирпича больших габаритов достигает 5-ти кг. Самые подходящие марки шамота – ШБ, ША и ШПД.

Устройство кузнечного горна.

Второй тип огнеупорных кирпичей – динас. Эти кирпичи дороже, зато устойчивее к высоким температурам: они выдерживают режим с уровнем 1800°С. Они светлее шамотных кирпичей из-за высокой доли в своем составе кремниевых солей.

Если у вас есть возможность, лучше выкладывать горн динасовым кирпичом: кузнечные горны из огнеупорного динасового кирпича долговечнее и выдерживают самые жесткие температурные режимы.

Кирпичи укладывать с раствором из огнеупорной глины с добавкой порошка из шамота и динаса в четкой пропорции 60:40. Дымоход и вентилятор по периметру обрабатывать металлическими уголками.

Важнейший финальный этап – просушка всей конструкции. После нее нужно проверить, как работают вентиляторы для горна кузнечного. И только затем можно будет производить тестовое включение.

Как сделать горелку для газового горна

Помимо общих инструкций как сделать кузнечный горн, существуют правила по установке газовой горелки. Горелка газового горна может быть приобретена в магазине, а может быть сделана самостоятельно.

Горелку газового горна своими руками нужно делать с обязательным учетом требований к ней:

поджиг газа должен быть вполне безопасным;
горение должно быть устойчивым;
стойкость к влажности внутри горна;
безопасность при изменении тяги и риске взрыва горючего вещества.

Установка горелки производится через заранее подготовленное футеровочное отверстие. Устье горелки прикрепляется к конфузору, которое протягивают через стальную прокладку. Затем устанавливаются трубы для подачи газа и воздуха.

Газ подается на горелку от баллона или сети под контролем регуляторов. Пробный пуск газа проводят для проверки регуляторов и напора, следят за запахом.

Кузнечный горн: конструкция и принцип работы

Кузнечное дело пришло к нам из древности. Известны археологические факты того, что люди, проживающие уже в каменном веке, умели обрабатывать металл и ковать из него инструменты. В дальнейшем кузнечное дело лишь развивалось. Строились кузницы, создавались удобные и практичные инструменты и приспособления для ковки металлических изделий. Одной из главных деталей кузницы всегда являлся кузнечный горн. Этот инструмент необходим для нагрева металла до необходимой температуры, благодаря чему металл поддавался ковке.

Основным преимуществом переносного кузнечного горна является его мобильность — кузнечные работы можно проводить без привязки к кузнице.

Виды кузнечных горнов

На сегодняшний день кузнечное дело настолько развито в промышленной и в частной сфере, что существует множество видов кузнечных горнов, приспособленных для тех или иных условий ковки и выдающих необходимый результат работы.

В зависимости от установки горны бывают стационарными и переносными, стационарные горны устанавливаются в кузнечном цеху и не подлежат дальнейшей транспортировке. Благодаря специфике своей конструкции такие горны могут иметь как открытую, так и закрытую форму. В свою очередь, переносные горны могут быть только открытыми.

Конструкция переносного горна

Достоинством переносного кузнечного горна является отсутствие привязки к кузнице и возможность производить кузнечные работы в других условиях.

Педальный привод служит для подачи воздуха в горн.

Этот тип горна удобен в случае, если необходимо создать единичную деталь непосредственно на месте ремонта или даже в полевых условиях. Переносные горны зачастую разборные, дальнейшая эксплуатация переносного горна удобна независимо от места его создания. Недостатком переносной модели является его малая производительность, он не подойдет для выполнения масштабных работ и ковки больших изделий.

Переносные горны часто изготавливают вручную, потому их конструкция возможна разнообразная, а ее нюансы зависят от фантазии мастера и подручных средств. По большому счету переносной горн представляется собой металлический стол с кладкой из огнеупорного кирпича. Неотъемлемой его частью является фурма. Для поддержания горения топлива используется принудительная подача воздуха, она может производиться при помощи механических устройств, таких как ручные или ножные меха, или при помощи вентилятора и т.д.

Конструкция стационарного горна

Конструкция кузнечного стационарного горна: а – столешница; б – очаг; в, г – внутренняя и наружная трубы; д – зонт; е – чугунная колосниковая решетка; ж – фурма; з – шлакосборник; и – трубопровод с заслонкой.

Стационарный горн в основном строится в центральной части задней стены цеха. Параметры стационарного горна зависят от роста и других особенностей кузнеца. Среднестатистические параметры горна варьируются в таких диапазонах:

высота лежанки — 700-800 мм;
ширина и длина стола 1 (1,5)-1,5 (2) м.

Основной деталью такого горна является постамент, он может быть цельнолитым металлическим или сваренным. Иногда его изготавливают не из металла, а из огнеупорного кирпича, камня или железобетона. Внутренние стенки горна выкладывают огнеупорными материалами, так как температура внутри него внушительная. Внешняя облицовка может быть выполнена из древесных материалов, кирпича или камней.

Центральный очаг может быть круглой или квадратной форм. Его параметры зависят от целевого назначения горна и от размеров изготавливаемых изделий. Также от целевой продукции зависит то, будет горн открытым или закрытым. Так, горны открытых типов больше подходят для художественной ковки, это позволяет кузнецу нагревать изделия любых форм.

Конструкция чугунной колосниковой решетки для горна.

Для поддержания процесса горения и достижения необходимой температуры в горновом очаге на его дне оставляют отверстие, которое обеспечивает подачу воздуха. Решетки, которыми эти отверстия покрывают, создают необходимый кузнецу вид пламени. Этот момент особенно важен для художественной ковки. Задачей фурмы в горне является равномерное распределение воздуха по очагу и сбор отходов горения.

В результате горения образовываются не только тяжелые отходы, которые оседают вниз, но и летучие. Для вывода дыма и газовых образований используется такая деталь горна, как зонт. Зонты изготовляют как из металлической основы, так и из кирпичной. Металлический зонт прост в установке и не требует дополнительных опор, однако при воздействии на него высоких температур быстро прогорает и практически не поддается ремонту. В свою очередь, кирпичный зонт более надежный и долговечный, но из-за своей тяжести требует предусмотрительной установки и дополнительной поддержки.

Для принудительной подачи воздуха в стационарный горн используют вентиляторы или компрессоры, в классическом варианте горна для этой цели применяются меха.

Топливо для кузнечных горнов

У горна с боковым дутьем в боковой стенке очага располагается сопло, а канал для отходов находится в задней части горна.

В кузнечных горнах используют топливо твердого вида, жидкое топливо и газовые смеси. Происхождение топлива может быть как натуральным, так и искусственным. Энергетическая ценность того или иного топлива напрямую зависит от его вида.

Дрова, уголь и торф относятся к натуральному твердому топливу. Уголь применяется древесный и каменный. Твердое топливо искусственного происхождения (кокс, пылеобразное топливо) стоит порядком дороже натурального, но имеет свои преимущества.

Топливо для кузнечного горна жидкой формы включает в себя различные горючие материалы нефтяного происхождения (нефть, керосин, бензин, смола, мазут).

Газовое топливо представляет собой газ естественного происхождения или газовые смеси и газы, полученные в результате газификации других топливных видов (коксовальный, светильный, доменный).

Горн своими руками

Для подачи воздуха в горн, шланг от домашнего пылесоса подсоединяется к выходному отверстию.

Для изготовления кузнечного горна в домашних условиях подойдут различные подручные средства и материалы, для этого не нужно наличия специального оборудования. Перед тем как изготовить кузнечный горн, стоит определиться, горн какого типа лучше смастерить и на каком топливе он будет работать. Открытые модели более практичны, однако не так экономичны, как закрытые. Для открытого горна больше подойдет газовое топливо, а для закрытого — твердое. Конструкция закрытого горна из подручных средств предусматривает использование следующих материалов:

огнеупорные кирпичи;
инжекционная горелка;
вытяжка.

Из кирпичей формируется куб с полостью внутри и отверстием. Кубообразную конструкцию из кирпичей необходимо закрепить при помощи арматуры или каркаса из другого крепкого материала. Горелка фиксируется путем входа в отверстие в одном из боковых кирпичей. Для создания комфорта и безопасности работы вытяжку устанавливают на удобном расстоянии вверху конструкции.

Для сооружения горна открытого типа понадобится:

решетка (сковорода с дырками);
рама кирпичная или из стали;
источник подачи воздуха (вентилятор, пылесос, меха);
твердое топливо.

Рама формирует стол, на который укладывается сетка. Воздух подается из отверстия под сеткой. Для регуляции автоматического потока воздуха можно установить кран, а вот механический следует регулировать самостоятельно.

Современные кузнечные горны поражают разнообразием, но принцип работы этих приспособлений одинаков и прост. Самостоятельное сооружение горна позволяет создать аппарат, максимально подходящий для специфики работы кузнеца. Не стоит забывать о мерах безопасности при сборке и эксплуатации кузнечного горна. Аппарат будет эффективно выполнять свою работу лишь при условии использования качественных материалов и правильного сбора всех частей.

Выбор конструкции и самостоятельное изготовление кузнечного горна

Кузнечный горн является незаменимым в мастерских и кузницах для создания стальных изделий путём ковки горячего металла при температурах до +1200°С. Существует множество различных моделей с простой конструкцией и под разные виды топлива, обладающие различными характеристиками. Как не ошибиться в их выборе и грамотно возвести?

Устройство горна

Конструктивно горн состоит из следующих элементов:

основания, выполненного из негорючего материала и обладающего высокой прочностью;
огнеупорного стола;
топливной камеры с колосниковой решёткой;
воздушной камеры и дренажа;
входного воздуховода;
воздушного вентиля для регулировки подачи воздуха;
камеры шатровой формы;
проёма для подачи длинных заготовок;
зонта горна;
газовоздушной камеры;
ванны для закалки заготовок;
дымохода для отвода продуктов сгорания;
съёмного горнила.

Принцип работы

Принцип работы горна основан на химической реакции горения углерода, который при реакции с кислородом образует углекислый газ с выделением тепла. Кроме того, происходит восстановление металлов, что является весьма важным аспектом для формирования однородных высокопрочных деталей.

Для поддержания оптимального уровня горения и температуры внутри топливной камеры устанавливаются воздуховоды и воздушные камеры, которые принудительно нагнетают чистый кислород. За счёт этого удаётся получать температуры выше +1000°С, которые недостижимы при обычном сгорании твёрдого топлива (угля или древесины).

Как выглядит газовый кузнечный горн сделаный своими руками

При этом по технологии надува объём воздуха подбирается таким, чтобы кислорода постоянно немного не хватало для протекания реакции окисления. Иными словами, необходимо подобрать такой режим работы, чтобы предотвратить сгорание металла.

Время нахождения выплавляемой детали в горне также следует ограничивать, так как в атмосфере углекислого газа металл станет с ним реагировать и образовывать высокопрочный сплав с повышенной хрупкостью. Этих негативных последствий можно избежать, вводя дополнительно в камеру кислород в таком количестве, чтобы успевал полностью прореагировать углекислый газ.

Назначение и варианты использования

Кузнечный горн своими руками изготавливается в зависимости от его основного применения и может быть сконфигурирован соответствующим образом под конкретные задачи. Поэтому важно понять, для чего предназначены каждая их его конструктивных частей:

топливник с колосниковой решеткой, воздушной камерой, вентилем и патрубком служат для сжигания топлива и подогрева металлической заготовки, в зависимости от требований к температуре могут иметь открытую или закрытую конструкцию, а также не быть оборудованными воздушным наддувом;
воздушный дренаж применяется для регулировки подачи кислорода и предотвращения охрупчивания металла, позволяет создавать оптимальные условия при нагреве и плавлении заготовки;
шатёр или зонт с дымоходом используются для отвода угарного газа и других продуктов сгорания, которые могут нанести вред здоровью человека;
закалочная ванна необходима для быстрого остывания металла и приобретения им оптимальных пластических и прочностных свойств;
жаростойкий колпак или горнило, применяется для расширения зоны однородного нагрева, что позволяет эффективно плавить в тигле металл (обычно цветные драгметаллы);
газовоздушная камера, используется для осушения воздуха, очистки его от примесей, а также для введения легирующих элементов, предназначена для получения качественных изделий с заданными характеристиками в соответствии с конкретной справочной диаграммой состояний и фаз;
стол служит для размещения на нём всех элементов горна, а также для частичного охлаждения заготовок, является обязательной частью конструкции.

Горн применяется для следующих целей:

разогрева металла для последующей ковки или других видов обработки;
плавления в специальных формах;
термообработки с целью повышения определённых свойств.

Классификация горнов

Перед тем как сделать кузнечный горн, необходимо ознакомиться с их классификацией, чтобы подобрать наиболее подходящий вариант конструкции. Классификация осуществляется по следующим критериям:

по виду применяемого топлива;
по типу конструкции;
по размеру пода.

Виды горнов по типу применяемого топлива

По типу используемого топлива горны подразделяются на следующие виды:

Газовые горны имеют наиболее простую конструкцию, дешевы в ремонте и обслуживании. Они отличаются минимальным весом, что позволяет их изготавливать переносными или компактными.

Твердотопливные горны отличаются возможностью получения максимально высоких температур нагрева, относительно невысокой стоимостью стройматериалов для возведения и неприхотливостью в эксплуатации. Для их растопки допустимо использование следующих видов топлива:

карбон или кокс, отличающийся высокой стоимостью и повышенной эффективностью (до 5 раз расход меньше, чем угля), в нём нет посторонних примесей, воспламеняется при температуре выше +450°С;
каменный уголь, наиболее распространённое и эффективное топливо, при горении выделяет коксовый газ, поэтому при растопке необходимо ждать пока он весь выветрится, подходит для ковки различных декоративных элементов или деталей среднего качества;
древесный уголь, имеет минимальную температуру возгорания, по сравнению с другими видами топлива, но быстро выгорает, отличается повышенным расходом, поэтому его эффективно использовать для растопки.

В качестве жидкого топлива допустимо использовать солярку, мазут или отработанное масло. При этом важно его предварительно очищать, так как наличие примесей станет причиной нестабильного пламени и выбросами в атмосферу вредных соединений.

Это также является причиной сложности обслуживания оборудования по причине его частых засоров.

Классификация по конструктивным особенностям

Самодельный кузнечный горн по конструктивным особенностям может быть классифицирован следующим образом:

по способу установки: переносной или стационарный;
по конструкции топочной камеры: закрытого или открытого типа;
по размещению наддува: с боковым или центральным соплом.

Виды горнов по размерам пода

По размерам пода горны бывают: малые, средние и крупные. Они определяются эффективностью работы установки и полностью зависят от интенсивности расхода топлива и режимов эксплуатации топливной камеры. Оптимальная эффективность скорости расхода топлива составляет от 1 до 1,5 м/с.

Производительность горна прямо пропорциональна величине напряжённости и площади пода. При этом минимальная напряжённость считается в пределах от 100 до 150 кг/м 2 ·ч. Значения вне этого диапазона являются экономически невыгодными.

Как сделать кузнечный горн?

Перед тем как сделать кузнечный горн своими руками, необходимо подготовить необходимые материалы и инструменты. Это позволит минимизировать временные затраты

Инструкция по созданию твердотопливного передвижного горна

Перед началом работ необходимо собрать следующие инструменты:

Подготовив чертеж кузнечного горна, нужно закупить материалы для его конструирования:

листовую сталь толщиной 2-3 мм (рекомендуется 09Г2С);
колёса поворотные 4 шт.;
профильные трубы квадратного сечения с толщиной стенок не менее 2 мм;
огнеупорный цемент;
воздушная улитка;
крепёжные элементы: болты и гайки;
труба из нержавейки по диаметру выходного отверстия улитки;
переходник.

Мобильный угольный кузнечный горн открытого типа пошагово изготавливается так:

Берём стальной лист и размечаем маркером по размерам рабочего стола.
Болгаркой вырезаем столешницу, кромки зачищаем напильником.
Размечаем на вырезанном листе отверстие прямоугольной формы под жерло горна и болгаркой его прорезаем.
Берём второй стальной лист и размечаем элементы деталей под трапецеидальное жерло горна.
Вырезаем элементы жерла, а затем свариваем их в единую конструкцию.
Привариваем жерло к рабочей поверхности стола в месте прорезанного отверстия.
Переворачиваем конструкцию жерлом книзу, размечаем места под расположение стенок для расположения углей.
Из стали вырезаем борта для рабочей поверхности стола.
Выполняем приварку бортов так, чтобы не было по швам зазоров, а сам шов был прочным и сплошным, элементы конструкции точно центрируем.
Для нижней части жерла вырезаем из стали стенки для подвода воздуховодов, а затем их привариваем.
Изготавливаем для жерла съёмное дно, предназначенное для удаления золы.
Прикрепляем к нему педаль при помощи рычагов.
На стенке для подвода трубы с воздухом проделываем отверстие по диаметру трубы.
Из стальных профильных труб вырезаем элементы и свариваем каркас под крепление рабочей поверхности.
В нижней части каркаса привариваем планку для крепления улитки, а затем закрепляем её на болты.
Подготавливаем трубу для воздуховода.
Прикрепляем воздуховод к улитке и жерлу, при необходимости для усиления конструкции предусматриваем дополнительное крепление.
К нижней части каркаса прикрепляем на болты поворотные колёса.
Стыковочные швы промазываем огнеупорной шпаклёвкой.
Формируем на рабочей поверхности горна огнеупорный слой на основе огнеупорного цементного раствора.

Кузнечный горн на угле необходимо испытать путём его прогрева до рабочей температур, но только после полного застывания цементного слоя.

Пошаговая инструкция изготовления газового горна

Чтобы изготовить газовый кузнечный горн, необходимо заранее подготовить следующие материалы:

огнеупорный кирпич;
листы из жаростойкой стали толщиной не менее 5 мм;
тонкие нержавеющие листы (толщина до 2 мм) для наружной облицовки;
стальные профильные трубы;
дымоходные трубы из нержавеющей стали;
огнеупорную шпатлёвку;
стандартные горелки, используемые в газовых котлах отопления;
вентилятор для нагнетания воздуха.

Также понадобятся следующие инструменты:

Кузнечный горн на газе изготавливается в следующей последовательности:

Берём огнеупорные кирпичи и складываем из них корпус горна. При необходимости торцы обрабатываем болгаркой со специальной насадкой по бетону, чтобы обеспечить плотную стыковку.
В передней части конструкции создаём небольшую ступеньку из огнеупорного кирпича, предназначенную для поддержания оптимальной температуры.
В задней части проделываем прямоугольное отверстие для вентиляции.
Из толстого листа стали изготавливаем основание по размеру кирпичного корпуса горна.
В торцевых частях листа привариваем профильные трубы так, чтобы кирпичи внутри них были неподвижными.
В боковой части топочной прорезаем отверстие для подвода газовой трубы с установленной горелкой.
Из толстолистовой стали вырезаем верхнюю часть для горна.
Привариваем по углам корпуса внизу и вверху уголки.
Высверливаем в уголках по одному отверстию и стягиваем нижнюю и верхнюю часть горна при помощи шпилек.
Вырезаем из профильных труб стойку для горна, а затем все детали свариваем в соответствии с чертежом.
Устанавливаем горн на стойку.
Приделываем к камере трубу для отвода продуктов сгорания.
Располагаем внутри камеры газовую горелку и закрепляем к месту ввода в камеру.
Снаружи корпус обшиваем тонколистовой сталью, предварительно вырезав из листов части с нужными размерами. Все швы свариваем сплошным швом.

Самостоятельное изготовление горна является не только недорогим и относительно несложным процессом, а и позволяющим получить установку под конкретные нужды.

Самодельный и мобильный угольный кузнечный горн

Разное

Устройство горна

Классический производственный горн устроен следующим образом, см. рис справа:

Устройство кузнечного горна

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.

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.

Обечайка для топки горна дровами

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.

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.

Переносной горн из гусятницы

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.

Устройство кузнечных мехов

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.

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.

Горны, работающие на угле

Конструкция нагревательного устройства рассматриваемого типа включает в себя:

Свод и боковые стенки
, которые выкладываются из огнеупорного кирпича (шамота или динаса).
Горновое гнездо
, образуемое верхней поверхностью свода, где и нагреваются заготовки.
Зонт
, снабжаемый откидными шторками
, и призванный улучшать естественную тягу в рабочем пространстве.
Заднюю стенку (брандмауэр)
, в которой предусматриваются отверстия для подачи исходного воздуха
.
Воздушный кран
, предназначенный для включения подачи воздуха к горновому гнезду.
Защитный короб
из жаропрочной стали, который соединяет между собой входную полость у крана подачи воздуха с горновым гнездом.
Закалочную ёмкость
(она может быть стальной или кирпичной), предназначенную для охлаждения заготовок при их термообработке или для охлаждения самого горнового гнезда от перегрева и последующего образования температурных трещин.
Дымохода
, через который производится удаление продуктов сгорания топлива.
Емкостей под хранение угля
и различного кузнечного инструмента.

Принципиальная схема работы кузнечного горна

Твёрдотопливный кузнечный горн – довольно капризное нагревательное устройство, и его разогрев требует от кузнеца определённого практического опыта. Особенно трудно разжечь горн, который продолжительное время не эксплуатировался, а также, если внешние температуры и давление воздуха – достаточно низкие. Каменный уголь
, который используется в таких горнах, должен соответствовать требованиям ГОСТ 8180
.

Подготовка горна к нагреву металла
производится в следующей последовательности:

Их горнового гнезда удаляются шлаки
, остатки кованого металла, зола и окалина (это следует выполнять даже тогда, когда после окончания работ поверхность была тщательно очищена);
Дымоходы и воздухоподводящие каналы продуваются сжатым воздухом
(для небольших по размерам кузнечных горнов можно использовать пылесос);
На поверхность горнового гнезда насыпается небольшой слой угля
, при этом отверстие защитного короба не должно полностью перекрываться;
Сверху на уголь помещают ветошь
, смоченную в легковоспламеняющейся жидкости или древесные опилки;
После розжига
, когда горение становится устойчивым, добавляют следующую порцию угля
(фракция может иметь повышенную, по сравнению с исходной, крупность);
Открывается кран подачи воздуха
, и устанавливается в среднем положении;
По мере прогорания интенсивность дутья постепенно увеличивают
.

Необходимое качество прогрева заготовки под ковку в открытом горне обеспечивается формированием поверхностной корки
, которая образуется при горении топлива.

Внутри корки – всегда более высокая температура, поэтому заготовку помещают внутрь, а сверху закрывают очередной дозой угля. Верхнюю поверхность корки стараются при этом не разрушить, поскольку в противном случае нагрев будет медленнее, а угар металла и окалинообразование возрастут. Иногда, для ослабления процессов науглероживания металла корку сбрызгивают водой.

В открытых горнах наименее интенсивный нагрев металла происходит на периферии горнового гнезда, поэтому свежий уголь подсыпают именно по периметру нагреваемой заготовки
. Если слой корки становится слишком толстым (более 5…10 мм), его ломают, т.к. в этом случае теплопроводность к заготовке уменьшается.

Заготовку во время нагрева периодически поворачивают
, чтобы обеспечить всем её частям одинаковые условия нагрева. Пламя при горении угля должно иметь равномерный цвет при минимуме копоти.

Цвета нагретой стали
при различных температурах таковы:

Цвета тёмной вишни – 700…750 0 С;
Вишнёво-красный – 750…800 0 С;
Красный – 800…850 0 С;
Светло-красный – 850…900 0 С;
Оранжевый – 900…1050 0 С;
Тёмно-жёлтый – 1050…1150 0 С;
Светло-жёлтый – 1150…1250 0 С.

Перегрев металла выше указанных температур недопустим.
Перегретый металл характеризуется крупнозернистой структурой, которая хуже поддаётся ковке, особенно при формообразовании сложных кованых элементов.

Краткое описание

Горнист в пионерском лагере «Артек». Марка СССР

Горн напоминает трубу, но в нём отсутствует вентильный механизм, отчего его исполнительные возможности резко ограничены: горн может воспроизводить ноты только в пределах натурального звукоряда. Высота звука при игре на горне может регулироваться только с помощью амбушюра. Именно по этой причине в оркестрах горн не употребляется, но успешно применяется в армии как сигнальный инструмент. В советские времена горн, как и малый барабан, были незаменимыми атрибутами пионерских отрядов и дружин (с внедрением в пионерлагерях радиоузлов сигналы горна стали передаваться по пионерлагерной громкоговорительной сети в аудиозаписи; также получили широкое распространение и практикуются в детских лагерях до сих пор песенные сигналы).

Человек, играющий на горне, называется горнистом. В вооружённых сил России имперского периода горнист — нижний чин (должность, звание) — играющий на горне, то есть снабжённый горном для подачи сигналов в пехоте. Соответственное название чина в кавалерии и артиллерии — трубач.

Классификация горнов

по виду применяемого топлива;
по типу конструкции;
по размеру пода.

Виды горнов по типу применяемого топлива

По типу используемого топлива горны подразделяются на следующие виды:

газовые;
твердотопливные;
на жидком топливе.

Кузнечный горн твердотопливный

карбон или кокс, отличающийся высокой стоимостью и повышенной эффективностью (до 5 раз расход меньше, чем угля), в нём нет посторонних примесей, воспламеняется при температуре выше +450°С;
каменный уголь, наиболее распространённое и эффективное топливо, при горении выделяет коксовый газ, поэтому при растопке необходимо ждать пока он весь выветрится, подходит для ковки различных декоративных элементов или деталей среднего качества;
древесный уголь, имеет минимальную температуру возгорания, по сравнению с другими видами топлива, но быстро выгорает, отличается повышенным расходом, поэтому его эффективно использовать для растопки.

В качестве жидкого топлива допустимо использовать солярку, мазут или отработанное масло

При этом важно его предварительно очищать, так как наличие примесей станет причиной нестабильного пламени и выбросами в атмосферу вредных соединений

Это также является причиной сложности обслуживания оборудования по причине его частых засоров.

Классификация по конструктивным особенностям

Самодельный кузнечный горн по конструктивным особенностям может быть классифицирован следующим образом:

по способу установки: переносной или стационарный;
по конструкции топочной камеры: закрытого или открытого типа;
по размещению наддува: с боковым или центральным соплом.

Виды горнов по размерам пода

Производительность горна прямо пропорциональна величине напряжённости и площади пода. При этом минимальная напряжённость считается в пределах от 100 до 150 кг/м2·ч. Значения вне этого диапазона являются экономически невыгодными.