Что такое кузнечный горн

Кузнечные горны

Кузнечный горн – непременный атрибут мастерских, занимающихся производством разнообразных изделий методом ручной художественной ковки. Лишь некоторое число кованых элементов можно изготовить пластическим деформированием металлов при комнатных температурах. В большинстве случаев требуется их нагрев. Для стали, в частности, диапазон оптимальных ковочных температур, составляет (в зависимости от марки стали) от 800…900 0 С до 1100…1200 0 С. Кузнечный горн – наиболее простой вид нагревательного устройства, которое вполне подойдёт для этих целей.

Виды кузнечных горнов

Изобретённый ещё древними халибами под ковку медных ножей и скребков (Ближний Восток, VI тысячелетие до н.э.), первый кузнечный горн выполнялся в виде примитивного углубления в земле размерами около 700 мм. Яма окружалась каменной стеной, в которой предусматривалось отверстие для вдувания воздуха. Нагнетание воздуха (который необходим для устойчивого горения топлива) производилось при помощи кузнечных мехов. Они представляли собой полость, изготовленную из козьих шкур, куда рычагами через воздушный клапан вдувался воздух. Обратный ход рычага обеспечивался камнем, который устанавливался на верхней пластине мехов, а функционирование клапана производилось за счёт разницы в давлениях холодного и горячего воздуха.

Существующие конструкции кузнечных горнов определяются следующими факторами:

1. Топливом, на котором работает устройство: кокс, мазут, уголь или газ.
2. Конструкцией топливосжигающего устройства.
3. Требуемыми размерами рабочего пространства.
4. Назначением, поскольку, кроме нагрева под ковку, горны используются также и для некоторых операций термической обработки готовых поковок – цементации, отпуска и даже закалки.

Кокс дорог, мазут отличается неудовлетворительными экологическими условиями эксплуатации, а газовые горны нуждаются в особо тщательном регламентном обслуживании. Вместе с тем газовые горны характеризуются более высоким КПД, а также допускают достаточно удобную механизацию некоторых процессов управления нагревом – в частности, поджигом газа в горелке или горелках.

Общими недостатками кузнечных горнов считаются:

• Неравномерность нагрева металла, размещённого по поверхности;
• Невозможность практического контроля за температурой нагреваемой заготовки;
• Нежелательное насыщение поверхностных слоёв нагреваемого металла сернистыми соединениями, в результате чего заготовка получает повышенную хрупкость.

Расход топлива при эксплуатации кузнечных горнов составляет 40…150% от массы нагреваемого металла, при его поверхностном угаре 4…7% (зависит от длительности нагрева). Современные горны – преимущественно закрытого типа, поскольку в обратном случае КПД нагревательного устройства падает до 5…10%.

Горны, работающие на угле

Конструкция нагревательного устройства рассматриваемого типа включает в себя:

1. Свод и боковые стенки, которые выкладываются из огнеупорного кирпича (шамота или динаса).
2. Горновое гнездо, образуемое верхней поверхностью свода, где и нагреваются заготовки.
3. Зонт, снабжаемый откидными шторками, и призванный улучшать естественную тягу в рабочем пространстве.
4. Заднюю стенку (брандмауэр), в которой предусматриваются отверстия для подачи исходного воздуха.
5. Воздушный кран, предназначенный для включения подачи воздуха к горновому гнезду.
6. Защитный короб из жаропрочной стали, который соединяет между собой входную полость у крана подачи воздуха с горновым гнездом.
7. 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.
8. Дымохода, через который производится удаление продуктов сгорания топлива.
9. 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.

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.

Кузнечные горны, работающие на газе

Газовые горны выводятся на расчётный режим значительно проще, и в этом их преимущество перед твердотопливными нагревательными устройствами. Типовая конструкция такого горна следующая:

1. Камера, выполненная из огнеупорного материала, и снаружи отфутерованная толстолистовой жаростойкой сталью.
2. Передняя заслонка, открывающаяся при помощи шарниров или противовеса, и снабжённая смотровым окошком.
3. Под, выполненный из жаропрочного шамотного кирпича.
4. Горелка. Тип горелки определяется теплотворной способностью используемого газа. Например, для пропано-бутановой смеси эффективны горелки диффузионного горения, в которых смешивание воздуха и газа происходит только после выхода газа и воздуха из устройства, а перемешивание компонентов происходит за счёт диффузионных процессов. Такие горелки обеспечивают наиболее равномерный прогрев заготовок (особенно длинномерных), а минимальный угар металла достигается вследствие того, что над его поверхностью постоянно имеется защитный слой.
5. Смесительный редуктор, обеспечивающий смешивание воздуха и газа (входит в структуру баллона со сжиженным газом).
6. Сопло, конфигурация которого определяется формой нагреваемых в горне заготовок.
7. Колосниковая решётка, предназначенная для улучшения тяги и сбора окалины.
8. Вентилятор, обеспечивающий нагнетание воздуха в нужном объёме с его последующей подачей в зону действия горелки.

При использовании газового горна следует строго соблюдать следующие требовании безопасности:

• Тщательно проветривать помещение кузницы. Не допуская застойных зон, где может скапливаться горючий газ;
• Не применять вблизи работающего устройства кислород и кислородосодержащие смеси, склонные к самовозгоранию и самовоспламенению;
• Предусматривать полное дожигание газа в рабочем пространстве горна (определяется газоанализатором, который обязателен при пробном запуске газового горна);
• Тщательно очищать колосниковую решётку после выключения подачи газа в устройство.

С целью уменьшения окалинообразования для нагрева заготовок под ковку используют также индукционные печи и электронагреватели сопротивлением, но подобные устройства «горнами» можно назвать с большой натяжкой.

Устройство кузнечного горна

Кузнечный горн применяют для разогрева металла перед следующими операциями:

• ковка;
• цементирование;
• закалка;
• отпуск и другие операции термообработки.

Горн является необходимым оборудованием для всех, кто работает с металлом: при его помощи можно получить, даже в кустарных условиях, температуру Т = 1100…1200 °С.

Принцип работы кузнечного горна

Принцип работы кузнечного горна достаточно прост. Он заключается в том, что на его рабочей поверхности горит топливо и в него помещаются заготовки, которые нагреваются до необходимой температуры. В качестве топлива могут использоваться:

Разновидности конструкций кузнечного горна

Существуют два вида конструкций:

Открытая конструкция кузнечного горна

Конструкция горна открытого типа приведена на схеме.

Схема горна открытого типа.

1 – воздушный кран; 2 – брандмауэр; 3 – дымоход; 4 – колпак с откидными шторками; 5 – защитная плита; 6 – промежуток воздушного охлаждения фурмы; 7 – горновое гнездо; 8 – корыто для воды, охлаждающей фурму; 9 – ящик для угля; 10 – стенка; 11 – кирпичный свод; 12 – полость для хранения угля.

На брандмауэр (2) и параллельную ей невысокая стенку (10) опирается кирпичный свод (11), над которым находится кирпичная кладка. В этой кладке имеется горновое гнездо (7). Прилегающую к гнезду часть брандмауэра и само горновое гнездо изготавливается из огнеупорного кирпича и аналогичной глины, а стальная часть кладки – из обычных строительных материалов.

Кузнечный горн открытого типа.

Фурма (она в данной конструкции является и соплом) изготовлена из короткой толстостенной чугунной трубки, которая проходит сквозь брандмауэр. Для защиты её и примыкающей к ней брандмауэр от повреждений во время работы, они закрываются толстой чугунной плитой (5). Поток воздуха, поступающий через фурму, регулируется воздушным краном (1).

В брандмауэре оборудуется дымоход (3), а над горном монтируется колпак из жести (4). Для улучшения тяги (это необходимо при разогреве крупной заготовки) колпак имеет откидные шторки, которые в этот момент поднимаются. На стенке горна (10) установлено металлическое корыто (8) для воды, в которой охлаждается кузнечный инструмент. В удобном месте устанавливается ящик для угля (9). Кроме того, уголь держат в полости под горном (12).

Фурма изготавливается толстостенной, так как в горне она разрушается от контакта с углем. Защищает её от прогара воздушный зазор или водяное охлаждение. В первом случае между фурмой и внутренней поверхностью отверстия (6), куда её вводят, оставляют промежуток. Во втором случае применяется конструкция, изображённая на рисунке. На практике, применяются оба метода охлаждения.

Охлаждение фурмы водой.

Закрытая конструкция кузнечного горна

Конструкция закрытого горна, принципиально, не отличается от открытого. Основным отличием закрытого является принудительная тяга. В стенке горна устанавливается металлическая дверца, через которую будут загружаться заготовки. Внутренний объём горна должен быть, по возможности, герметичным. Благодаря этому возможно повысить температуру в горновом гнезде. Кроме того, не задымляется помещение, в котором установлен горн.

Мини-кузница своими руками: бюджетный вариант

Иногда в жизни людей, живущих «на земле», случаются моменты, когда хочется что-то сделать своими руками, не откладывая дело в долгий ящик. Кто-то задумывается о столярке, кто-то занимается изготовлением декоративных изделий, а кто-то буквально загорается ковкой. Причём, настоящей, т.е. — «горячей».

Итак, в этой статье:

• Какой минимальный набор инструмента и оборудования нужен для ковки.
• Как сделать наковальню из старого рельса.
• Из чего можно сконструировать переносной кузнечный горн.

Начальный набор инструментов, необходимых для ковки металла

Способ приданию металлу пластичных свойств за счёт нагрева известен человечеству с незапамятных времён. В отличие от т.н. «холодной ковки», при которой металл не подвергается нагреву, при ковке «горячей» (и, как считается, «настоящей») металл разогревают в горне.

За счёт пластичности разогретому металлу можно придать самые разнообразные формы, чем и пользуются мастера художественной ковки.

Помимо опыта, который нарабатывается годами, для ковки требуется соответствующий инструмент. Это могут быть специальные клещи, оправки, шаблоны для гнутья и т.д., но самыми главными «помощниками» кузнеца на протяжении многих веков остаются молот и наковальня.

Любой человек, который задумался о том, чтобы заняться кузнечным делом, сталкивается с необходимостью приобретения соответствующих инструментов. Качественная и тяжелая наковальня весом под 100 кг – удовольствие не из дешёвых.

Я свою наковальню купил на вес на вторчермете. По опыту работы могу сказать: что я не смог расплющить на рельсе, удалось на настоящей наковальне.

Вторчермет хоть и «золотое дно», но многое зависит от везения. У нас цена б/у наковальни приближается к стоимости новой. Хотя мне удалось таким образом обзавестись мощными тисками и наковальней весом около 30 кг. «Лицо» у неё, правда, помято, но это поправимо.

Итак, как быть, если ковать хочется, а семейный бюджет не позволяет таких трат? Тем более, если неизвестно, придётся ли дело по душе, или через несколько месяцев все дорогостояще оборудование станет пылиться в гараже.

В этом случае следует воспользоваться опытом участников FORUMHOUSE и обзавестись мини-кузницей, сделанной из материалов, что оказались под рукой. Тем более, что даже на таком — «дачном», варианте можно сделать массу разнообразных вещей, нужных в хозяйстве, и которых не купишь в магазине или на строительном рынке.

Хороших кузнецов мало и, как правило, они загружены заказами, а в хозяйстве часто нужны специфичные изделия, например, кованый гвоздь или какая-то «хитрая» заклёпка. Чтобы не ломать голову с поиском мастера и заказом, а также сэкономить, проще всё сделать самому. Ведь такие гвозди, как на фото ниже, просто так не купишь.

Как сделать наковальню из старого рельса

Интересен опыт пользователя портала с ником ДИМДИМ. Он рассказывает, чего можно добиться при изготовлении самоделок, если приложить к делу смекалку.

Я решил заняться ковкой. Пересмотрел в сети множество видеороликов и пришел к выводу, что смогу сделать весь инструмент самостоятельно. В первую очередь мне нужна наковальня, горн, а также разнообразные приспособления. Чтобы сэкономить, буду всё делать из того, что есть в «закромах», т.е. из подручных материалов.

Из интернета пользователь узнал, что чаще всего самодельную наковальню делают из железнодорожного рельса.

Т.к. в «закромах» рельса не оказалось, ДИМДИМ для поисков «донора» задействовал всех друзей, родственников и знакомых. Вскоре поиски увенчались успехом, и пользователь стал обладателем старого, но крепкого рельса.

Осталось отсечь от заготовки всё лишнее и придать ей нужную форму. Расчехлив отрезную машинку по металлу, пользователь приступил к работе.

САМОДЕЛКИН ДРУГ

Кузнечный горн на пропане

Уважаемые посетители сайта «Самоделкин друг» сегодня мы с вами рассмотрим подробную пошаговую инструкцию по созданию переносного кузнечного горна работающего на пропане своими руками. Кузнечный горн использующий в качестве топлива пропан намного эффективнее чем угольный горн, так же неоспоримое преимущество в том что его можно переместить в любое место вашего гаража или мастерской, так же не требует дополнительной подачи воздуха.

В данном случае ГАЗОВЫЙ ГОРН представляет сабой металлоконструкцию из уголка, профтрубы и листового металла 2 мм. Камера горна выложена огнеупорным кирпичом что дает ей возможность выдерживать максимальные температурные нагрузки и при этом шамотный кирпич обладает низкой теплопроводностью, что дополнительно повышает КПД горна.

Имея в своей мастерской небольшой кузнечный горн вы сможете ковать всевозможные изделия: ножи, топоры, зубило, керно и многое другое, если вы творческий человек.. то вполне можно заняться художественной ковкой.

И так, давайте рассмотрим пошаговый процесс сборки горна.

Материалы

1. уголок
2. проф-труба
3. листовой металл 2 мм
4. огнеупорный кирпич
5. газовая горелка
6. баллон с газом (ПРОПАН)

Инструменты

1. сварочный инвертор
2. дрель
3. УШМ (болгарка)
4. линейка и маркер
5. молоток
6. хомутатель или плоскогубцы

Пошаговая инструкция по сборке кузнечного газового горна своими руками.

Первым делом делаем основание камеры из уголка 50х50, в местах сгиба нужно выпилить угол. Сгибаем. Получилось основание для укладки огнеупорного кирпича. Нижнюю часть завариваем листовым металлом 2 мм. Выкладываем огнеупорный кирпич. Привариваем ножки из про-трубы. Затем необходимо сделать отверстие в основании под установку сопла газовой горелки. Сверлим отверстия в кирпиче. Так же нужно прожечь отверстие в металле. Устанавливаем горелку. Затем навариваем уголки по углам и делаем стенки с крышей. Верхнюю часть гона следует покрыть металлом 2 мм. Рукоять газовой горелки прикручиваем и фиксируем к основанию ножек горна. Далее останется только подсоединить через гибкий резиновый шланг газовый баллон и модно начинать работать с металлом, к примеру из куска железа выковать нож. Вот такой кузнечный газовый горн запросто можно сделать своими руками и заняться к примеру художественной ковкой малых изделий из металла.