Какой нужен вентилятор для горна

Обновлено: 05.05.2024


Разное

Устройство горна

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

Самодельный и мобильный угольный кузнечный горн

Устройство кузнечного горна

  1. стол горна из огнеупорного материала;
  2. топливник (очаг) с колосниковой решеткой;
  3. воздушная камера;
  4. воздушный дренаж;
  5. подающий воздуховод;
  6. воздушный вентиль;
  7. камера (шатер) горна;
  8. окно для подачи длинномерных заготовок;
  9. зонт горна;
  10. дымоход (газоотвод);
  11. съемное горнило;
  12. закалочная ванна (бадья, лохань);
  13. 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:

  1. 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.
  2. Работает только на коксе или древесном угле, т.к. стола с пространством для выжигания нет.
  3. Дорогая эксплуатация: расход карбона сравним с таковым угля в настоящих горнах.
  4. 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:

  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.

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

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

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;
  • твердотопливные;
  • на жидком топливе.

Кузнечный горн твердотопливный

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/м2·ч. Значения вне этого диапазона являются экономически невыгодными.


Вентиляционные установки в кузницах имеют задачей борьбу с поступающими в помещение дымом, пылью, вредными газами (окись углерода и сернистый газ) и избыточным: теплом. В усовершенствованных кузницах с печами для нагревания изделий эта задача очень облегчается, однако кузницы с открытыми горнами имеют большое распространение и в них вентиляция особенно важна.
Вентиляционное устройство кузницы состоит из следующих частей:
1) устройство для дутья к горнам — вентилятор, воздуховод, сопло (дутьевой наконечник воздуховода),
2) отсасывающее устройство — приемный зонт (колпак над горном), вытяжная труба и побудитель тяги (дефлектор или вентилятор),
3) приточная установка.
Для дутья к горнам применяются вентиляторы высокого давления, описанные выше, причем воздух забирают как снаружи, так и изнутри помещения.
Воздуховоды от дутьевого вентилятора к горнам подводятся обычно в подпольных каналах, и так как воздух в них движется с большой скоростью, а диаметр труб сравнительно невелик, то иногда для дутьевого воздуховода пользуются дымогарными трубами (отопительными), которые можно заделывать под полом без устройства для них каналов. У самого горна на воздуховоде ставится задвижка или клапан с длинной ручкой, выведенной для удобного пользования к передней стороне горна.
Дутьевое сопло имеет одно или несколько отверстий для выхода воздуха, иногда наконечник воздуховода отливается чугунный со сборником для шлака внизу и отверстием для чистки, имеющим крышку с противовесом.
Зонт над горном устраивается таким образом, чтобы край зонта был на таком же расстоянии от дутьевого сопла, на каком зонт поднят над горном; устройство горна дано1 на фиг. 257, на которой изображена типовая конструкция кузнечного горна с основными размерами. Укрытие горна должно быть по возможности полным; поэтому нерабочие стороны его закрываются наглухо, а на рабочих сторонах на зонте делаются откидные фартуки, которые должны открываться лишь в случае необходимости.


2) применение эжекции , т. е. создание тяги сильной струей воздуха, увлекающей за собой окружающий воздух; в этом случае вентилятор работает как дутьевой. Сужающийся воздуховод (сопло) выводится в вытяжную трубу (фиг. 260). Эжекцию включают при разжигании, а затем ее можно выключить, так как она не дает особых преимуществ при установившейся естественной тяге; иногда для эжекции пользуются дутьевым вентилятором, от которого дано ответвление воздуховода в вытяжную трубу; после разжигания горна вентилятор переключается на дутье.

Вытяжные устройства в кузницах работают нормально только при устройстве достаточной приточной вентиляции от центральной установки или местных агрегатов, установленных в самой кузнице. Приточный воздух зимой подогревается и объем его регулируется в зависимости от числа одновременно работающих горнов.

ВОПРОСЫ ДЛЯ САМОКОНТРОЛЯ

1. Из каких частей состоит вентиляционная установка в кузнице?
2. Как делаются вытяжные зонты?
3. Как устраивается побудитель тяги в кузнице?

Мы не откроем секрет, если скажем, что интерес к созданию шедевров из металла путем его ковки не пропадал и не пропадет. Для этого в мастерской кузнеца должен быть горн для создания высокой температуры за счет сгорания топлива. Чтобы процесс горения был эффективным, горн должен вентилироваться. В частных кузницах умелые мастера часто изготавливают приспособления для вентиляции самостоятельно. Если Вас тоже интересует, как можно изготовить вентилятор для горна, эта статья может быть полезной. Из нее Вы узнаете, как устроен вентилятор, его виды и способы изготовления своими руками из подручных средств.

Назначение вентилятора для горна


Понять роль вентилятора можно, изучив принцип устройства горна. Он может быть установлен стационарно, а также иметь мобильную конструкцию.

Классический кузнечный горн стационарного типа состоит из рабочего стола, в центре которого устраивается углубление (гнездо), предназначенное для сжигания горючего.

В помещении горн должен иметь трубу с вытяжкой для отвода дыма.

Особенностью кузнечного горна является то, что металлическая заготовка располагается в непосредственном контакте с топливом.

За счет этого обеспечивается разогрев заготовок до пластического состояния, при котором металл легко поддается ковке. Температура в рабочей зоне горна должна быть не меньше 1000–1300 о С. Достигается она за счет сгорания топлива. Для поддержания процесса горения в этой зоне должен быть хороший воздухообмен, который обеспечивается с помощью вентилятора. Воздушная струя от него направляется в гнездо горна через сопло.

Вентилятор должен обеспечивать определенное давление воздуха.

Важно! От мощности вентилятора зависит эффективность обдува и процесса горения, влияющего на температуру в рабочей зоне.

На процесс горения влияет также вид используемого топлива. В качестве горючего используют топливо из кокса, древесного угля и газа. Редко применяют жидкое топливо из продуктов нефтепереработки, например, бензин или керосин.

Устройство промышленных вентиляторов

Изготовленные промышленным способом горны в основном снабжены центробежными (радиальными) вентиляторами для обдува воздухом. Они просты в устройстве и обеспечивают равномерный режим продувки.

Вентилятор для кузнечного горна такого типа часто имеет корпус, который выполнен в форме улитки. Его внутреннее устройство и принцип работы изображены на рисунке, где а) — это внешний вид, б) — устройство и расположение внутренних деталей.

  • Внутри кожуха (3) корпуса вентилятора на оси размещено колесо вращения (1), снабженное лопастями (2).
  • Форма лопастей и направление вращения колеса создают движение потока воздуха в трубу (4) в направлении зоны горения.
  • Направление потока воздуха предусмотрено от расположенного в центральной части корпуса улитки отверстия к ее конечному витку, имеющему сужение. За счет этого напор воздуха усиливается.


Он предназначен для обдува как стационарного, так и переносного горна с полностью открытой верхней частью. Диаметр для подсоединения трубы такого устройства равен 50,8 мм, питание осуществляется от сети в 220 В, мощность потребления — 150 Вт, рабочее колесо вращается со скоростью 3000/3600 об/мин.

Максимальный напор (давление) воздушной струи в подводящем отверстии равен 490 Па. Вентилятор имеет габариты 225х180х225 мм и вес 2.65 кг.

Корпус вентилятора выполнен путем литья и отличается повышенной прочностью. Работает аппарат практически бесшумно, легко подсоединяется к горну.

Привод вентиляторов для горна

Вращение колеса вентилятора с лопастями осуществляется с помощью привода:

  • электрическим способом;
  • ручным усилием;
  • комбинацией способов.

При использовании электрического привода вращение осуществляется с помощью электродвигателя, преобразующего энергию электричества в механическую энергию вращения.

Ручной способ предполагает простое вращение ручки редуктора планерного типа.

Этот вариант обычно является запасным и используется при отключении электричества и невозможности применения установленного электродвигателя.


На рисунке показаны приводы: а) — ручным способом, б) — с использованием электродвигателя.

1— ремень на шкиве;

2 и 3 — передающие шестерни;

4 — ручка вращения;

Из чего можно изготовить вентилятор для частной мастерской

В частных мастерских могут применяться как стационарные, так и мобильные типы горнов. Устройства горнов переносного типа являются наиболее простыми, поэтому их используют чаще. Для самодельных горнов можно сконструировать самим вентилятор из любых подходящих материалов. Изготовление таких устройств показано в видеоролике:

Часто в качестве вентилятора используют устройства, использовавшиеся ранее для других целей.

  1. На рисунке изображен один из видов переносного горна, снабженного приводом подачи воздуха педального типа. Тяга осуществляется паяльной лампой.


  1. Самым простым вариантом вентилирования горна может служить обычный пылесос.

На этом рисунке показана схема конструкции переносного легкого горна с использованием бытового пылесоса.


Он подсоединяется шлангом к патрубку зольника, приваренному в удалении от зольника на 150–200 мм.

Сам шланг пылесоса должен быть вставлен в обратное гнездо, чтобы воздух втягивался не в пылесос, а направлялся из него в сторону горна. Нижняя чаша с фильтром снимается, а пылесос ставиться на подставку стола.

  1. Неплохой заменой бытового пылесоса является вентилятор, снятый с обогревательной печки старого автомобиля.

Изучив принцип работы горна и роль вентилятора в этом процессе, а также просмотрев фотографии со схемой устройств и видео по самостоятельному изготовлению вентилирующих устройств, можно смело приступать к их изготовлению.

А если Вы имеете опыт в этой области, то можете поделиться своими знаниями с другими в комментариях к этой статье.

Увлеченные натуры зачастую ищут сферы деятельности, где бы можно было найти применение своим дремлющим до поры талантам. И у некоторых из них возникает мысль попробовать себя в роли кузнеца. Идея эта осуществима, если вы живете не в квартире многоэтажного дома: владельцам недвижимости в частном секторе никто не мешает развить бурную деятельность по обустройству нового цеха для интересного хобби. Как сделать кузницу в домашних условиях, что для нее понадобится и на какие моменты надо обратить внимание, — вот перечень вопросов, на которые мы и будем искать ответы.

Обустройство кузницы: особо важные моменты


  1. Помещение — первый важный пункт, на котором надо остановиться, потому как есть строгое ограничение, и соблюдать его требуют правила пожарной безопасности. Дело в том, что кузнечная мастерская должна быть отдалена как от жилых, так и от хозяйственных строений. Требуемая площадь помещения — минимум 16 м 2 , дверь же должна открываться исключительно наружу.
  2. Пол кузницы требует особого внимания, ведь горючие материалы здесь строго противопоказаны. Если в давние времена в таких мастерских роль напольного покрытия исполняла основательно утрамбованная земля, то теперь оптимальным вариантом станет бетон или что-то подобное.
  3. Обеспечение вентиляции и обустройство звукоизоляции также важны. Если без принудительного вида первой работать будет попросту невозможно, то вторая сделает вас общим врагом — как домочадцев, так и соседей.



Главная задача, возложенная на работу этого оборудования, — обеспечение довольно большой температуры для разогрева стали. Лучшим вариантом станет твердотопливный очаг, где используется уголь. Есть у него и конкурент — кузнецкий газовый горн.

Исполнение мечты: сооружаем горн

Этот рабочий инструмент состоит из стола, очага, фурмы и зонта.

Стол — надежная основа


Очаг для кузницы — горнило

Очаг на столе занимает центральное место, его составляют колосниковая решетка и фурма, они ответственны за подачу воздуха, необходимого для горения. Размеры и форма очага бывают различными, все зависит только от его предназначения: углубление может быть как круглым, так и квадратным, со сторонами 200х200 или 400х400 мм, глубина при этом составляет от 100 до 150 мм.


Для изготовления колосниковой решетки подойдет сковорода с толстыми стенами, диаметр которой должен быть приблизительно 300 мм. В этом случае придется заниматься выпиливанием ряда отверстий (1 см). Лучшим вариантом станет автомобильный диск из стали. Необходимо, чтобы самодельная решетка плотно входила в отверстие, вырезанное в поверхности стола.

Фурма для горна: замена кожаным мехам


Зонт: вытяжка для горна

Этот зонт на самом деле похож на пирамидальную вытяжку. В качестве материала используются железные листы, толщина которых может достигать 1,5 мм. Нижнее сечение такой конструкции должно быть аналогично размерам стола. Ее нижняя часть должна быть на расстоянии 500-600 мм над поверхностью стола. Есть у зонта из железа минус — он быстро прогорит. Если вы хотите избежать проблем, то использовать придется конструкцию, выложенную из огнеупорного кирпича, но она потребует подпорок из-за внушительного веса.


Наковальня — верная напарница горна


Внизу у наковальни присутствуют 4 лапы, которые предназначены для ее крепления к основанию. Делается это скобами. Нужен этому инструменту и особый стул, изготовленный из дуба или березы, диаметр его должен быть порядка 600 мм. Для того, чтобы сделать подобие фундамента для наковальни, чурбак нужно углубить в землю на 50 мм, еще глубже — лучше. Это позволит избежать вибрации инструмента.

Кузнечные стуловые тиски: соседи с наковальней


Остальные помощники кузнеца

Без подходящего инструмента любой кузнец не сможет называться таковым. К обязательной экипировке относятся:

  1. Боевой молот может весить до 12 кг, поэтому для работы с ним нужны обе руки. Бой головки подходит для основных работ, задок же принимает участие в разгоне стали по оси.
  2. Кувалда — тяжеловес, ее масса достигает 16 кг. Используется, если нужна большая сила.
  3. Ручник. Это небольшой молот (от 500 г до 2 кг) для основной работы. Для рукоятки используется рябина, так как эта древесина способна нивелировать отдачу от удара.
  4. Клещи — инструмент, захватывающий во всех смыслах. Только с его помощью можно вытащить будущие изделия из горна, и держать их во время ковки.


О том, как сделать кузницу в домашних условиях, лучше поинтересоваться на специальных форумах, где вам ответят подробно и профессионально. Или же можно пойти другим путем — посмотреть видео и начать действовать. Выбор за вами.

Одно из них вы можете посмотреть у нас:


Разное

Устройство горна

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

Самодельный и мобильный угольный кузнечный горн

Устройство кузнечного горна

  1. стол горна из огнеупорного материала;
  2. топливник (очаг) с колосниковой решеткой;
  3. воздушная камера;
  4. воздушный дренаж;
  5. подающий воздуховод;
  6. воздушный вентиль;
  7. камера (шатер) горна;
  8. окно для подачи длинномерных заготовок;
  9. зонт горна;
  10. дымоход (газоотвод);
  11. съемное горнило;
  12. закалочная ванна (бадья, лохань);
  13. 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:

  1. 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.
  2. Работает только на коксе или древесном угле, т.к. стола с пространством для выжигания нет.
  3. Дорогая эксплуатация: расход карбона сравним с таковым угля в настоящих горнах.
  4. 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:

  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.

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

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

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;
  • твердотопливные;
  • на жидком топливе.

Кузнечный горн твердотопливный

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/м2·ч. Значения вне этого диапазона являются экономически невыгодными.

Читайте также: