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.
Самостоятельное изготовление
Мини-горн
Самый небольшой горн, который только можно придумать – это мини-горн. Для начинающего кузнеца – это оптимальный вариант, предназначенный для использования только на открытом воздухе. Принципы построения следующие:
- В качестве основного строительного материал можно использовать 6–8 кирпичей. Соорудив из них подставку, можно двигаться дальше.
- Сооружение колосниковой решетки можно осуществить с помощью обрезков металлических труб и фрагмента стальной полосы, толщина которой должна быть не менее 4–6 мм.
- Топить такой горн можно либо углем, либо коксом. Для розжига и дутья использую обычную паяльную лампу. Она обеспечивает и подачу тепла, и непрерывность процесса.
Использование мини-горна в помещении запрещено в силу отсутствия у конструкции дымохода.
Переносной горн
Сооружение передвижного горна можно осуществить, используя такую кухонную утварь, как гусятница. В качестве системы наддува можно использовать вентилятор от ручной сирены или любое другое подходящее устройство.
У переносного горна есть определенные недостатки:
- конструкция его неразборная, поэтому сложно избавиться от нагара;
- не позволяет создать очень высокие температуры, максимально возможный показатель – 900 ОС;
- эксплуатация обходится довольно дорого: в роли топлива можно использовать только кокс или древесный уголь.
Несмотря на это, такой вид угольного горна имеет гораздо больше возможностей, чем самодельная конструкция из кирпичей, описанная выше. Связано это с тем, что пространство для работы у переносной конструкции открыто сверху и значительно больше.
Стационарный горн
Данная конструкция является самой сложной, с точки зрения построения. Опытные мастера изготовлением горна занимаются самостоятельно, учитывая собственные антропометрические данные. Его эргономика должна быть отточена до мельчайших деталей: работы, производимые здесь, зачастую очень травмоопасные.
Итак, при строительстве стационарного горна необходимо исходить из собственных физических данных. Для этого необходимо измерить:
- Высоту стола. Встать ровно, ноги находятся на ширине плеч. Правую руку необходимо сначала опустить, а затем согнуть в локте. Это и будет высота стола, к которой необходимо добавить 5–7 см.
- Половину диагонали стола. В ту же руку необходимо взять большие клещи и измерить расстояние от их губок до живота. Прибавив к полученному результату 10–12 см, можно получить искомый результат.
- Длину стороны квадратного стола. Для этого полученный в п.2 результат следует умножить на 1,4.
Чтобы изготовить стационарный горн своими руками, понадобятся такие материалы:
- жаропрочная сталь с толщиной листа не менее 4 мм;
- шамотный кирпич;
- металлопрокат, из которого впоследствии следует монтировать раму горна;
- стальной дымоход для осуществления процесса отведения газов, образующихся в процессе горения;
- огнеупорная замазка, которую необходимо обязательно использовать для заделки щелей;
- сталь для футеровки с внешней стороны.
Правила изготовления стационарной конструкции
Так как горн – стационарный агрегат, его нахождение должно быть четко определено. Обязательно необходим доступ к одной из стен, потому что кузнечный горн не должен быть независимым. Наличие стены позволит более надежно обустроить дымоходы и установить вентилятор. В данной конструкции может использоваться самодельная фурма.
Опорная рама для кузнечного горна
Строительство горна следует начать с изготовления опорной рамы. Ее варят из металлической трубы. Обустройство верхней части производят при помощи огнеупорного кирпича. Это сделает конструкцию долговечной и позволит использовать печь более интенсивно.
Каналы, предусмотренные для вентиляции и дымохода, по периметру следует отделать стальными уголками. Металл еще используют при сооружении футеровки и заслонки печи. Листы, использующиеся в отделке, должны иметь ребро жесткости.
Стол горна должен иметь горновое гнездо, оптимальная глубина которого – 10 см. Под ним – зольная камера, в которую подается воздух. Размер стола не регламентирован, но лучше, если он сконструирован с учетом данных мастера.
Из стали толщиной 2 мм следует свернуть трубу квадратной формы. Это будет приемник для золы. В одной из стенок следует сделать отверстие, в которое позже будет вставлена труба для подачи воздуха. Ее можно осуществить при помощи пылесоса.
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.
Несколько полезных советов
Для механизма поддува воздуха в горн, чаще всего используется старый пылесос с регуляторами оборотов.
Теперь отлично видно, чем можно дополнить домашний кузнечный горн. А пока нужно обзавестись простейшей наковальней и кузнечными клещами, без которых работать невозможно.
- В качестве топлива можно использовать уголь древесный и каменный, дрова и кокс. Кокс стоит дороже угля, но его расход в 5 раз меньше. От сгорания кокса образуется меньше шлака и копоти. Лучше использовать коксик. Так профессионалы называют кокс мелких фракций, который не надо предварительно колоть, тратя на это время.
- В качестве топлива можно использовать магистральный или баллонный газ. Это топливо позволит отказаться от колосников. Температуру нагрева можно регулировать. Топливо довольно дешевое и доступное.
- Сверху рекомендуется установить вытяжной зонт из листового металла толщиной 4 мм. Стыки деталей хорошо провариваются для обеспечения герметичности внутреннего его объема.
- В боковой стенке горна необходимо проделать отверстие для газовой горелки. Нужна также и система дымоудаления. Это трубопровод сечением примерно 30х30 см. Высота его — около 5 м.
- Вместо пылесоса можно использовать вентилятор от автомобильной печки.
- Отверстие, вырезанное в задней стенке самодельного горна, значительно улучшит вентиляцию установки. С помощью этого отверстия появится возможность разогрева более длинных заготовок.
Самодельный горн для кузнечных работ можно изготовить самостоятельно в небольшом помещении на дачном участке. Это приспособление даст возможность изготовления уникальных кованых деталей для создания козырьков, заборов, калиток и других вещей для украшения интерьера участка и дома.
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.
Стационарные
Могут быть открытого и закрытого типа.
Устройство открытого варианта исполнения – каркас со столом в виде корыта высотой около 70 см. Очаг выложен из шамотного кирпича, внутри него находится фурма. Для охлаждения устройства предусмотрен бак с водой, находящийся спереди. Вентилятор создает давление для подачи воздуха посредством канала.
Стационарный настольный кузнечный горн в действии
Рычаг позволяет регулировать объем, что дает возможность изменять температуру в очаге. Заслонка предохраняет фурму от попадания в нее кусков золы и угля. Удаление дымовых газов осуществляется через зонт и вытяжную трубу. Топливом может быть древесный уголь или кокс.
Устройство закрытого типа имеет такие достоинства:
- быстрое достижение максимальной температуры;
- высокая эффективность;
- повышенная пожаробезопасность.
Единственная проблема, если изготовить такой горн своими руками, – сложно работать с большими или длинными изделиями, особенно если нужно прогреть их среднюю часть.
Стационарный электрический кузнечный горн
Камера выполнена из шамотного кирпича, находящегося в металлическом каркасе. В ней есть фурма, решетка, окно и топочный люк.
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.
Принципы выбора
Выбирая покупное оборудование для кузнечной мастерской, нужно учитывать ряд факторов:
- Размер нагреваемой поверхности. От этого будет зависеть возможный размер обрабатываемых заготовок.
- Тип используемого топлива. Нужно учитывать особенности расходного материала.
- Вариант подачи воздуха. Оборудование с электрическим компрессором позволяет работать быстрее, продуктивнее.
- Габариты горна.
Нужно помнить о надёжности вывода продуктов горения из конструкции. Для этого требуется проверить дымоход, отверстия, создающие тягу.
Строим газовый горн
Прежде, чем начать сооружать газовый кузнечный горн своими руками, нужно определить параметры пода – его площади.
Для этого существует хитрая формула:
N = H × F
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;
- горелки 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.
На другом топливе
Так работает стародавний угольный горн. Первоначально его топили древесным углем, потом – коксом. То и другое – почти чистый углерод. В принципе горн можно топить и дровами, дав им предварительно прогореть до углей, т.е. до древесного угля; как – посмотрим далее.
Устройство горна много упрощается, если на топливо взять очищенный моногаз, пропан или бутан. Они состоят из углерода и водорода, который тоже отличный восстановитель и, соединяясь с кислородом, дает еще больше тепла. Причем газ можно смешивать с кислородом воздуха заранее, еще в горелке. Как устроены газовые горелки для горна, мы тоже далее разберемся, а пока констатируем факт: газовый горн из кирпича можно собрать на скорую руку, лишь бы горелка была, см. рис. (Как сделать самому газовый горн, также можно посмотреть на видео в конце раздела).
Однако это касается только чистых моногазов промышленного назначения. Бытовой природный газ, во-первых, состоит из смеси насыщенных и ненасыщенных углеводородов, имеющих для полного сгорания разную потребность в кислороде и разное тепловыделение. Т.е., настроить тут оптимальную подачу воздуха для нагрева металла под качественную закалку или цементирование принципиально невозможно.
Во-вторых, в составе природного газа в ничтожных количествах есть сера, кремний, фосфор. Хотя бы в виде искусственно вводимой в бытовой газ для немедленного обнаружения утечки «отдушки» – меркаптана. Если фосфор и кремний при точной дозировке еще могут быть полезны (первый – для поверхностного фосфатирования; второй – для улучшения магнитных свойств), то сера – злейший враг стали, начисто убивающий ее эксплуатационную ценность, причем необратимо, для восстановления нужна полная переплавка.
Поэтому бытовой газ как топливо для горна можно использовать, во-первых, только после очистки от серосодержащих соединений. Простейший, но отнюдь не бесплатный ее способ – пропустить газ из баллона, прежде чем подавать в горелку, через емкость с нафталином. Он до серы охоч не менее, чем углерод до кислорода. Во-вторых, нагревать в газовом горне только не ответственные и не нагружаемые в дальнейшем детали; скажем, декоративные элементы художественных металлоизделий.
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.
Топливо
Их состав включает в себя водород и углерод, которые при соединении с кислородом выделяют много тепла. Причем такое смешение может происходить предварительно, например, в горелке.
Уголь для кузнечного горна
Однако нужно понимать, что управлять природным газом для таких целей будет почти невозможно, поскольку он состоит из разных углеводородов, которым требуется разное количество кислорода. Поэтому организовать оптимальную подачу воздуха не получится. К тому же в составе природного газа содержится сера, которая отрицательно влияет на свойства металла. Поэтому смесь требует предварительно очистки или может использоваться для обработки неответственных деталей.
Жидкостные устройства
Можно обустроить кузнечный горн и на жидком топливе, используя в качестве последнего отработку, солярку или мазут.
Сложность заключается в подаче нужного количества топлива в камеру сгорания.
Собирая такую печь, монтируют бак для горючего и систему его подачи в очаг — форсунку. Главная проблема заключается в том, чтобы топливо распрыскивалось в мелкую пыль, тогда система будет эффективной.
Некоторые специалисты рекомендуют для этого использовать топливный тракторный насос.
Для более высокой температуры потребуется обустроить и подачу воздуха. Лучше всего использовать электрический вентилятор.
Однако кузнечная печь на жидком топливе довольно сложная в обслуживании и сборке. Намного проще собрать газовый аналог, да и топливо обойдется намного дешевле, а потребуется его меньше. Но некоторые мастера собирают такие печи и используют для своей кузни.
Решая, какой из типов горна собрать своими руками, нужно руководствоваться потребностями и планируемыми видами работ. Кованые ножи не требуют больших размеров очага и, если будут создаваться такие небольшие поковки, не стоит собирать большую стационарную конструкцию. Намного проще сделать небольшой переносной тип печи, желательно на газу.
Конечно, при запланированном производстве более массивных изделий лучше всего делать стационарный кирпичный горн с мощным поддувалом и вытяжкой.
Также немаловажным моментом будет выбор топлива. Газ более дешевый и простой вариант, уголь (древесный или каменный) несколько сложнее в использовании и его нужно большее количество в пересчете на массу заготовки. Что выбрать — зависит от Вашего предпочтения и доступа к запасам горючего.
Для того, чтобы принять участие в обсуждении данного материала, перейдите к комментариям этой статьи. Оставьте свои замечания, подкрепленные опытом сборки и использования различных конструкций кузнечных горнов.
Кузнечный горн — это оборудование, позволяющее разогреть металл до температуры 1200 градусов. Его размеры имеют большой разбег. Некоторые габаритные, стационарные, иные маленькие, переносные.
Изготовить кузнечный горн своими руками можно любой конструкции, который будет работать как на твердом топливе, так и на газообразном.
