Самодельный горн. Выбор конструкции и самостоятельное изготовление кузнечного горна. Как устроен горн

«Горн» слово германского происхождения horn, изначально – «рог», потом horn получило множество других значений, лишь бы предмет как-то на рог походил или от него происходил; одна из высочайших вершин Альп называется Matterhorn. Древний плавильный горн, в котором получали кричное железо, с виду похож на сигнальную трубу из рога, поставленную раструбом вниз, так он и стал горном, а от него и кузнечный горн, хотя на рог он уже никак не похож.

В кузнице горн применяется для разогрева металла перед ковкой, цементирования и других операций термообработки. Горн – вещь очень нужная всем, кто работает с металлом: он позволяет получить в кустарных условиях температуру до 1100 и даже 1200 градусов , может быть как большим стационарным, так и маленьким настольным, а сделать горн своими руками не представляет большого труда и сложностей.

Чтобы пользоваться кузнечным горном традиционной конструкции, нужно быть достаточно сведущим и умелым мастером, особенно по части выбора топлива, о чем ниже будет сказано подробнее. Немалого опыта требует и основа очага горна – фурма – и устройство наддува. Использование для нагрева природного газа хотя и не позволяет выковать в домашней кузне дамасский клинок или индийский булат вуц, как классический угольный горн, но существенно упрощает конструкцию: газовый горн можно собрать за полчаса-час из 6 шамотных кирпичей и нескольких обрезков стали , а температура и качество нагрева будут достаточны для столь популярной сейчас мелкой художественной ковки или плавки цветных металлов и сплавов под литье.

Устройство горна

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

стол горна из огнеупорного материала;
топливник (очаг) с колосниковой решеткой;
воздушная камера;
воздушный дренаж;
подающий воздуховод;
воздушный вентиль;
камера (шатер) горна;
окно для подачи длинномерных заготовок;
зонт горна;
дымоход (газоотвод);
съемное горнило;
закалочная ванна (бадья, лохань);
газовоздушная камера.

Принцип действия горна

Чтобы самому сделать горн и успешно им пользоваться, разберемся, как работает горн, что в нем к чему и что в нем можно удешевить и упростить в условиях домашнего использования без ухудшения качества обработки металла. В основе работы горна лежит химическая реакция горения углерода 2C + O2 = 2CO2 + 188,1 ккал . По ее энерговыходу (94,05 ккал/моль, т.е. 12 г С, полностью сгорев, дадут 94,05 ккал тепла) видно, что углерод – весьма сильный восстановитель, т.е. жадно соединяется с кислородом.

Это свойство углерода с незапамятных времен используется в металлургии для выплавки железа и других металлов: их руды часто представляют собой соответствующие окислы или их производные соединения. Углерод бесцеремонно обирает себе кислород, и обездоленному металлу не остается ничего иного, кроме как выделиться в свободном виде.

В кузнечном горне восстановительная способность углерода также используется отчасти, как препятствующая окислению заготовки. Попросту, чтобы металл не сгорел. Но не менее здесь важна высокая теплотворная способность углерода: поддувая в массу топлива достаточно воздуха, чтобы углероду его хватило, можно сжечь его довольно быстро, а большое количество выделившегося тепла и температуру разовьет высокую.

Дутье в горн регулируют таким образом, чтобы кислорода топливу чуть-чуть не хватало, это полностью предотвратит окисление металла. Однако, если заготовку в горне передержать, то пойдет науглероживание: металл, особенно сталь, станет, как говорят, пересушенным – чрезмерно, непропорционально возрастанию твердости, хрупким. Пример совершенно пересушенного железа – чугун. В металлургии, чтобы получить из него конструкционную сталь, расплавленный чугун подвергают переделу: в конверторе или иным способом вводят в него кислород, отнимающий лишний углерод.

На другом топливе

Так работает стародавний угольный горн. Первоначально его топили древесным углем, потом – коксом. То и другое – почти чистый углерод. В принципе горн можно топить и дровами, дав им предварительно прогореть до углей , т.е. до древесного угля; как – посмотрим далее.

Устройство горна много упрощается, если на топливо взять очищенный моногаз, пропан или бутан. Они состоят из углерода и водорода, который тоже отличный восстановитель и, соединяясь с кислородом, дает еще больше тепла. Причем газ можно смешивать с кислородом воздуха заранее, еще в горелке. Как устроены газовые горелки для горна, мы тоже далее разберемся, а пока констатируем факт: газовый горн из кирпича можно собрать на скорую руку, лишь бы горелка была, см. рис. (Как сделать самому газовый горн, также можно посмотреть на видео в конце раздела).

Однако это касается только чистых моногазов промышленного назначения. Бытовой природный газ, во-первых, состоит из смеси насыщенных и ненасыщенных углеводородов, имеющих для полного сгорания разную потребность в кислороде и разное тепловыделение. Т.е., настроить тут оптимальную подачу воздуха для нагрева металла под качественную закалку или цементирование принципиально невозможно.

Во-вторых, в составе природного газа в ничтожных количествах есть сера, кремний, фосфор. Хотя бы в виде искусственно вводимой в бытовой газ для немедленного обнаружения утечки «отдушки» – меркаптана. Если фосфор и кремний при точной дозировке еще могут быть полезны (первый – для поверхностного фосфатирования; второй – для улучшения магнитных свойств), то сера – злейший враг стали, начисто убивающий ее эксплуатационную ценность, причем необратимо, для восстановления нужна полная переплавка.

Поэтому бытовой газ как топливо для горна можно использовать, во-первых, только после очистки от серосодержащих соединений . Простейший, но отнюдь не бесплатный ее способ – пропустить газ из баллона, прежде чем подавать в горелку, через емкость с нафталином. Он до серы охоч не менее, чем углерод до кислорода. Во-вторых, нагревать в газовом горне только не ответственные и не нагружаемые в дальнейшем детали ; скажем, декоративные элементы художественных металлоизделий.

Примечание: в древесине серы тоже хватает с избытком для отравления стали. Но ее и другие, т. наз. легирующие яды, можно выжечь заранее, см. далее.

Видео: газовый горн своими руками

Назначение частей горна

Теперь вернемся к списку в начале и посмотрим, что в горне для чего. А тогда уже возьмемся за изготовление горна по образцам, рассмотренным далее или самостоятельно, исходя из имеющихся в наличии материалов и возможностей.

В промышленности на футеровку стола идет преимущественно кварцевый огнеупорный кирпич, он при интенсивной рабочей нагрузке служит десятилетия. Самодельный горн обычно футеруют печным шамотным кирпичом , более дешевым и доступным. При нерегулярном пользовании его тоже хватит на годы.

Топливник с колосниковой решеткой, воздушной камерой с дренажом и подающим патрубком с вентилем образуют сердце горна – фурму. В промышленных образцах применяют сменные фурмы под разные способы нагрева и нагреваемые заготовки. Любителю или мастеру-индивидуалу чаще всего достаточно одной наглухо вмонтированной в стол с цельной перфорированной круглыми отверстиями колосниковой решеткой.

Воздушный дренаж необходим, чтобы точно и оперативно, не отрывая взгляда от заготовки, регулировать дутье . Недогретую деталь проковать не удастся и закалку она не примет; перегретая и пересушенная пойдет рваться под молотом, а в закалочной ванне ее поведет как минимум, а то и треснет. И уж во всяком случае окажется недопустимо хрупкой. Как по виду раскаленной заготовки определить ее готовность для ковки или закалки – разговор особый. Но опытные кузнецы знают, что перепустить лишний воздух в атмосферу нужно успеть за секунды.

Назначение камеры, или шатра, горна совместно с его зонтом и дымоходом – удалить дымовые газы из рабочей зоны . Их при подготовке угольной массы (см. ниже) выделяется предостаточно, и ни один для здоровья не полезен. Тяга в дымоходе нужна хорошая, т.к. переднее (рабочее) окно шатра и проемы для длинномера (трубы, металлопрофили) открыты постоянно.

Что касается закалочной ванны и газовоздушной камеры, то они могут быть, а могут и не быть, это уж по вашему усмотрению. Закалочная ванна обязательно нужна, если вы собираетесь ковать т. наз. дамаск, изделия из булатной стали. Им нужна термоударная закалка, т.е. из горна – мгновенно в ванну.

Примечание: о нравах прошлого. Когда-то лучшими считались булатные клинки, закаленные в живом теле пленного сильного врага или, в крайнем случае, мускулистого раба.

Газовоздушная камера в промышленности используется:

Для дополнительной сушки и подогрева воздуха.
Для очистки дутьевого воздуха от примесей и конденсата.
Для введения в воздух газообразных легирующих присадок.

В домашних условиях супер-супер спецспавы не получают; проблема конденсата на производстве возникает при дутье от общей сети сжатого воздуха. В маломощном горне воздух достаточно нагревается, проходя через отверстия колосника фурмы, а очистить бытовой газ от серы можно, пропуская его сквозь слой нафталина, как сказано выше. В общем, делайте газовоздушник, не делайте, дело ваше.

Наконец, горнило. Это жаростойкий колпак, расширяющий зону предельно высокой температуры . Его ставят, если в горне плавят в тигле цветные или драгоценные металлы и сплавы (температура плавления золота 1060 градусов, серебра 960, меди 1080, латуни и бронзы 900), цементируют детали в муфеле и т.п. Искать дорогое готовое горнило нет смысла, в домашней кузне его вполне заменит десяток шамотных кирпичей, выкладываемых на сухую по детали. В такой комплектации самодельный горн заменит и дорогостоящую .

Как топят горн?

Чтобы взяться наконец-то за свой собственный горн, осталось выяснить, а как же его топить? Тогда и в конструкциях разобраться будет проще.

Лучшее топливо для горна – мелкий кокс . Кузнецы его называют коксиком, название переняли и торговцы. Если в продаже кокс, а есть и коксик в мелкой упаковке. Стоит коксик, смотря до региону, раза в 3 дороже каменного угля, но уходит его на 1 ковку при умелом обращении раз в 4-5 меньше.

Кокс – практически чистый аморфный углерод, карбон. Действительно чистый: коксовый газ – ценное химическое сырье, так что металлурги не халтурят. Воспламеняется при 450-600 градусах, поэтому растопка нужна двойная: дровами разжигают уголь, а уж на него накладывают слой в 150-170 м кокса и включают дутье на максимум. Когда уголь прогорит (это видно по пламени), массу кокса разгребают, оставив на колоснике слой в 1/3-1/4 от высоты всей кучи, вводят в очаг заготовку и загребают горящим топливом. Дутье сбавляют до нормы для данной операции и ждут, пока деталь дозреет.

Для работы с дамаском нужен древесный уголь , он загорается при меньшей температуре и сгорает быстрее, т.к. сохраняет микропористую структуру древесины. А также, как активированный уголь в противогазе, дополнительно поглощает легирующие яды. Дело в том, что булат проковывают из пучка проволок или прутков разной твердости. Собственно изделие получается их взаимной диффузией при ковке. Процесс очень тонкий, и регулировка дутья нужна ювелирная, а легкий пористый древесный уголь на манипуляции воздушным дренажом отзывается мгновенно.

Если топить каменным углем, ему нужно дать прогореть до карбона , т.е. летучие составляющие, тот самый коксовый газ, должны выгореть. Это опять-таки видно по цвету пламени. Но столь полного извлечения летучих, как в коксовой батарее, прямо в горне не добиться, так что на угле можно ковать декоративные или среднего качества обиходные изделия. Как правило, одной загрузки угля не хватает и его приходится дожигать. Догрузку на дожигание подкладывают к очагу сбоку на стол и по мере прогорания подгребают образующийся карбон на заготовку.

Дровами топят в общем так же, как углем, но только лиственными . Просто кучей дрова скорее прогорят до золы, чем полностью выпустят летучие и образуют уголь. Кроме того, допускать попадания непрогоревших щепок на деталь никак нельзя, уж больно много в древесине вредных для стали примесей. Поэтому дрова на карбон в горне выжигают в обечайке, см. рис. Догрузку выжигают подложив вплотную к ней и по мере прогорания угли переносят в обечайку шипцами.

Беремся за горн

Начинающему кузнецу для приобретения опыта и чутья лучше всего быстренько сделать мини-горн из 6 шамотных кирпичей, см. рис. Лезвие топора, чтобы побриться можно было, или охотничий нож в нем не раскалишь под закалку, но можно греть мелочь для художественной ковки, концы длинномера под ковку или гнутье или плавить в тигельке драгцвет.

Полки колосниковой решетки из обрезков стальных труб, а самые колосники – из стальной полосы 4-6 мм толщиной. Колосники нужно закрутить на угол винтом, чтобы захватывали дутьевой поток, как показано на рис. Топливо – кокс или уголь. Розжиг и дутье – паяльной лампой, газовой или бензовоздушной горелкой. Если используется паяльная лампа, между ней и горном нужно поставить асбестовую перегородку с окном под сопло: горн интенсивно излучает тепло и резервуар лампы может взорваться. Пользуются этим горном только на открытом воздухе, т.к. зонта с дымоходом нет.

Примечание: еще интересный вариант – небольшой горн на скорую руку минимальной стоимости, см. видео:

Переносной

Следующая конструкция – переносной горн из… гусятницы. Конструкция ясна из рис. Футеровка – шамотный мергель в смеси с шамотным песком (молотым боем шамотных кирпичей, есть в продаже). Обжиг футеровки после сушки – по ходу работы.

Наддув не обязательно вентилятором от ручной сирены, как на рис. Можно использовать любой подходящий, см. далее, присоединив его металлогофром. Это, кстати говоря, сделает работу с длинномером удобнее. В таком случае на глухом конце воздуховода необходим воздушный дренаж вроде того, как для передвижного горна, о котором еще будет сказано.

Возможности горна из гусятницы пошире, чем у 6-кирпичного, т.к. рабочее пространство больше и открыто сверху. Но появляются и существенные недостатки:

Неразборная конструкция: при прочистке фурмы (см. далее о стационарном горне) нагар падает вниз и засоряет перфорацию воздуховода, даже если ее отверстия ориентированы вбок или вниз. Для чистки приходится ломать футеровку.
Работает только на коксе или древесном угле, т.к. стола с пространством для выжигания нет.
Дорогая эксплуатация: расход карбона сравним с таковым угля в настоящих горнах.
Невысокая рабочая температура, до 900 градусов, т.к. не обожженная толком футеровка при большей трескается.

О кавалерии и швейных машинах

Когда-то каждый эскадрон кавалерии всех армий мира имел на хозяйстве переносной горн с ножным приводом от кривошипно-шатунного механизма для ковки подков и подковных гвоздей. Его так и называли кавалерийским, см. рис. Если говорить об энергонезависимых горнах, то это куда удобнее, чем вентилятор от сирены: обе руки свободны. Да еще смекалистые конники приучали лошадей давить на педаль копытом.

Ныне кавалерийский горн можно увидеть разве что в музее РККА. Но – проявим и мы смекалку – старые швейные машинки с ножным приводом еще эксплуатируются и продаются. А это – тот же кривошип с ведущим шкивом подходящего диаметра и прочная станина для стола. Плюс колесики, на которых горн катать можно.

Какой нужен вентилятор?

Ниже мы перейдем к конструкциям уже вполне функциональным, для которых требуется полноценное дутье. И электричество для вентилятора найдется везде. Но какой нужен вентилятор для горна? Когда-то горны поддували мехами; кому любопытно, как кузнечные мехи устроены, см. рис. справа.

Примечание: именно по остаткам кузнечных мехов глубокой древности археологи установили, что металлургия у первобытных народов имела мистически-сексуальный смысл – от Скандинавии до Южной Африки глиняный штуцер горна выполнялся в виде мужских гениталий, а гнездо под него в горне – женских.

Что касается производительности, то для стационарного горна на коксе вполне хватит 200-250 л/мин. Т.е., мощность мотора вентилятора достаточна от 80-100 Вт.

Существенно важнее то, что нам нужно протолкнуть воздух сквозь довольно плотную массу спекшегося топлива. Поэтому при выборе вентилятора прежде всего нужно обратить внимание на создаваемое им давление при нулевой производительности , т. наз. предельное давление. Смысл этого параметра прост: предельное давление вентилятор создаст, нагоняя воздух в замкнутую полость.

Для горна нужно предельное давление от 220-230 мм. рт. ст., что соответствует примерно 0,3 ати. Осевые вентиляторы (крыльчатки) такое создают только промышленные, типа ВН-2 или его аналогов. Бытовые вытяжные и промышленные охлаждающие по предельному давлению вообще не нормируются и, как правило, нужного не создают.

Кроме того, нагоняют они воздух до предельного давления медленно, за минуты, а при тонких ковочно-кузнечных работах дутье нужно менять за секунды. Ставить ресивер бесполезно: при открывании вентиля воздух в нем расширится по адиабате, что при 0,3 ати даст только пшик.

Итого вывод: для наддува горна нужен центробежный вентилятор-улитка . Спецификацию можно и не смотреть, нужное предельное давление даст любой центробежный вентилятор по самому принципу своего действия. Лучше всего брать улитки от систем радиационной защиты военной техники, у них и производительность высокая. Правда, питание – 12, 24 или 27 В постоянного тока, так что понадобятся трансформатор и выпрямитель соответствующей мощности.

Отлично подойдет любой старый бытовой пылесос, но тут нужно учесть, что его мощность почти всегда будет избыточна. Уменьшать ее ЛАТРом или тиристорным регулятором не следует: мотор будет работать в тяжелом режиме чрезмерного скольжения ротора и ресурс и так подызношенного старика окажется невелик. Лучше всего в фурме сделать широкий воздушный дренаж, как в далее описанном стационарном горне.

Передвижной

Здесь на рис. – чертежи заслуженно популярной конструкции: уже полнофункционального передвижного горна, предназначенного для использования на открытом воздухе. Именно такого рода устройство имелось в виду при размышлении о кавалерии и швейных машинах.

Обратите внимание на узел, обозначенный цифрой 1. Это дренаж тонкой регулировки дутья. Дренажная трубка выдвигается-задвигается, а внизу в ней насверлен продольный ряд мелких, 1-2 мм диаметром, отверстий. Перепуская воздух в дренаж, можно очень точно регулировать наддув.

Стационарный

Стационарные горны делают опытные мастера под свои антропометрические данные. Кусок раскаленного до оранжевого железа весом в несколько кило в клещах – предмет чрезвычайно травмоопасный, поэтому эргономика стационарного горна должна быть идеальной.

Примечание: в романе А. Н. Толстого «Петр Первый» красочно описан случай, как молодой еще царь-мастеровой получил порядочную выволочку от подневольного кузнеца за неловкость при наварке лапы якоря. Только огромная физическая сила Петра предотвратила тогда производственное ЧП.

Берем размеры

Приблизительные размеры стационарного горна показаны на рис.

Именно приблизительные, но высоту стола и его размеры нужно определить точно:

Становимся ровно, ноги на ширине плеч. Правую свободно опущенную руку сгибаем в локте.
Помощник измеряет расстояние от локтевого сгиба до пола. Добавляем к нему 5-7 см, это и будет высота стола.
Теперь берем в ту же руку самые большие клещи, помощник измеряет расстояние от живота до концов их губок.
Добавляем к нему 10-12 см, мы получили половину длины диагонали стола.
Длину стороны квадратного стола берем равной 1,4 от длины полудиагонали (0,707 от полной диагонали).

Примечание: делать стол круглым не нужно, т.к. детали клещами брать придется разные. А прямоугольным – можно, если работать будете вдвоем с подручным.

Конструкция

Последовательность изготовления стационарного горна видна из рис. Воздушник фурмы с наддувом от пылесоса или улитки автопечки лучше опустить пониже, а заслонку воздушного дренажа при этом (пп. 4 и 5) сделать выдвижной вперед. Получится воздушный ресивер достаточно большой емкости, и заслонку можно будет выдвигать-вдвигать носком обуви.

Обратите также внимание на цельный колосник, поз. 2. Он в данном случае специальный для горнов. Секрет – в перекрещивающихся ложбинках, разделяющих плиту на квадратики. В них скапливается нагар. Если насверлить отверстия в гладкой плите, то их после каждой ковки придется прочищать стальным прутом.

Но почему нельзя сделать колосниковую решетку наборной из планок, как в печке? Потому, что масса топлива спекается не однородно. В щелях между планками поток воздуха будет прыгать туда, где ему свободнее выйти. В том месте температура окажется выше, и вся заготовка может оказаться пересушенной пятнами. На-глаз мастер-любитель этого не заметит, но под нагрузкой местная хрупкость скажется. А пропускание воздуха сквозь двумерную регулярную структуру (печной колосник одномерный) уменьшает неравномерность воздухораспределения на порядок. Если колосник трехмерный, как показано на рис. с устройством горна в начале, то неравномерность распределения воздуха практически не сказывается.

А как быть, если негде взять спецколосник? Тогда приемлемый выход – полностью самодельная фурма с концентрическим расположением отверстий диаметром 8-10 мм, см. рис. справа, такая система не так быстро засоряется и дутье по площади обеспечивает более-менее равномерное. По принципу действия похоже на рассеиватель душа.

Наддувать воздушный душ пылесосом нельзя, топливо выдует. Нужно взять улитку от автопечки или подобную ей. Регулировать дутье дренажом в таком случае тоже нежелательно, оптимальный для равномерности дутья наддув слабоват. Нужно встроить в воздуховод дроссельную заслонку, а нижнюю крышку фурмы сделать съемной только для чистки.

Газовые горелки

И под конец дадим чертежи нескольких горелок для газовых горнов. Для художественной ковки они вполне подойдут, а, что ни говори, из кузнечных работ она самая востребованная. Все эти горелки – инжекционные прямоточные. Куда более эффективные и универсальные вихревые слишком сложны для самостоятельного изготовления.

Первая, на рис., самая сложная. Чтобы ее сделать, нужно быть токарем-фрезеровщиком не ниже 5 реального разряда. Зато работает на любом газе (кроме ацетилена, см. ниже!), бензовоздушной смеси и дает очень мощный наддув: может продуть и большой стационарный горн, описанный выше.

Следующая (см. рис.) попроще и содержит меньше деталей, хотя и здесь нужно точно точить пологие конусы. Дует тоже отлично, но работает только на пропане. Под бутан сопло требуется совсем узкое, да бутан и применяется мало.

Обтачивать вчистую внешнюю поверхность инжектора Д1 и сверлить сопло нужно в один установ. Сопло сверлится твердосплавным сверлом и проходится вчистую разверткой. Это и есть главный недостаток конструкции: требуется мелкий точный инструмент, не везде и не всегда доступный.

Ниже на рис. две горелки попроще. Слева – точеная универсальная под бытовой газ или пропан. Продуть может максимум небольшой передвижной горн, но выточить детали под силу токарю-середняку. Нужно только владеть технологией посадки деталей в горячий натяг. Которая, впрочем, не сложна.

Справа – горелка-самоделка. Большинство деталей, включая ниппель – от велосипеда. Из токарки требуется только обточить в размер самую малую звездочку от велосипедной КПП. Эта горелка всеядна: пропан, бутан, бытовой газовый коктейль, бензовоздух. Но греть ею можно только малые кирпичные замкнутые горны, показанные в начале.

Примечание: ни в коем случае не запитывайте эти горелки ацетиленом! Металл в горне сожжете и до взрыва недолго!

В заключение

Что ж, как сделать горн, мы теперь знаем. А что в нем делать с металлом – отдельная большая тема. Кузнечное дело с горна только начинается.

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.

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:

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

Из соображений безопасности кузнечные горны чаще работают на угле.

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.

Впрочем, опытный кузнец в состоянии оценивать температуру металла по цвету его поверхности, а проблему сульфуризации решают путём использования более качественного вида топлива.

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:

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.

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 :

Камера , выполненная из огнеупорного материала, и снаружи отфутерованная толстолистовой жаростойкой сталью.
Передняя заслонка , открывающаяся при помощи шарниров или противовеса, и снабжённая смотровым окошком.
Под , выполненный из жаропрочного шамотного кирпича.
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.
Смесительный редуктор , обеспечивающий смешивание воздуха и газа (входит в структуру баллона со сжиженным газом).
Сопло , конфигурация которого определяется формой нагреваемых в горне заготовок.
Колосниковая решётка , предназначенная для улучшения тяги и сбора окалины.
Вентилятор , обеспечивающий нагнетание воздуха в нужном объёме с его последующей подачей в зону действия горелки.

Для работы таких горнов необходим стационарный источник электроэнергии. Газовые горны целесообразно применять для нагрева под ковку частей длинномерных заготовок: нагрев происходит значительно быстрее, и следовательно, окалинообразование меньше.

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 и электронагреватели сопротивлением , но подобные устройства «горнами» можно назвать с большой натяжкой.

Я увлекаюсь кузнечным делом и уже долгое время хотел привнести его частичку в свой пригородный гараж. После просмотра нескольких тематических видео я понял, что нужно делать, но не нашел никаких пошаговых инструкций на эту тему, поэтому решил записать для вас как сделать кузнечный горн своими руками.

Время сборки мини горна своими руками от начала до конца — около часа с половиной.

Шаг 1: Сбор необходимых вещей

Вам понадобится:

Жестяная банка
Деревянный брусок
Соединитель для труб — 1.5 * 5 см
Два Г-образных кронштейна
Два винта по дереву, чтобы закрепить кронштейны на деревянном бруске
Пара небольших металлических винтов с шайбами и гайками, чтобы закрепить банку на кронштейнах
Песок
Гипса
Большой мешок для смешивания гипсы и песка
Обычная пропановая горелка с насадкой для спиралевидного потока газа
Защитные очки
Огнетушитель — на всякий случай

Шаг 2: Подготавливаем банку

Просверлите два отверстия на расстоянии примерно 1,5 см от каждого края банки.

На противоположной от отверстий стороне, примерно на расстоянии 2-3 см от задней части банки, просверлите отверстие в 1,5 см для соединителя для труб, под небольшим нисходящим углом.

Шаг 3: Прикрутите кронштейны к деревянному бруску

Замерьте расстояние между отверстиями в банке и соответственно ему прикрутите кронштейны к дереву.

Шаг 4: Закрепите банку на кронштейны

При помощи винтов с шайбами и гайками накрепко закрепите банку на кронштейнах.

Шаг 5: Проденьте в банку соединитель для труб

Просто вкрутите его внутрь, всё должно смотреться как на фото: ссылка . Постарайтесь продумать положение трубки так, чтобы, когда через неё начнёт поступать огонь горелки, он не упирался в стенки сосуда, а плавно выходил из трубки и закручивался в банке — это позволит повысить эффективность плавильной установки.

Шаг 6: Создаём жаропрочный наполнитель

Смешайте в равных пропорциях гипсу и песок, добавьте воды столько, чтобы добиться консистенции влажной глины. Мы использовали пластиковую кружку на 350 мл и по нашему опыту для большой жестяной банки советуем смешать по 3 кружки песка и гипсы и добавить в смесь 1 — 1.5 кружки воды.

Нужно работать очень быстро, так как смесь начинает мгновенно схватываться и твердеть.

Плотно набейте банку на 3\4 её объема, а затем проделайте посередине отверстие радиусом около 4 см (например, при помощи ложки), оставляя стенки толщиной около 2 см. Выберите более широкую полость у задней (нижней) части банки, чтобы создать лучшую зону удержания тепла.

При помощи задней части ложки или другого тонкого предмета очистите торчащий соединитель для труб от смеси песка и гипсы. Очистите все поверхности при помощи влажной салфетки и дайте смеси постоять около 30 минут.

Позже я придумал, что можно было набить соединитель для труб бумагой, а для создания отверстия в банке использовать трубку из-под туалетной бумаги и набить жаропрочную смесь вокруг неё, а затем вся бумага просто сгорит при первом прокаливании.

Кованые изделия давно применяются в промышленности и в быту. Из них сооружают красивые заборы, оформляют комнатные камины, козырьки над входной дверью. Кованые подставки для цветов находят свое место в комнатах дома. Все эти вещи можно изготовить в домашней мастерской, имея некоторое оборудование.

Кузнечный горн способен нагреваться до высокой температуры, поэтому основное его предназначение — ковка декоративных изделий из металла.

Для ковки металла главное — разогреть его до необходимой температуры. Делается это с помощью кузнечного горна. Если на дачном участке имеется сарай, в котором можно обустроить домашнюю мастерскую с кузницей, то рекомендуется сделать кузнечный горн своими руками. Разные его конструкции отличаются только видом используемого топлива. Остальные отличия не имеют принципиального значения.

Кузнецы чаще используют топливо в виде кокса, он дает высокую температуру, выделяет мало отходов.

Как сделать кузнечный горн для разогрева металла перед ковкой?

Прежде чем сделать кузнечный горн, нужно выбрать тип горна. Горн закрытого типа имеет камеру для разогрева заготовки. Такая конструкция является наиболее экономичной по затратам топлива. Но размер заготовок имеет ограничения, связанные с размерами камеры для разогрева.

В горн кузнечный открытого типа топливо засыпается сверху на колосниковую решетку, снизу подается поток воздуха. Разогреваемая заготовка кладется на топливо. Это позволяет нагревать заготовки крупных размеров.

В решетке из стальной пластины сверлятся отверстия, после чего она вставляется в центр столаё

Последовательность действий при изготовлении горна может быть такой:

Основа горна — это его стол. С него и начинается изготовление конструкции. Его крышку делают из металла толщиной 4-5 мм. Высота стола составляет 700-800 мм. Поверхность его чаще всего делается размерами в пределах от 80х80 до 100х150 см. Можно сварить из уголка раму, в которую уложить огнеупорный кирпич и колосниковую решетку. Решетка обычно укладывается в центре стола. Можно ее сделать из чугунной сковороды или из стальной пластины толщиной 8-10 мм, в которой просверливаются отверстия диаметром 10 мм.
Решетку вставляют в отверстие стола и обкладывают огнеупорным кирпичом. Высота стола делается удобной для домашнего мастера, обычно до уровня его пояса.
Монтируется механизм поддува воздуха. Он может быть с ножным приводом, но лучше использовать электрический вентилятор. Для этой цели часто используют старый пылесос. Его мощности вполне достаточно для получения струи воздуха нужной силы. Хорошо, если есть регулятор оборотов. Если его нет, можно установить дополнительную задвижку для регулировки подачи воздуха. Вместо пылесоса некоторые умельцы используют привод ручной сирены.
Вся конструкция собирается воедино. Можно приступать к испытаниям.
На колосниковую решетку насыпается топливо. Сначала кладутся древесные щепки и дрова покрупнее, затем добавляется кокс. Включается поддув, заготовка кладется на кокс. Сверху на разогреваемое железо можно еще подсыпать немного кокса. Тогда в толще его образуется небольшой свод с огромной температурой внутри него. Вместо кокса вполне допустимо использование древесных отходов.

Самодельный кузнечный горн можно дополнять различными приспособлениями, присущими промышленным установкам. Иногда эти приспособления практически ничего не стоят, но добавляют удобств в работе.

Вернуться к оглавлению

Сравним промышленный горн с самодельным устройством

Изображение 1. Схема промышленного горна.

Промышленные горны включают в свой состав (Изображение 1):

Сопло для подачи воздуха. В нашем случае его функции выполняет шланг от пылесоса.
Огнеупорные кирпичи, которые аккумулируют и удерживают температуру. В самодельном горне они тоже могут присутствовать на рабочем столе.
Колосники, на которых держится топливо. В самодельном варианте они обычно тоже присутствуют.
Гнездо для загрузки твердого топлива. Этим устройством можно оснастить самодельный горн, если он часто используется в работе домашнего мастера.
Кирпичи, из которых состоит каркас. В самодельном устройстве их нет.
Вентилятор, подающий воздух в горнило. В самодельном варианте его роль выполняет старый пылесос. Но можно приспособить и отдельный вентилятор.
Каркас из металла, удерживающий рабочий стол. Он в самодельном варианте есть.
Воздушная камера. Ее со временем можно сделать для домашнего горна.
Зольник. Полезное добавление к самодельному горну для домашнего использования, если горн используется часто.
Воздуховод. Для начала его функции в самодельном горне может успешно выполнять шланг пылесоса.
Кожух.

Сейчас очень многие мужчины воспылали страстью к кузнечному делу. Красота раскаленного металла, преображающегося на глазах в красивое кованое изделие, завораживает. Многих из желающих приобщиться к этому ремеслу пугает техническая сторона вопроса: где взять или изготовить кузнечный горн, какие нужны инструменты, как оборудовать кузницу, чтобы не случился пожар и т.д. Здесь мы рассмотрим лишь вопрос, как сделать кузнечный горн в домашних условиях. Все остальные вопросы при наличии сильного желания также можно легко разрешить.

Кузнечное ремесло предполагает наличие горна и его не так трудно создать даже в домашних условиях.

Разновидности кузнечного горна

Кузнечный горн — это специальное устройство для нагрева металла.

Он может быть самой разной конструкции и использовать различные виды топлива. Кузнецы-одиночки предпочитают использовать горн, работающий на коксе. Этот вид топлива отличается довольно высокой ценой, но при этом удобство его использования, а также высокая температура горения и небольшое количество отходов компенсирует любые затраты. Одна из разновидностей мелкого кокса называют «коксик», большинство мастеров предпочитают использовать его, так как нет необходимости колоть уголь самостоятельно. В качестве топлива можно использовать и другие виды каменного угля, а также древесный, но зачем брать худшее, если требуется сделать все хорошо? Нефтепродукты или природный газ обычно используются на больших предприятиях.

Вторым признаком, по которому можно разделить кузнечный горн на разновидности, — это такая его конструктивная особенность, как открытость, то есть существуют открытые и закрытые виды горна.

Схема устройства передвижного горна открытого типа.

Закрытый горн делать немного сложнее открытого. Его особенность в том, что в устройстве есть специальная камера, в которой и происходит нагрев металла. Такой вид горна гораздо экономичнее, но он накладывает ограничение на размер заготовки пределами своей камеры.

Наиболее распространенный простой тип горна — открытый. Он крайне просто устроен, так как состоит из некоей емкости. Сверху устанавливают решетку, на которой будут гореть угли, а снизу подается воздух. У такого горна нет ограничений на размер заготовки, она укладывается для нагрева непосредственно на раскаленные угли.