Как сделать кузнечный горн на газу своими руками: чертежи и технология сооружения

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…7500С;
Вишнёво-красный – 750…8000С;
Красный – 800…8500С;
Светло-красный – 850…9000С;
Оранжевый – 900…10500С;
Тёмно-жёлтый – 1050…11500С;
Светло-жёлтый – 1150…12500С.

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

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.

или сага о горелках. Часть 2

Описания горелок получились больше, чем я предполагал, поэтому пришлось разделить на две странички. Если в части 1 описывались небольшие ручные горелки в основном для пайки и нагрева, то в этом разделе речь пойдёт о больших стационарных горелках. Основная область применения этих устройств- это установка на прокалочные муфельные и плавильные печи. То есть они не предназначены для работы с рук. А, впрочем, почему бы и нет? Потом я остановлюсь на покупных заводских горелках и покажу их достоинства и недостатки и как они работают. Среди них есть и очень большие, хоть и ручного исполнения.

или сага о горелках. Часть 2

Нюансы самостоятельного изготовления

Как можно изготовить самодельный кузнечный горн? Для этого вам потребуются чертежи подходящей вам модели греющего устройства и помещение, где оборудование будет располагаться.

Горны отличаются по типам камер разогрева.

Закрытые камеры разогрева. Они наиболее эффективные, поскольку минимизируют затраты топлива, обеспечивая отличный нагрев заготовок. Но сами заготовки ограничены по своим размерам, поскольку зависят от габаритов камеры.
Открытые камеры разогрева. Такая конструкция предусматривает, что топлива насыпают на колосниковую решетку, а снизу обеспечивается подача воздуха. Заготовка из металла укладывается на горючее. Хотя расход топлива несколько больше, зато заготовки могут использоваться более крупные.

Как сделать кузнечный горн, дабы получить возможность ковать железо в домашних условиях? Рассмотрим каждый этап строительства конструкции.

Фото кузнечного горна сделанного своими руками

Стол. Стол является основой самодельного горна. Чертежи показывают, что соорудить этот элемент достаточно просто. Обычно высота стола до 80 сантиметров, а для крышки используют металл толщиной 5 миллиметров. Рабочая поверхность стало может иметь различные размеры. Все зависит от того, с какими металлическими заготовками вы собираетесь работать. Другой вариант строительства стола — использовать уголки для создания рамы. Внутрь нее укладывается кирпич и колосниковая решетка. Решетку следует расположить по центру.
Решетка монтируется в отверстие, выполненное в столе. Затем со всех сторон закрывается огнеупорный кирпич. Высоту стола подбирайте непосредственно под свой рост, чтобы конструкция находилась на уровне пояса.
Поддув. Чтобы устройство горна работало эффективно, ему требуется качественный поддув воздуха. За счет кислорода повышается температура, металл начинает плавиться. В традиционных конструкциях горна использовали поддув с ножным приводом. Но сейчас у всех есть возможность использовать электричество, потому оптимальное решение — электровентилятор или старый пылесос. Пылесос подает воздух нужной силы. При наличии регулятора частоты оборотов вы получите шикарный самодельный горн.
Теперь все элементы конструкции собираются в единую систему — самодельный металлообрабатывающий горн.
На колосниковую решетку засыпьте необходимое количество топлива. Сначала воспользуйтесь щепками и средними дровами, после чего наступает черед кокса. Включите поддув, разместите над топливом вашу заготовку. Сверху на железо допускается подсыпка кокса в небольшом количестве. Если кокса нет или есть большие запасы отводов от древесины, вполне можете использовать их.

Это модель простейшего кузнечного горна. Если есть желание или возможность, вы можете существенно усовершенствовать собственное оборудование для кузнечного дела, приблизив его к особенностям промышленного горна.

Что имеет промышленный горн

Профессиональные кузнецы используют промышленные горны, которые отличаются повышенной эффективностью и высокой надежностью. Изготовить самостоятельно промышленный кузнечный горн практически невозможно. Но как-то приблизить самодельную модель к идеалу вполне реально.

Чем отличается промышленный горн, и какие компоненты входят в состав его конструкции?

Сопло подачи воздуха. Самодельные горны вместо сопла используют шланг старого пылесоса, подающего воздух;
Огнеупорный кирпич. Тут полная аналогия домашнего и промышленного устройства;
Колосниковая решетка. Большинство самодельных горнов предусматривают использование колосниковой решетки. Многие делают ее из старых сковородок с толстыми стенками;
Гнездо для твердого топлива. Это гнездо позволяет удобно загружать необходимо количество твердого топлива. Оснастить подобным элементом самодельный горн проблем не составит;
Кирпичи каркаса. Это уже стационарные устройства, которые закладываются кирпичами. Для простого горна подобные элементы являются уже лишними;
Вентилятор подачи воздуха. Мы рассмотрели пример с обычным пылесосом, который неплохо справляется с задачей по нагнетанию воздуха. Если хотите, можете воспользоваться вентиляторами или другими подобными устройствами;
Металлический каркас. На его основе удерживается стол;
Воздушная камера. В самодельных кузнечных горнах его нет, но если вам нужно профессиональное оборудование, оснастить устройство камерой будет не лишним;
Зольник. Если вы собираетесь регулярно использовать в домашних условиях ваш горн, советуем оснастить его зольником. Так будет проще ухаживать за устройством;
Кожух горна.

Как сделать газовый горн своими руками

Основным требованием к конструкции является легкость и практичность. Благодаря этим качествам оборудование можно будет легко перемещать с места на место.

Для достижения требуемого результата газовый горн складывают из огнеупорных блоков – в их роли выступает либо огнеупорный кирпич, либо так называемый шамотный.

Процесс того, как сделать газовый горн, складывается из нескольких этапов:

Подготавливаются огнеупорные блоки или кирпичи.
Создается корпус горна – количество используемых деталей может варьироваться в зависимости от сложности и размеров выбранной конструкции.
Обрабатывать корпус можно ножовкой или любым другим инструментом.
Щелей между отдельными блоками или кирпичами быть не должно – все элементы должна прилегать максимально плотно друг к другу.
Из половины кирпича или блока в передней части конструкции создается небольшой порог, позволяющий поддерживать в горне высокую температуру.
В задней части прорезается небольшое отверстие прямоугольной формы, которое будет служить для вентиляции. Кроме того, такой вырез позволит работать с длинными металлическими заготовками.
В боковой стене вырезается отверстие по диаметру газовой горелки.

Газовый горн после выполнения описанных манипуляций можно считать завершенным. Для его работы потребуется только газовая горелка и испытание всего устройства на практике.

Виды горелок, применяемых для сжигания газа

С выбором оптимального исполнения горелки горна связаны вопросы величины угара металла во время нагрева под ковку, интенсивность поверхностного окалинообразования, а также суммарное потребление газа. Для горнов закрытого типа требуются горелки короткого пламени, которые обеспечивают быстрое и интенсивное перемешивание горючей смеси. Именно тогда КПД будет максимальным, а удаление продуктов сгорания из рабочей камеры горна – равномерным и эффективным.

Таким образом, газовая горелка должна обеспечивать:

Наибольший угол наклона готовой газовоздушной смеси при входе в рабочее пространство горна.
Высокую скорость выхода струи при малой её высоте и большой ширине.
Безопасность поджига газа.
Устойчивость процесса горения.
Нечувствительность к повышенной влажности внутри горна.
Безопасность при так называемом «обратном ударе», когда внезапное изменение направления тяги может погасить факел, что практически сразу же приведёт к взрыву в горне горючей смеси.

Чертежи газовых горелок

Таким образом, для сжигания пропана (из баллона или газопровода) применяются:

Инжекторные горелки, обеспечивающие самозасасывание газа. При своей простоте они отличаются низкой экономичностью, поскольку допускают регулировку соотношения компонентов для сравнительно небольшого диапазона значений. Относительно горна, изготовленного своими руками, это чаще всего приводит к необходимости работать с недостатком воздуха;
Горелки тангенциального типа (осеструйные), когда газ течёт вдоль оси, а воздушный поток – по касательной к корпусу смесителя. Смешивание здесь происходит довольно интенсивно, но и потери давления из-за завихрений также велики. Это сказывается на неравномерности количества подаваемого в горн воздуха, причём оно наибольшее там, где происходит контакт нагреваемого металла с подом горна. Соответственно, возрастают угар и образование окалины. Положительное качество тангенциальных горелок – их простота и надёжность;
Вихревые горелки, где для перемешивания потоков используются направляющие спиральные пластины. В таких вариантах полное смешивание происходит только в устье, поэтому регулирование работой в данном случае – наилучшее, а потери давления практически отсутствуют. Некоторым недостатком считается конструктивная сложность, из-за чего даже при наличии чертежей изготовить вихревую горелку для горна в условиях домашней мастерской очень трудоёмко;
Комбинированные горелки, которые сочетают в себе тангенциальный и прямоточный подвод. Регулируемость горючей смеси – наилучшая, поскольку изменением количества подаваемого между внутренним и внешним каналами воздуха можно регулировать длину факела в горне и, следовательно, управлять временем нагрева заготовок под ковку. Недостаток таких исполнений – большие габариты, что для малых горнов может оказаться неприемлемым. Также в минус можно поставить техническую сложность изготовления горелки с двойным потоком.

Принцип действия горна

Чтобы пользователь мог самостоятельно сделать горн, ему требуется для начала разобраться в принципе его работы, чтобы впоследствии работать с тем, что есть, без потери в качестве. Существует химическая реакция горения углерода: 2С+О2=2СО2+188,1 ккал. Именно она лежит в основе работы любого приспособления. По реакции сразу видно, что углерод является довольно сильным восстановителем, то есть жадно соединяется с кислородом.

Эта восстановительная способность углерода отчасти используется и в кузнечном горне для препятствия окислению заготовки, то есть для того, чтобы металл в приспособлении не сгорел

Также очень важно другое свойство углерода — его высокая теплотворная способность. Это свойство заключается в том, что если поддувать в топливную массу достаточно воздуха, которого бы хватило углероду, то можно довольно быстро его сжечь, что приведёт большего количеству выделившегося тепла

Это позволит развить более высокую температуру.

Чтобы предотвратить окисление металла, дутьё в горне следует регулировать таким образом, чтобы топливу немного не хватало кислорода. Но следует помнить, что если заготовку передержать, то произойдёт науглероживание. Это означает, что металл станет пересушенным, то есть хрупким.

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.

Берем размеры

Приблизительные размеры стационарного горна показаны на рис.

Примерные размеры кузнечного горна

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).

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.

Изготовление стационарного горна

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

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.

Самодельная фурма с воздушным душем

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.

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.

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

Горны, работающие на угле

На другом топливе

или сага о горелках. Часть 2

или сага о горелках. Часть 2