Что такое кузнечный горн

Устройство и принцип действия

Чтобы понять, как собрать самодельную конструкцию для разогрева металлических деталей, нужно знать устройство кузнечного горна, принцип работы. Оборудование состоит из следующих элементов:

1. Основание из металла. Должно быть устойчивым, чтобы оборудование не опрокинулось во время работы.
2. Очаг и рабочий стол, изготовленные из шамотных кирпичей. На очаге закрепляется колосник.
3. Крышка, стенки. Выкладываются из того же материала, что и очаг.
4. Дымоход для отвода продуктов горения топлива.
5. Вентилятор, система для подачи воздуха.
6. Зонт — деталь для улучшения тяги.
7. Фурма — связывающий элемент, через который воздух подаётся от вентилятора на колосник.
8. Отверстие для подачи заготовок с закрывающейся дверцей.

Можно сделать конструкцию с естественной подачей воздуха или установить на горн электрический нагнетатель. Второй вариант считается более результативным. Он позволяет достигать высоких температура за короткий промежуток времени независимо от окружающих факторов.

Нельзя забывать про особенности бытового кузнечного горна. Принцип его работы заключается в том, что очаг засыпается горючим топливом, которое нужно поджечь. Затем следует дождаться повышения температуры до нужного уровня. С помощью кузнечных щипцов поместить заготовку на рабочую зону. Она должна разогреться до требуемого состояния. Дальше кузнец вытаскивает деталь, продолжает работу на наковальне. Работая с горном нельзя забывать про использование качественного древесного угля. Лучше использовать кокс.

Разновидности конструкций

Кузнечные горны разделяются по разным факторам. Если говорить о конструкции, можно выделить две группы:

1. Открытые модели. Позволяют оценивать состояние заготовки с разных сторон.
2. Закрытые модели. Преимущество перед открытыми конструкциями — возможность достигнуть более высоких температур.

Разделение по конструктивным особенностям касается размера рабочей поверхности.

Стационарные горны разделяются по типу используемого топлива:

1. Оборудование, работающее на твердом топливе.
2. Модели, использующие жидкое топливо — мазут.
3. Газовые горны.

Назначение горна

Кузнечное дело популярно до сих пор, хоть оно считается устаревшей технологией. Основными элементами любой кузнечной мастерской являются наковальня, горн, рабочий стол. Оборудование для разогревания металла должно быть обязательно. Металлические изделия без термообработки прочные, сложно поддаются обработке. Кузнец разогревает заготовку для того чтобы с ней было проще работать. Нагретый металл легко поддаётся механическим нагрузкам.

Принципы выбора

Выбирая покупное оборудование для кузнечной мастерской, нужно учитывать ряд факторов:

1. Размер нагреваемой поверхности. От этого будет зависеть возможный размер обрабатываемых заготовок.
2. Тип используемого топлива. Нужно учитывать особенности расходного материала.
3. Вариант подачи воздуха. Оборудование с электрическим компрессором позволяет работать быстрее, продуктивнее.
4. Габариты горна.

Нужно помнить о надёжности вывода продуктов горения из конструкции. Для этого требуется проверить дымоход, отверстия, создающие тягу.

Этапы изготовления самодельного горна

Изготовление кузнечного горна для ковки своими руками представляет собой поэтапный процесс. Для изготовления оборудования необходимо подготовить расходные материалы:

• толстые листы жаропрочной стали;
• огнеупорную глину для внешней обмазки конструкции;
• шамотные кирпичи;
• металлические уголки, швеллера;
• металлическую трубу для дымохода;
• решётку из металла, которая выполняет роль колосника;
• строительный песок;
• металлическую дверцу с петлями;
• старый пылесос для создания воздушного потока.

Если нагревательное устройство будет работать на мазуте, нужно продумать систему подачи горючей смеси. Этапы изготовления самодельного нагревательного устройства:

1. Нарисовать чертёж с точными размерами, отмеченным отверстиями.
2. Из металлических швеллеров собрать опорную конструкцию. Для соединения отдельных элементов нужно использовать сварочный аппарат. Швы зачищаются, покрываются антикоррозийным покрытием.
3. Собрать камеру с дверцей для засыпки твердого топлива. Через неё должен подаваться воздух, чтобы угли давали жар. Установить колосник.
4. Из шамотного кирпича сложить камеру для нагревания заготовок. На верхней части сделать отверстие, закрепить трубку дымохода.
5. Подключить к системе подачи воздуха старый пылесос, который может работать на выдув. Установить дверцу на окно, используемое для подачи заготовок.
6. Огнеупорной глиной обмазать кирпичи снаружи, чтобы тепло задерживалось в камере нагревания.

После сборки конструкции нужно проверить её на работоспособность. Для этого требуется провести пробный запуск, разжечь очаг.

Особенности работы с горном

Чтобы не сталкиваться с трудностями при работе с самодельным нагревательным оборудованием, нужно учитывать ряд особенностей:

1. Всегда очищать колосник, емкость для пепла от отходов, образовавшихся после работы.
2. Разжигать уголь, используя ветошь. Её нужно заранее промочить легковоспламеняющейся жидкостью.
3. Топливо досыпать небольшими порциями при прогорании основной партии.
4. Когда топливо прогорает, нужно включать подачу воздуха на максимум.
5. Корка, образующаяся на поверхности угля, свидетельствует о том, что можно начинать процедуру нагрева заготовки.
6. Дополнительная вытяжка, установленная над оборудованием, увеличивает тягу.
7. Дальнейшую обработку после нагревания проводят с помощью кузнечного молота на наковальне. Молоток должен весить не более 1000 грамм.

Уголь и кокс можно купить в специализированных магазинах. Они позволяют добиться оптимальных температур ковки за короткий промежуток времени.

Горн для ковки должен быть в любой кузнечной мастерской. С его помощью разогреваются металлические заготовки. Чтобы не тратить деньги на покупную модель, можно собрать оборудование самостоятельно. Для этого нужно составить чертёж, подготовить материалы, собрать их воедино. Провести проверку, выявить недочёты, исправить ошибки.

Технология сооружения кузнечного горна

Сразу оговоримся, что самодельный газовый горн, с чертежами и методами сборки которого мы вас познакомим, не пригоден для производственных целей. Однако уникальные украшения, интересные интерьерные вещицы, оригинальные металлические изделия с его помощью изготовить очень даже запросто можно.

Начнем с простейших вариантов, не требующих от исполнителя навыков в сварке и прочих строительных областях.

Элементарная конструкция с газовой горелкой

Простейший кузнечный горн для формирования красивых наконечников у металлического прутка, из которого планируется сварить симпатичный забор на даче, или для ковки украшений можно сделать из шести шамотных кирпичей.

Колосниковую решетку в этой модели варят на основе двух обрезков стальной трубы ВГП произвольного диаметра, но не слишком большого. К ним поперек приваривают закрученные по типу винта обрезки профильной трубы, уголка или полосы. Так нужно для захвата дутьевого потока.

Из шамотных кирпичей складывают «топливник», у которого есть только основание, верхнее перекрытие, да по бокам две стенки. Устанавливают этот горн только на улице, так как система дымоудаления не предусмотрена. Со стороны наддува в земле выкапывают небольшой шурф для корпуса газовой горелки или паяльной лампы.

Для того чтобы во время работы этого горна из газовой горелки не произошел взрыв, перед входом в топливник лучше поставить перегородку из асбестового картона. Ведь исходящее из открытой топки тепло может вернуться и нагреть резервуар с газом.

Вообще, в этом устройстве разогрев производится на углях или коксике (мелком коксе, выпускаемом целенаправленно для кузнецов). Газовую горелку или паяльную лампу применяют лишь для активизации процесса. Они разожгут и создадут дутьевую струю.

Мобильный вариант из гусятницы

Для устройства этой модели нужна отслужившая гусятница. В ее торцах прорезают отверстия для ввода самодельной или купленной газовой горелки. Над отверстиями вырезают два углубления. Эту модель так же как предыдущий тип можно эксплуатировать исключительно на свежем воздухе.

Футеровка самодельного горна производится смесью шамотного песка с кирпичным шамотным же боем. Приобрести для этого можно прямо готовую смесь. После нанесения ничего запекать специально не нужно. Отвердевание футеровочного состава произойдет во время использования приспособления.

Для наддува устанавливается подходящий по виду и мощности вентилятор, к примеру, от ручной сирены. Идеально подойдет дутьевая газовая горелка, которую можно снять с отслужившего турбированного котла, если она, конечно, в рабочем техническом состоянии.

В этом решении есть существенный недостаток – работать с ним можно только на улице, а если использовать дутьевую горелку, то потребуется электропитание. Т.е. придется запастись либо хорошим удлинителем достаточной мощности, либо рисковать, расположив устройство недалеко от дома.

Есть еще вариант – кузнечные меха, которыми пользовались кузнецы несколько столетий. Однако заметим, нагнетать воздух в топливник горна вручную вовсе не безопасно. Да и с производительностью будет все проблематично и неоднозначно.

Стационарное оборудование для мастерской

Модели, устанавливаемые в мастерских для постоянной работы, должны быть не только функциональны, но и эргономичны. Важно продумать и удобство работы, и безопасность, ведь раскаленная металлическая болванка представляет собой потенциальную угрозу. А получение тяжелых травм не входит в планы ни одного нормального мастера.

Размеры оборудования в этом случае не стоит брать стандартные, ведь все мы сложены и устроены индивидуально. Кузнечный горн должен быть удобен именно вам и тем, кто будет пользоваться вашей мастерской, если она взята в совместную аренду. Особенное значение имеет высота рабочего стола и его габариты.

Для определения размеров будущего горна поступим следующим образом:

• Выберем место в мастерской, позволяющее расположить все основное и дополнительное оборудование в местах, удобных для проведения всего спектра работы по разогреву, ковке и закалке.
• Определим свое место. Встанем, распределив ступни на ширине плеч. Рабочую (правую/левую) руку согнем в локте.
• Замеряем расстояние от локтя согнутой руки до плоскости пола. Это удобнее сделать напарнику. Потом так же получаем второй результат, если ковать будете не только вы. К среднему арифметическому от двух расстояний прибавляем 5-7 см – получаем высоту рабочего стола.
• Берем самые большие по габаритам клещи, чтобы замерить расстояние от живота до их самой крайней точки. К измеренному расстоянию прибавляем 10-12 см – получаем половину диагонали рабочего стола.
• Вычисляем длину стороны квадратного рабочего стола, учитывая полученную ранее половину диагонали.

Кузнечный стол обычно не делают круглым, т.к. он неудобен в работе, особенно, если работать предстоит с подручным.

Стационарный кузнечный горн, представленный в системе, – универсальное оборудование, которое можно приспособить как под твердое, так и под газообразное топливо. В случае загрузки в топливник углей от сгоревших дров или кокса воздух нагнетается вентилятором от печки из автомобиля, т.к. пылесос будет выдувать угли.

В центре рабочего стола вмонтированный колосник. Такой вариант нужен, чтобы при забивке отверстий гарью не было неравномерного распределения тепла. При использовании газа оснастить установку нужно инжекционной горелкой, которую лучше купить, но можно и сделать собственными руками.

По мотивам наследия кавалеристов

Конникам во все времена нужны были подковы и гвозди для их крепления. Еще гусарские и уланские эскадроны в своем арсенале имели переносные горны, которые перемещались вместе с военными формированиями. В основе мобильных станков для кузнечных работ был кривошипно-шатунный механизм.

Аналог кривошипно-шатунного механизма сейчас найти проще простого. Достаточно вспомнить, где храниться бабушкина ножная швейная машинка фирмы «Зингер». С некоторыми переделками подойдут зингеровские последователи марки «Чайка».

Желательно отдать-таки предпочтение старинным вариантам с чугунной станиной. Она выдержит любое термическое и механическое воздействие. Идеальным решением станем конструкция на колесах, которую запросто можно перемещать в удобное для производства работ место.

Горн из баллона с пропановой горелкой

Сразу предупредим, что эта модель кузнечного горна подойдет только тем, у кого есть немалый опыт работы с пропаном. Газовая камера у этого варианта довольно велика, потому при малейшем нарушении правил взрыв может быть разрушающей силы. Последствия непредсказуемы, но в большинстве случаев катастрофичны.

Мастеру, решившему сделать горн из кислородного баллона, потребуется именно эта опустошенная емкость диаметром от 25 см. Нужны будут огнеупорные материалы: плита, цемент, краска, каолиновая вата. Потребуется крепеж, керамическое покрытие, стальной бочонок с резьбой для обустройства точки подключения горелки.

Еще понадобятся крепеж и прочие материалы, которые мы приводим в тексте списком. Для проведения работ нужно запастись болгаркой, набором метчиков размером 10-32, шпателем, кистью для нанесения покрытий, дрелью и напильниками. А еще нужны будут защитные средства: эффективный респиратор, рабочие хлопковые перчатки, очки.

Со сборкой самодельного горна из кислородного баллона ознакомит следующая фото-подборка:

Если у баллона изначально не было опорных ножек и ручки вверху для переноски, их стоит приварить. Кстати, если нет опыта в сварке, работы по соединению деталей можно производить болтами или путем пайки.

Далее надо устроить патрубок для ввода горелки в наш самодельный кузнечный горн:

Теперь надо закрепить патрубок и соорудить устройство для фиксации пропановой горелки в патрубке:

Вот теперь самое время приступить к обустройству дна самодельного горна. Для этого нам потребуются шамотные кирпичи, из которых будем сооружать своеобразный рабочий стол. Заодно и отделим зону высоких температур от контакта с металлической стенкой корпуса.

Дно, оно же рабочий огнеупорный стол горна, готово. Сейчас приступаем к обустройству задней стенки:

С тыльной частью разобрались, теперь самое сложное и трудоемкое – сборка съемной крышки для лицевого торца. Ее снимают, чтобы периодически менять перегоревшую изоляцию и кирпичную подставку, т.к. это нередко случается при активной эксплуатации.

Можно считать, что мы успешно справились с работой, остались только завершающие этапы:

Хотим предупредить домашних мастеров: кузнечное дело – занятие весьма интересное, но травмоопасное. Беречь надо глаза, по возможности закрывать все участки тела, несмотря на высокую температуру в зоне работы.

Для того чтобы защитить от ожогов нужно запастись обувью с армированными металлом носками. Желательно приобрести длинный брезентовый фартук и рукавицы. Категорически нельзя работать с разогреваемым металлом в синтетической одежде – она моментом вспыхнет от случайной искры.

Камера горна

Приготовим глину

Пара слов о самой подаче воздуха

Немного об использовании горна

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.

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.

Розжиг горна

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.

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.

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.

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.

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.

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.

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.

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.

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.

Газ подается на горелку от баллона или сети под контролем регуляторов. Пробный пуск газа проводят для проверки регуляторов и напора, следят за запахом.

Источники: https://usamodelkina.ru/15908-prostoj-kuznechnyj-gorn-iz-hlama-svoimi-rukami.html, https://metalloy.ru/obrabotka/kovka/gorn, https://sovet-ingenera.com/gaz/equip/kuznechnyy-gorn-na-gazu-svoimi-rukami.html, https://sdelaysam-svoimirukami.ru/3991-prostoy-samodelnyy-kuznechnyy-gorn.html, https://tutsvarka.ru/oborudovanie/kuznechnyj-gorn

03.11.2020