Кузнечное дело — это сложный технологический процесс, в основе которого лежит предварительный нагрев поковки. Промышленные горны обеспечивают равномерный прогрев металла с помощью соответствующих систем управления.
Изготовленный горн своими руками должен обеспечить нагрев металла под управлением кузнеца.
Сделать кузницу самостоятельно нетрудно, но обеспечить равномерный прогрев заготовки удается не всегда. Помимо конструктивных особенностей самого нагревателя этот процесс во многом зависит от мастерства кузнеца.
Конструкция кузнечного горна
Для нагрева металла с давних пор применяли кузнечный горн, а кузнец был самым востребованным специалистом. Обычно нагревали металл углем или дровами. Сейчас для нагрева можно использовать кроме угля газ и жидкое топливо. Сделать горн простейшей конструкции можно на твердом топливе. Это открытый стол, на котором и горит уголь.
Уголь может быть обычный или древесный, но более эффективный и дорогой — уголь коксующийся. Кокс дороже, но и требуется его значительно меньше, чем обычного угля, а отходов меньше. Много времени уходит на то, чтобы разбить большие куски. Эту проблему можно решить, если покупать еще более дорогой специально подготовленный мелкий кокс — коксик.
На Рисунке 1 показан такой вариант переносной конструкции открытого типа, в котором для подачи воздуха в зону горения применен электрический вентилятор. Для небольшой кузницы, которая была чуть ли не в каждом деревенском дворе, для поддержания огня в очаге применяли меха, один из вариантов которых показан на Рисунке 2.
Принцип действия этого приспособления понятен, особенно автомобилистам. Меха можно изготовить самостоятельно, однако в настоящее время их практически не применяют.
Схема стационарного варианта горна открытого типа показана на Рисунке 3. Перед дымоходом 1, над очагом 3 установлен вытяжной зонт 2. Рабочая поверхность 4 очага выполнена из огнеупорного кирпича. В таком же кирпиче находится и фурма 7, через которую в очаг для поддержания горения поступает воздух. Золу удаляют через канал 5. Предусмотрен и бачок с водой для охлаждения рабочего инструмента. Такой кузнечный горн своими руками сделать реально.
На Рисунке 4 схематично показан горн закрытого типа. Продукты сгорания уходят через дымоход 2. Увеличение температуры в топочной камере 4 достигается за счет более полного сгорания отходящих газов. С этой целью в горне предусмотрен канал 2 для дополнительной подачи воздуха. Основной же объем воздуха для поддержания горения поступает в зольную камеру 5 через воздуховод 7. Загрузка топлива осуществляется через специальный люк 8. Поковку загружают через окно 3. Сделать горн в стационарном варианте при желании тоже реально.
Глядя на эти конструкции, можно с уверенностью сказать, что при изготовлении кузнечного горна у умельцев имеется огромный простор для творчества.
Горн на газовом топливе
Основное отличие кузнечного горна, использующего для нагрева поковки газ, состоит в подводе газа. В качестве источника можно использовать газовые баллоны или сеть централизованного снабжения, однако все это связано с получением разрешения на выполнения этих работ. Для подключения газа из сети, придется приглашать специалиста, так как самостоятельно делать подвод недопустимо. Эти проблемы на поверхности.
Намного сложнее достичь с помощью газовой горелки требуемой температуры. Теория этого процесса достаточно сложная. Почему возникают проблемы?
Смесь газа с воздухом создается в инжекционных горелках. На Рисунке 5 показана горелка низкого давления. Такая горелка обеспечивает горение газа, поступающего с низким давлением. Это достигается за счет того, что требуемое для горения количество воздуха поделено на две части. Вначале воздух за счет энергии разреженного газа поступает в смеситель (точки 2, 3 и 4).
Величина разрежения в смесителе зависит от давления газа на входе сопла 1. Количество приходящего воздуха контролирует специальный регулятор, имеющий для этого вращающуюся шайбу 6. Такой механизм обеспечивает объем необходимого воздуха для полного сгорания газа в пределах 30-70%. Остальной объем поступает через отверстия в огневом осадке 5.
Регулятор 6 отвечает за предварительную настройку, чтобы получить полное сгорание газа. Показатель этого параметра: цвет пламени или данные газоанализатора. Пламя должно быть прозрачным и иметь голубой цвет, а горелка имеет бесшумный режим работы.
После этого горелка должна войти в режим саморегулирования подачи воздуха, а нагрузку на нее можно изменять, только регулируя расход газа.
Рисунок 6 показывает горелку среднего давления, работающую в диапазоне 2-60 кПа. Пластинчатый стабилизатор 1 является тем элементом, который отвечает за ее бесперебойную работу. В отличие от горелки низкого давления, в смесителе 2 происходит смешивание воздуха, который необходим для полного сгорания газа. Газ поступает через газовое сопло 4, а подачу воздуха контролируют регулятором, в котором имеется смотровое окошко 5.
Примечания:
- Давление газа в жилых зданиях не превышает 5 кПа.
- Регулятор давления на баллоне рассчитан на входное давление 2,5 МПа.
Кузнечный горн на жидком топливе
На Рисунке 7 показан кузнечный горн закрытого типа, в котором для нагрева поковки используют жидкое топливо, мазут.
Основным элементом такой конструкции является камера сгорания 3, сваренная из листового металла и выложенная изнутри огнеупорным кирпичом 11. В результате сгорания смеси жидкого топлива с воздухом, температура внутри камеры достигает 1350-1400˚С.
Розжиг смеси осуществляется через окошко 4, которое в рабочем режиме должно быть плотно закрыто крышкой. Горящий факел вводят в окно и слегка открывают подачу воздуха и топлива, а затем, постепенно увеличивая объем смеси, разогревают камеру и увеличивают температуру продуктов сгорания, которые и поступают через канал 2 в камеру нагрева 1.
Камера нагрева, как и камера сгорания, изготовлена из листовой стали и выложена изнутри огнеупорным кирпичом. После загрузки заготовки камеру закрывают крышкой 14. В крышке имеются отверстия, через которые продукты сгорания проходят в зонт 15 и далее в дымоход 16.
Основная проблема, как и в газовом инжекторе, состоит в регулировании процесса горения с целью достижения полного сгорания топлива. С жидким топливом проблема усугубляется тем, что необходимо иметь отдельный воздуховод 10, в котором воздух должен находиться под определенным давлением (например, создаваемым с помощью вентилятора). Воздуховод заканчивается конусом 9.
Мазут через воронку 6 и канал 7 поступает в камеру 8, в которой имеется ограничительный козырек 5, растекается по конусу воздуховода к торцевому отверстию 12 и отверстию 13 в нижней части конуса.
Если заниматься кузнечным делом от случая к случаю для выполнения поковок небольших изделий, то делать серьезную стационарную конструкцию не имеет смысла. Можно обойтись небольшим переносным горном, работающим на баллонном газе. На таком нагревателе можно разогреть и небольших размеров металлический уголок или прут, и другие мелкие поделки. Основная сложность при работе с газовым нагревателем состоит в сложности регулирования процесса надежного горения.
