Кузнечный горн своими руками

Основные части

Механизм работы кузнечного горна довольно-таки простой. По конструкции горн напоминает печь с тремя перегородками и одной открытой стороной. Главная его функция — поддержание максимально высокой температуры внутри.

Устройство горна собственной сборки мало отличается от производственных приспособлений.

Классическая конструкция должна иметь:

• огнеупорный стол;
• очаг с колосником;
• камеру устройства;
• зонт;
• воздушную камеру, вентиль и дренаж;
• дымоход;
• закалочную ванну;
• отверстие для подачи заготовок;
• воздуховод для подачи кислорода;
• газовоздушную камеру;
• горнило съемное.

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.

Открытая

Металлическая конструкция, устанавливаемая на огнеупорном фундаменте. В его роли может выступать бетонная площадка или огнеупорные кирпичи. Для такой конструкции создают специальный поддон, в котором располагают детали для последующего нагрева. С боковых сторон размещают вертикальные стойки, на которые крепится горелка для газового горна.

При такой конструкции дым во время работы вытягиваестя естественным путем, соответственно, не требуется создание вытяжки. Но при этом газовый горн размещают либо в хорошо проветриваемом помещении, либо на открытом воздухе.

Преимуществом такой конструкции горна является возможность разогрева разных деталей на поддоне, причем их размеры ограничены только боковыми стойками.

Самостоятельное изготовление

Перед тем как сделать горн, необходимо определиться с типов устройства. Самодельные горны могут быть двух видов:

Закрытый. Его конструкция оборудована специальной камерой, в которой заготовка разогревается до необходимой температуры

Следует обратить внимание, что в горнах закрытого типа можно работать с заготовками, размер которых не превышает размеров самой камеры.
Открытый. Засыпание топлива на колосники в нем проводится с ее верхней части

С нижней части происходит подача воздуха. Рабочая заготовка для ее нагрева помещается непосредственно на поверхность топлива. Благодаря этому можно использовать заготовки довольно больших размеров.

Читать также: Как делать сетку рабицу видео

Для начала необходимо взять пластину из стали и просверлить в ней отверстия. После этого ее можно вставить в центральную часть стола, который выступает в качестве основы горна.

Для того чтобы изготовить стол, рекомендуется взять металлическую пластину, толщина которой колеблется в пределах 3−5 мм. Следует учитывать габариты стола: 700 мм — высота стола. Столешница имеет размеры 80 Х 100 см.

Не исключена возможность того, что из уголка варится рама, в которую помещаются решетка колосника и огнеупорный кирпич. Для изготовления решетки можно использовать обычную старую сковороду из чугуна, в днище которой просверливаются отверстия. Следует учесть то, что при определении высоты стола необходимо ориентироваться на рост кузнеца.

Теперь можно приступить к монтажу механизма подачи воздуха. Есть возможность создания такого механизма, работающего от ножного привода.

Оптимальным вариантом создания механизма является использование электровентилятора из ненужного пылесоса. Его мощности хватит для того, чтобы подать поток воздуха необходимой силы. Нелишним будет оборудовать конструкция регулятором мощности.

Не исключена возможность использовать вместо пылесоса привод от ручной сирены.

После этого все части конструкции собираются в одно целое устройство. Теперь можно приступить к проведению первого испытательного запуска. Самодельный горн для ковки можно дополнять разного вида дополнительными приспособлениями, которые повышают показатель удобства работы с ним.

Твердотопливное устройство для кузни

Самой простой моделью твердотопливного устройства для частной кузни является уличная открытая печь, для оснащения которой не требуется установки вентиляционной системы. Сооружение конструкции предусматривает заливку армированного бетонного основания, в основе сооружения необходимо уложить стеновой кирпич. Стол устанавливается на удобной высоте
, в одной стене оставляется отверстие для поддувала.

Горный под выкладывается из шамотного кирпича с опорой на стальные уголки, в средней части сооружения оставляется полость для колосника. Обеспечить достаточную тягу в очаге поможет дымоход или зонд, система подачи воздуха монтируются на завершающей стадии строительных работ. Усилить тягу поможет установка в дымоходе электрического вентилятора или монтаж кузнечных мехов.

В домашней кузнице емкость для закалки деталей и газовоздушная камера не являются обязательными элементами. Они могут пригодиться в том случае, когда в процессе работы с булатной сталью требуется проводить термическую или противоударную закалку. В газовоздушной камере проводится:

• сушка и подогрев кислорода;
• фильтрация кислорода от конденсата и посторонних примесей;
• смешивание воздуха с присадочными веществами для легирования стали.

Для плавки драгоценных металлов и создания сплава цветных металлов необходимо изготовление горнила из термостойкого материала. Выполненное в виде колпака устройство позволяет увеличить рабочую температуру в печи без риска перегрева заготовки и образования нагара.

Устройства, работающие на газе

Отличительной чертой данного вида горнов является то, что подготовить их к работе намного проще, чем кузнечные горны, работающие на твердом топливе.

Если говорить о конструкции горнов газового типа, она состоит из таких элементов:

1. Камера. Для ее изготовления используется материал, обладающий огнеупорными свойствами. С внешней стороны камера обкладывается сталью с жаростойкими свойствами.
2. Заслонка передняя. Ее открывание обеспечивается посредством использования противовеса или шарниров. Для того чтобы имеет возможность наблюдать за тем, что происходит внутри камеры, в одной из ее стен монтируется небольшое смотровое окно.
3. Под. Для его изготовления используется шамотный кирпич, обладающий жаростойкими свойствами.
4. Горелка. Возможно использование горелок нескольких типов. При определении типа горелки главным фактором является разновидность газа, который используется. Например, если в качестве топлива применяется смесь пропан-бутана, используется горелка диффузного типа. Горелки этого типа гарантируют равномерность нагрева рабочей заготовки, а также образование минимального количества угара.
5. Редуктор смесительный. Воздух входит в газовую смесь, которая находится в баллоне.
6. Сопло. Его форма имеет непосредственную зависимость от формы заготовок, которые будут использоваться в процессе работы.
7. Решетка колосников. Ее предназначение заключается в повышении показателя тяги, а также в обеспечении сбора окалин.
8. Вентилятор. С его помощью воздух нагнетается к горелке.

Использование газовых горнов возможно при соблюдении таких правил безопасности:

• помещение кузнецы необходимо периодически проветривать, дабы предотвратить скопление газа;
• возле горна не допускается располагать устройства, в которых находится кислород или смеси, содержащие его;
• посредством использования газоанализатора необходимо проверить окончательное сжигание газа перед новым запуском горна.

Предназначение конструктивных элементов

В производстве стол обычно футеруют кварцевым кирпичом, который стоек к огню. Он способен прослужить десятки лет даже в жестких условиях. Самодельный горн для ковки футеруется шамотным печным кирпичом. Он дешевле, доступнее. При нечастом применении он также прослужит долгое время.

Топливник с колосниками, воздушной камерой и патрубком подачи формируют основную часть устройства – фурму. Дренаж предназначается для точного и быстрого регулирования дутья. Слабо нагретое изделие не получится выковать, оно попросту сломается.

Шатер, зонт, дымоход предназначаются для удаления дыма, который вреден для человеческого организма, из горна. Его образуется достаточно много.

Емкость для закалки и газовоздушная камера представляют собой необязательные элементы. Закалочная емкость пригодится, если вы будете ковать детали из булатной стали. они нуждаются в термоударной закалке.

Газовоздушная камера применяется, чтобы:

• дополнительно сушить и подогревать кислород;
• очищать кислород от посторонних частиц и конденсата;
• вводить в воздух специальные присадочные вещества для легирования.

Горнило – устойчивый к жару колпак, который увеличивает максимально допустимую температуру. Его устанавливают, когда устройство для ковки своими руками применяется для плавления драгметаллов, цветных сплавов.

Принцип работы установки

Перед тем как приступить к сборке термической установки, нужно понимать принципы работы самодельного горна для ковки металла, чтобы упростить конструкцию печи для домашнего пользования. В основе работы прибора лежит энергетический выход при сжигании смеси углерода и кислорода, процент выделения металла в расплавленном виде. В процессе плавки углерод купирует реакцию окисления металла, постоянный поддув газа в топливо быстро повышает температуру в горне.

Разрабатывая чертеж будущего кузнечного приспособления, особое внимание следует уделить типу энергетического вещества, влияющего на конструкцию очага. По виду топливо для горна бывает:

• газовым (бутан, пропан);
• жидким (солярка, мазут);
• твердым (древесный уголь, кокс);
• смешанным (газово-жидким).

В зависимости от планируемой работы и размера заготовки термическая печь может быть с открытой или закрытой зоной очага. Домашнему мастеру следует помнить, что бытовой газ можно использовать в горне только после предварительной очистки от серы методом «прогонки» через жидкий нафталин. Изделия из прогретого газовой горелкой металла не могут использоваться в качестве нагружаемых деталей.

Основным требованием к обеспечению безопасности мастера является установка мощной принудительной вентиляционной системы, даже если для устройства кузнечного горна используется бытовой паяльный аппарат, работающий на баллонном газе. Прибор позволит заниматься изготовлением декоративных элементов интерьера и экстерьера в собственном гараже.

Обзор видов

Газовая горелка имеет несколько типов. Это зависит от их конструктивных особенностей.

Вихревая

В области устья происходит перемешивание воздушного потока с помощью пластин спирального типа. Это даёт отличные возможности регулирования при минимальных изменениях давления. Однако эта конструкция отличается повышенной сложностью, что делает её изготовление довольно трудоёмким.

Устройство имеет корпус с двумя подведёнными патрубками для газа и воздуха, воздушную и газовую камеры, смотровую трубу, насадки, и завихрители.

Камеры объединены фланцевыми соединителями, это обеспечивает доступ к внутреннему осмотру и ремонту. Расположенные на выходе из воздушной камеры лопатки-завихрители создают турбулентный поток воздуха, что способствует образованию газовоздушной смеси высокого качества.

Газ, выходя из газовой камеры, подаётся соплами в воздушный турбулентный поток.

Для низкого и среднего давления применяются одни и те же сопла. Вихревая горелка оборудована специальной насадкой, при помощи которой происходит стабилизация факела. В газовых и воздушных камерах имеются штуцера для измерения давления воздуха и газа.

Во время монтажа горелку дополняют элементами:

• контроля пламени;
• дистанционного розжига;
• контроллерами давления;
• управлением регулирования и сигнализации.

Инжекционная

Конструкция проста в изготовлении. Её особенность в том, что она самостоятельно затягивает газ. Вид горелки влияет на степень угара металла во время его нагревания для ковки, расход газа, степень образования окалины.

Инжекторные горелки отличаются высоким коэффициентом полезного действия, гарантируют быстрое образование газовоздушной смеси. Происходит качественное удаление продуктов сгорания из кузнечного горна, обеспечивается бесперебойная работа при недостатке тяги.

Используются одно- и двухфакельные горелки. Кроме того, они могут быть односопловыми и многосопловыми. Сопла располагаются в центре или периферийно.

Инжекционный тип имеет преимущества и некоторые недостатки. К преимуществам относится ряд таких параметров:

• комфорт в работе;
• простота конструкции;
• отличное образование газовоздушной смеси;
• управление газом и воздухом во время изменений температуры.

Для воздушной инжекции возможно применение газовой энергии.

Минусом считается большая длина односопловой горелки, из-за чего приходится следить за строгим совпадением осей сопла и горелки. Кроме того, во время работы они издают довольно сильный шум.

Тангенциального типа

Устройства отличаются простотой в изготовлении и надёжностью в эксплуатации. Относительно смесительного корпуса течение газа в подобном устройстве происходит вдоль оси, а поток воздуха по касательной. Происходит интенсивное смешивание с одновременной потерей давления, из-за завихрений. В этой горелке подача воздуха происходит неравномерно, большая часть кислорода достаётся той области, где заготовка контактирует с подом печи. Этот эффект способствует образованию повышенного угара и окалины.

При сочетании прямого и тангенциального потоков появляется возможность наиболее качественной регулировки подачи горючей смеси. Можно менять длину факела, изменяя количество подачи воздуха между внутренним и внешним каналами. Становится возможным контролировать время нагрева металла. Горелка отличается большими размерами и конструктивными сложностями, что делает невозможным её применение в кузнечных горнах малого размера.

Газовые горелки без принудительного поддува используются всё реже, поскольку они не в состоянии обеспечить бесперебойную подачу газовоздушной смеси. В современных условиях пользователи предпочитают газовые горелки с принудительным поддувом.

Особенности бытового кузнечного горна

Из-за высокой стоимости плавильных установок не каждый пользователь может купить подобное оборудование специального назначения. Для бытовых нужд собрать газовый кузнечный горн своими руками несложно
при условии правильного определения формы, мощности и устройства системы наддува. Бытовую простейшую кузню для художественной ковки или литья из цветного металла можно собрать из нескольких шамотных кирпичей и листовой стали.

Сделать горн в домашних условиях для работы с черным металлом не представляет сложности. Изготовить простейшую конструкцию можно из металлической емкости, в боковой части которой необходимо сделать отверстие под газовую горелку. Систему подачи топлива можно собрать из отрезка трубы и муфты, для опорной конструкции под емкость подойдут длинные болты. Футеровка газового очага выполняется методом засыпки раствора из алебастра или гипса, песка и воды.

Горн необходимо оснащать защитным кожухом, керамической трубкой или подходящей по размеру бутылкой. После выполнения футеровки и сверления отверстия для подачи газа, приспособление устанавливается в удобном месте, но на расстоянии от легковоспламеняющихся материалов. К преимуществам конструкции относится возможность перемещать печь, регулировать степень нагрева заготовки, что особенно удобно в процессе работы с разным ковочным материалом.

Закрытая модель газового горна

Основное отличие от открытой разновидности в том, что такой горн обличен в корпус, как правило, в виде куба и имеется принудительная вытяжка. Корпус обычно делается из огнеупорных кирпичей с металлической крышкой, переходящей в вытяжку. Размеры закрытых горнов невелики, для домашнего использования он не превышает 80х100см. В передней панели нужно будет вставить дверцу.

https://moyakovka.ru/youtu.be/2RcxZOHHeiE

В боковой стене предусматривается отверстие для монтирования газовой горелки. Важным условием является установка принудительной вытяжки (с каналом 30х30см), для этого часто используют двигатели от старого пылесоса, печи обогрева автомобиля и т.д.

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).

Простые газовые горны из кирпича

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.

Принцип работы кузнечного горна

Горн – это очаг. В принципе его работы лежит реакция, в процессе которой происходит горение углерода. Энерговыход этой реакции показывает, что углерод – это восстановитель, жадно соединяемый с кислородом.

В кузнечном деле важны два момента, связанных с углеродом

Во-первых, важно, что он препятствует окислению получающейся заготовки, в результате чего материал, не получивший доступа кислорода, не сгорает. Во-вторых, углерод обладает высокой теплотворной способностью

Конструкция горна

Кузнечный горн, считающийся классическим, предназначенный для использования в производстве метала, имеет в своем составе следующие элементы:

Устройство горна кузнечного

• стол, выполненный из материала, устойчивого к горению;
• топливник, снабженный колосниковой решеткой;
• воздушную камеру;
• воздуховод для подачи воздуха;
• воздушный дренаж;
• воздушный вентиль;
• шатер (камера) горна;
• зонт горна;
• окно для подачи заготовок, длина которых значительна;
• съемное горнило;
• ванна для закалки металла;
• газовоздушная камера.

Построить гон своими руками может каждый, кто имеет хотя бы небольшой опыт работы с инструментом и различными видами материалов. Для этого необходимо внимательно познакомиться с устройством такого вида очага и технологией строительства.

Кузнечный горн из ведра

Создать кузнечный горн в домашних условиях можно из подручных материалов — к примеру, обычного ведра.

Создается такая печь достаточно просто: в стенках проделываются отверстия, внутренняя поверхность металла оьбшивается керамической ватой, способной выдержать температуру более 1200 градусов. Поскольку ведро обладает конусообразной формой, его необходимо правильно разместить, для чего устанавливаются ножки.

В средней части горна создается отверстие для горелки, в нижней прорезают вентиляционное отверстие. Шамотный кирпич, обладающий повышенной огнеупорностью, подкладывается на дно. Готовое оборудование нередко покрывают слоем термостойкой краски.

Классификация видов кузнечных горнов

Она может быть произведена по следующим основным показателям:

1. По виду применяемого топлива. Различают газовые горны, а также устройства, работающие на твёрдом (угле) или жидком (мазуте) топливе.
2. По конструктивным особенностям строятся открытые и закрытые горны.
3. По размерам пода (эффективной поверхности) – малые, средние и крупные.

Передвижной горн открытого типа

Твёрдотопливные горны, для которых необходимо применять коксующийся уголь – эффектное для видеосъёмки, но устаревшее техническое решение. При этом потребуется не только обеспечить непрерывную поставку высококачественного древесного угля, но и смириться с технологическими недостатками, среди которых:

• неравномерность нагревания;
• невозможность управлять процессом;
• повышенное содержание серы, что увеличит хрупкость в процессе ковки;
• увеличенный расход топлива, он может составлять до 120 — 150% от веса;
• низкий КПД устройства, сопровождающийся значительным угаром.

Тем не менее, такие конструкции в условиях единичного выпуска изделий могут находить применение в домашних условиях, особенно, если это мини-горны, работающие на дешёвом мазуте.

Строим газовый горн

Прежде, чем начать сооружать газовый кузнечный горн своими руками, нужно определить параметры пода – его площади.

Для этого существует хитрая формула:

N = H × F

N – производительность горна, которая зависит от напряженности H и площади пода F. Высчитано, что оптимальной поддержки необходимой температуры в горне достаточно скорости подачи газа в промежутке от 1-го до 1,5 м/сек.

Схема газовой горелки для горна.

Вам известны площадь вашей мастерской и примерное количество кузнечных деталей в килограммах, которое вы планируете производить. С этими данными вы выводите напряженность пода с максимально допустимой верхней границей в 150 кг/м².

Необходимые материалы, которые нужно иметь, чтобы приступить к работе:

• кирпич огнеупорный типа динас или шамот;
• пластины толщиной не меньше 5-ти мм из жаростойкой стали;
• стальной профиль для стоек, рамы и заслонки горна;
• труба для дымохода и вентиляционного канала из стали;
• шпатлевка для заделки щелей между кирпичами с жаростойкими свойствами;
• листовой металл или дополнительный слой огнеупорных кирпичей для футеровки с внешней стороны;
• горелки от двухконтурных котлов большой мощности;
• вентилятор;

Газовые кузнечные горны тоже могут быть открытыми. С ним все намного проще, достаточно будет устроить колосники с подачей воздуха для большей эффективности нагрева. Вещества сгорания выводятся в таком случае вентилятором из теплостойкого металла.

Опорную раму лучше располагать вплотную к одной из стен вашей мастерской. Выбор стены нужно делать с учетом того, что будет нужен дымоход и вентиляционная труба, так что смежные стенки, если таковые есть, лучше не использовать.

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

Устройство кузнечного горна.

Второй тип огнеупорных кирпичей – динас. Эти кирпичи дороже, зато устойчивее к высоким температурам: они выдерживают режим с уровнем 1800°С. Они светлее шамотных кирпичей из-за высокой доли в своем составе кремниевых солей.

Если у вас есть возможность, лучше выкладывать горн динасовым кирпичом: кузнечные горны из огнеупорного динасового кирпича долговечнее и выдерживают самые жесткие температурные режимы.

Кирпичи укладывать с раствором из огнеупорной глины с добавкой порошка из шамота и динаса в четкой пропорции 60:40. Дымоход и вентилятор по периметру обрабатывать металлическими уголками.

Важнейший финальный этап – просушка всей конструкции. После нее нужно проверить, как работают вентиляторы для горна кузнечного. И только затем можно будет производить тестовое включение.