Приобретение оборудования для термической обработки металлов является достаточно дорогостоящим мероприятием, и не каждый начинающий мастер способен позволить себе такие вложения. Однако существует возможность создания кузнечного горна на газу самостоятельно, без значительных финансовых затрат и трудностей.
В данной статье мы предоставим подробные инструкции по сборке этого важного элемента кузнечного дела. Вы узнаете о принципе его работы и основных компонентов. Также поделимся методами, позволяющими достигать нужных температур для плавки и ковки изделий.
Для домашних мастеров мы собрали информацию о проверенных вариантах самодельных горнов. В этом разделе вы сможете ознакомиться с необходимыми материалами, устройствами и инструментами для сборки. Узнаете о специфике процесса и получите полезные рекомендации.
Краткое содержание статьи
Принцип работы и специфика конструкции
Кузнечный горн позволяет выполнять ряд операций, связанных с подготовкой металла к последующей обработке. В нем нагретые заготовки принимают заданную форму. С его помощью создают популярные кованые изделия, полезные предметы быта, утварь, элементы интерьера и многое другое.
Горны используются во всех сферах термообработки. Они могут быть компактными, размещенными на столе, или стационарными, напоминающими традиционные кирпичные печи. Несмотря на различия в размерах, все модели работают по схожему принципу.
Горн, расположенный в гараже или подобном помещении, способен создавать температуры в диапазоне 1100-1200 градусов, что необходимо для разогрева, плавления и ковки металлов, а также для отливки стеклянных изделий.
Существуют как переносные, так и стационарные кузнечные горны. Есть модели на полу для работы с крупными заготовками и настольные, предназначенные для создания уникальных украшений.
В проще варианте кузнечный горн можно собрать из металлического контейнера, в который подается топливо и воздух для поддержания процесса горения.
Промышленные кузнечные горны нельзя назвать бюджетными, однако существует альтернатива — их можно изготовить своими руками.
Как функционирует кузнечный горн?
Для подготовки металла к ковке его необходимо разогреть до температуры около 1100-1200°C, что обеспечивает его «размягчение». Это достигается благодаря конструкции, позволяющей подавать топливо и кислород в нужных пропорциях к зоне горения.
Внутри газового или твердо топливного горна проходит химическая реакция, в которой перерабатывается углеводород. Углерод, образующийся при сгорании, захватывает кислород из нагреваемого металла, что в конечном итоге приводит к получению стали без окисляющих примесей.
Хотя конструкция самодельного кузнечного горна не позволит производить высочайшие изделия, такие как булатные клинки или изысканные решетки, он вполне подойдет для создания простых предметов и уникальных украшений.
Конструкция горна позволяет использовать углерод для частичного восстановления, что исключает полное сжигание кислорода в заготовке. Это помогает избежать переработки металла и его повышения хрупкости, что часто наблюдается у чугуна.
Для построения домашней кузни не потребуются какие-либо экзотические материалы. Практически у каждого есть необходимые кирпичи и обрезки металла, стальные трубы, анкера и хомуты.
Кстати, в производстве чугунные изделия насыщают кислородом после термообработки, чтобы уменьшить указанный недочет.
В промышленных горнах, которые оснащены системой управления, воздух для горения подается в точном количестве. Однако оснастить самодельный горн такой системой довольно сложно, если не использовать готовую газовую горелку с автоматикой.
Несмотря на конструкции, в рабочей зоне кузнечного горна происходит переработка углерода, основанная на выделении его из углеводородов. Он связывает с собой окислы, очищая металл.
Из-за отсутствия возможности точно регулировать подачу воздуха и содержащегося в нем кислорода, самодельные изделия иногда бывают перегреты на первых этапах. Но с опытом приходит умение мастера понимать, когда следует прекратить нагревание и что делать, чтобы сохранить кислород.
Строительные элементы и их функции
Существует множество вариантов самостоятельного создания кузнечных горнов, которые уже успели зарекомендовать себя у мастеров. Мы рассмотрим лишь некоторые из них. Прежде чем решить, какой именно газовый горн собрать своими руками, важно понять общие характеристики.
По своей сути, любой кузнечный горн представляет собой печь с определенными элементами: топливником, колосниковой решеткой и воздушной камерой, аналогичной поддувалу в русских печах. В отличие от обычной печи, воздушная камера здесь приспособлена для регулировки подачи воздуха и включает патрубок с вентилем.
Колосник должен быть усилен, чтобы выдерживать значительную термомеханическую нагрузку. Простая решетка из прутьев или уголков здесь не подойдет; следует использовать усиленную конструкцию. В идеале, это панель из толстого металла с равномерно высверленными отверстиями, вмонтированная в рабочий стол.
Каждая конструктивная часть горна имеет свои функции, что обеспечивает оптимальные условия для плавления металла и его нагрева перед ковкой.
Комплект всех упомянутых частей называется фурмой. В промышленных горнах может быть несколько таких фурм, что позволяет менять их в зависимости от условий конкретной работы и размеров разогреваемой заготовки.
Фурму часто устанавливают не в закрытой конструкции, а монтируют на стол, который должен быть устойчивым и защищенным от высоких температур с помощью футеровки. В некоторых моделях колосниковая решетка встраивается в стол, вместо нее можно использовать металлическую перфорированную панель.
Футеровка стола для стационарного горна, который будет активно использоваться, выполняется из огнеупорного кварцевого кирпича. Для самоделок, предназначенных для эпизодических работ, применяют шамотный кирпич, который проще найти и стоит дешевле.
Камера горения кузнечного горна требует укрепления с помощью футеровки, осуществляемой огнеупорным или шамотным кирпичом, способным выдерживать высокие температуры.
Для забирания и удаления дымовых газов над столом с перфорированной панелью или над фурмой устанавливают зонт или шатер. Эти конструкции соединяются с дымоходом, который строится по принципу дымоотводов для газовых котлов. Он должен функционировать безотказно, так как газы, выделяющиеся при нагревании металла, крайне токсичны.
Кроме основных компонентов, существуют и дополнительные устройства. Рядом с горном кузнецы обычно размещают закалочную ванну, в которую сразу же помещаются готовые изделия для их охлаждения и закалки в случае необходимости выполнения термоударной закалки.
Организуя свою собственную кузню, следует подумать не только о создании оборудования для нагрева металла, но и о необходимой атрибутике: наковальне, закаливающих ванных, системе дымоотведения и вытяжном зонте.
Также в производстве часто используется газовоздушная камера, где сушат продукцию от конденсата, вводят добавки, доступные только в газообразном состоянии, и обеспечивают сушку воздуха для выполнения определенных технологических условий.
Чтобы увеличить зону максимальной температуры, применяют горнило — колпак, расширяющийся к основанию, необходимый в основном для работы с цветными и драгоценными металлами. Для кустарей зачастую достаточно основной конструкции и ванны, для которой можно использовать подходящий металлический контейнер.
Выбор газового топлива
Считается, что для работы кузнечного горна можно использовать как магистральный, так и баллонный сжиженный газ. Однако использование неочищенного природного газа оказывается крайне нецелесообразным.
Имеется две важные причины для отказа от природного топлива:
- Из газовых труб поступает смесь углеводородов с разной теплотворностью и способностью удерживать кислород, что делает практически невозможным наладить оптимальную подачу воздуха.
- В газовой смеси для бытового использования присутствуют примеси, которые могут негативно повлиять на конечный результат. Особенно опасен серный компонент, который может ухудшить качество итогового изделия.
Кроме того, бытовой газ обязательно имеет характерный запах, добавляемый для быстрого выявления утечек. Эти вещества также могут негативно сказаться на качестве работы.
Для работы кузнечного горна непригоден бытовой газ, поскольку в его составе имеются примеси, мешающие металлообработке. Подавать газ в зону горения следует очищенным или использовать баллоны с промышленным моногазом.
Оптимальными для использования будут промышленные сжиженные газы, такие как пропан или бутан, при условии, что это будут чистые моногазы без других примесей.
Если не удаётся приобрести очищенное голубое топливо, очистку можно выполнить своими силами. Для этого воспользуйтесь емкостью с нафталином, через которую необходимо прогнать газ перед тем, как отправить его в горелку.
Кстати, использование заводской горелки значительно упростит и ускорит процесс создания горна. Вам не придется беспокоиться о результатах, так как такая установка обеспечит надежную и безопасную работу. Более того, в горелке можно заранее смешать воздух с газом в требуемых пропорциях для эффективного горения.
Технология сооружения кузнечного горна
Следует сразу же отметить, что самодельный газовый горн, с описанием и схемами сборки которого мы вас познакомим, нельзя использовать для производственных нужд. Тем не менее, с его помощью вы легко сможете изготовить уникальные произведения искусства, интересные элементы интерьера и оригинальные металлические изделия.
Множество моделей кузнечных горнов, созданных для работы на твердом топливе, можно успешно адаптировать для газового горения.
Начнем с самых простых конструкций, которые не требуют от мастера навыков сварки или вспомогательных строительных умений.
Простая конструкция с газовой горелкой
Из шести шамотных кирпичей можно собрать самый простой кузнечный горн, способный создавать красивые наконечники для металлических прутков, которые впоследствии будут использоваться для сварки симпатичного забора на даче, или для ковки ювелирных изделий.
Колосниковая решетка в этой модели изготавливается из двух кусочков стальной трубы ВГП произвольного диаметра (но не слишком большого), к которым поперек привариваются закрученные обрезки профильной трубы, уголка или полосы, что необходимо для захвата дутевого потока.
Самую простую конструкцию кузнечного горна можно собрать всего за полчаса из шести кирпичей и нескольких отрезков стальной трубы и металлопроката.
Из шамотных кирпичей создается «топливник» с основанием, верхом и двумя боковыми стенками. Он устанавливается на улице, потому что система дымоудаления не предусмотрена. Для газовой горелки или паяльной лампы выкапывается небольшой шурф.
Чтобы предотвратить взрыв во время работы горна, перед входом в топливник рекомендуется установить перегородку из асбестового картона, так как тепло, исходящее от открытой топки, может привести к перегреву газового резервуара.
В таких простых кузнечных установках воздух для горения поступает либо естественным образом, либо с помощью кузнечных мехов; в обоих случаях контролировать подачу кислорода невозможно.
В этом устройстве разогрев происходит на углях или коксе (мелком коксе, специально изготовленном для кузнечных работ). Газовая горелка или паяльная лампа нужны лишь для разжигания и создания дутевого потока.
Мобильная версия из гусятницы
Для создания этой модели пригодится старая гусятница. В ее торцах делают отверстия для установки самодельной или купленной газовой горелки. Над отверстиями вырезают два углубления. Как и предыдущий вариант, эту модель следует использовать исключительно на свежем воздухе.
Футеровка самодельного горна выполняется из смеси шамотного песка и кирпичного боем. Готовую смесь можно приобрести в специализированных магазинах. После нанесения футеровки её не нужно дополнительно запекать — она затвердеет в процессе работы устройства.
Для обеспечения наддува устанавливается подходящий вентилятор, например, от ручной сирены. В качестве идеального варианта подойдет дутьевая газовая горелка, которую можно взять с отслужившего турбированного котла, если она в исправном состоянии.
Конструкция из старой чугунной посуды ограничивает нагрев до 900°C, что существенно сужает поле ее применения.
Существуют и недостатки: работать с этой моделью получится только на улице, а использование дутьевой горелки требует источника электроэнергии. Соответственно, нужно либо найти качественный удлинитель, либо установить устройство близко к дому.
Другой вариант — использование кузнечных мехов, знакомых кузнецам на протяжении многих веков. Однако стоит отметить, что вручную нагнетать воздух в топливник горна небезопасно и производительность будет сомнительной.
Стационарное оборудование для мастерской
Устройства, предназначенные для стационарной установки в мастерских, должны быть не только функциональными, но и удобными. Очень важно учесть комфорт при работе и безопасность, так как раскаленные металлические детали могут стать источником травм. Никто не хочет получить серьезные повреждения на производстве.
При проектировании оборудования размеры не стоит делать стандартными, так как каждый человек индивидуален. Кузнечный горн должен соответствовать вашему росту и быть удобным для совместного использования, если вы арендуете мастерскую. Особенно важно учесть высоту рабочего стола и его размеры.
Перемещаемый горн можно использовать зимой в мастерской с вытяжной системой, а летом — на улице, возвращая его обратно в помещение после завершения работы.
Для определения размеров будущего горна следует действовать следующим образом:
- Выберите место в мастерской, позволяющее разместить все необходимое оборудование для различных этапов ковки, разогрева и закалки.
- Определите свое положение. Встаньте, расставив ноги на ширине плеч, и согните рабочую (правую или левую) руку в локте.
- Измерьте расстояние от согнутого локтя до пола — удобнее, если это сделает напарник. Если ковку будете проводить не только вы, замерите это расстояние дважды. К среднему арифметическому добавьте 5-7 см — это и будет высота рабочего стола.
- Возьмите самые большие клещи и измерьте расстояние от живота до их конца. К этому расстоянию добавьте 10-12 см — получите половину диагонали рабочего стола.
- Рассчитайте длину стороны квадратного стола, исходя из ранее полученной половины диагонали.
Кузнечные столы обычно не делают круглыми, так как это создает неудобства в работе, особенно когда необходимо использовать различные инструменты.
При изготовлении самодельного горна для своей кузни учитываются индивидуальные размеры и комфорт использования оборудования.
В центре рабочего стола кузнечного горна ставится цельнолитая колосниковая решетка с равномерными отверстиями. Такой вариант менее подвержен накоплению гаря, а если и собирается, то распределяется более равномерно по сравнению со сборными колосниками из прутков и полос.
В таких установках для наддува не рекомендуется использовать пылесос во время работы на углях или коксе; лучше подключить центробежный вентилятор от автомобильной печки.
Стационарные горны для частной кузни обязательно оборудуются системой сброса дымовых газов. В закрытых помещениях рекомендуется дополнительно установить механическую вытяжную вентиляцию.
