Кузнечный горн своими руками — способ и этапы изготовления

Ручная ковка набирает все большую популярность и для удовлетворения собственных потребностей, и для производства продукции на заказ. Нагрев металла для повышения его пластических характеристик необходимо выполнять в специальных нагревательных устройствах. Самым простым из них является кузнечный горн. Главная задача горна — обеспечение стабильного повышения температуры металла до температуры ковки, т.е. не менее чем до 1200°С. Можно ли сделать самодельный кузнечный горн и каким образом? Сегодня будем разбираться.

Разновидности кузнечных горнов

Она может быть произведена по следующим показателям:

1. По виду используемого топлива. Различают газовые горны и устройства, работающие на твердом (угле) или жидком (мазуте) топливе.
2. По конструктивным особенностям горны различаются на открытые и закрытые горны.
3. По размерам пода (эффективной поверхности) — малые, средние и крупные.

Твердотопливные горны, для которых необходимо применять коксующийся уголь — эффектное для видео, но устаревшее решение. При этом потребуется не только обеспечить непрерывную поставку древесного угля, но также смириться с технологическими недостатками, среди которых:

• неравномерное нагревание;
• невозможность управлять процессом;
• повышенное содержание серы, что увеличивает хрупкость при ковке;
• увеличенный расход топлива (может составлять до 120-150% от веса);
• низкий КПД устройства, сопровождающийся сильным угаром.

Такие конструкции в условиях единичного выпуска изделий могут использоваться в домашних условиях, особенно, если это мини-горны, работающие на дешевом мазуте.

Конструкция кузнечного горна

Для создания благоприятных условий работы кузнеца эффективнее делать закрытые горны. Они несколько сложнее в изготовлении, но отличаются большей эффективностью, и обеспечивают равномерный нагрев заготовок, в частности, круглого или прямоугольного сечения. Для кузниц художественной ковки открытые горны используются гораздо реже.

Кузнечный горн закрытого типа состоит из таких элементов:

• стальной опорной рамы со стойками;
• пода;
• футеровки;
• шиберной заслонки;
• вентилятора;
• труб для отведения дыма.

Если при ковке необходимо нагреть металл только немного, в заслонке делаются технологические отверстия. Они снабжаются закрывающимися глазками, необходимыми чтобы снизить потери топлива, и ускорить процесс нагрева.

При обустройстве мастерской можно экономично оборудовать горн простейшим рекуператором — узлом, повышающим температуру отводимых газов. Горны с рекуператорами имеют высокий КПД, а выделяющееся тепло может быть использовано для печи, производящей последующую обработку кованых изделий — их кузнечную сварку, воронение и пр.

Этапы изготовления самодельного горна

Как сделать кузнечный горн, и с чего начать? Для изготовления закрытого горна предварительно понадобится определить размеры его пода. Они определяется желаемой производительностью, и зависят от расхода топлива и интенсивности работы горна. Для газового варианта оптимальной считается скорость подачи топлива 1-1,5 м/с: в этом случае процессы теплопередачи в закрытом пространстве будут идти достаточно эффективно.

Кузнечный горн закрытого типа

Напряженность пода связана с производительностью горна N простым соотношением:

N = H× F,

где F – площадь пода.

Учитывая площадь, отводимую под кузницу и ожидаемую производительность ковки (например, в кг изделий), можно установить минимальную напряженность пода (она не должна быть менее 100-150 кг/м²ч, иначе обустройство даже мини-варианта нагревательной установки получится невыгодным).

Чтобы изготовить горн своими руками, потребуются такие материалы:

1. толстолистовая жаропрочная сталь;
2. огнеупорный кирпич (шамот или динас);
3. стальной профильный металлопрокат (уголки, швеллеры) для монтажа рамы горна, изготовления заслонки и опор;
4. стальные дымоходы для отведения газов, образующихся в процессе нагревания продукции;
5. огнеупорная обмазка для заполнения щелей;
6. листовая или широкополосная сталь для внешней футеровки.

Конструкция открытого горна намного проще — там необходимо обустроить лишь систему колосников, и обеспечить подачу воздуха, интенсифицирующего процесс нагрева. Для отвода продуктов сгорания достаточно простого вентиляционного зонта из жаропрочной стали.

При строительстве есть смысл воспользоваться стандартными узлами. Здесь следует упомянуть вентилятор для горна, в качестве которого можно принять агрегаты, используемые для двухконтурных котлов большой мощности. Также пригодны вентиляционные трубы и стальные дымоходы, применяемые для дымоотвода газов при 300-400 °С. Обустроить горн собственноручно можно используя горелки от мощных двухконтурных котлов.

Изготовление опорной рамы

Кузнечный горн — это стационарный агрегат и с его местоположением надо определиться заранее. В домашних условиях не вся часть мастерской может использоваться под кузницу. Но горн должен примыкать к одной из стен, желательно к той, которая не сообщена со смежными строениями, поскольку в этом случае намного сложнее обустроить дымоходы, и установить вентилятор для горна.

По условиям пожарной безопасности конструкция должно отстоять от капитальной стены минимум на 1 м, при этом исключается любое применение материалов с пониженной огнестойкостью (в том числе и гипсокартон марки ГКЛО).

При изготовлении опорной рамы следует пользоваться готовыми чертежами, которые можно купить, либо скачать. Размеры горна согласовываются по собственным возможностям. Хорошо, если к чертежам прилагаются фото или видео работающего горна.

Опорные стойки и раму делаются сварными, для этого применяют низколегированную сталь. Она обладает достаточной прочностью, легко и надёжно сваривается, имеет стойкость к высокотемпературной коррозии. Шаг пластинчатых ячеек опорной рамы определяется размерами огнеупора. В готовой раме предусматривают отверстия под последующее крепление элементов внешней футеровки.

Изготовление пода и свода

При выборе огнеупоров для обустройства верхней части, руководствуются соображениями долговечности, видом нагреваемых изделий и интенсивности использования горна. Чаще других применяются шамот и динас.

Шамот изготавливается согласно техническим условиям. Покупать несертифицированную продукцию очень опасно, поскольку по цвету иногда трудно отличить шамотный кирпич от обычного, который плавится уже при 1200 ^°С. Пригодный для кладки шамотный кирпич должен быть кремового цвета и обладать малой пористостью. В этом случае его вес составит не менее 5 кг. В сети много роликов демонстрационного видео, с помощью которых можно отличить качественную продукцию. Для строительства горна подходят марки ШПД, ША и ШБ.

Динас — огнеупор с высокими огнеупорными характеристиками: до 1800⁰С, однако он стоит намного дороже. Материал по цвету светлее шамота, потому что имеет повышенный процент кремнезема. Он хорошо выдерживает интенсивные теплосмены, поэтому горны, выложенные из динасового кирпича, долговечнее.

При кладке стоит напомнить, что в кладочном растворе обязательно должна быть огнеупорная глина и измельченный шамот/динас, в пропорции 60/40. Каналы под вентиляцию и дымоходы отделываются по периметру стальными полосами или уголками.

Изготовление заслонки и футеровки производится по той же технологии, что мы разбирали выше. Для футеровки нужно принимать полосы или листы, имеющие ребра жесткости: это снизит теплоотдачу в окружающее пространство и поможет увеличить производительность нагрева.

После окончания работ конструкцию следует тщательно просушить, после чего испытывают вентилятор для горна, и затем производят пробный пуск. Длительность нахождения изделий в готовом горне можно сравнить со значениями, приведенными в следующей таблице:

Заключение

Обустройство горна своими руками можно производить только при предварительной подготовке рабочего пространства и изучения требований безопасности для подобных объектов. Перед началом работ, нужно подобрать материал и необходимые инструменты. При изготовлении важно помнить о жаропрочности материалов и требованиях безопасности. Так вы сможете работать уверенно и эффективно даже в домашней мастерской.