• Простейшие горны.
• Переносные горны.
• Стационарные кузнечные горны.
• Топливо для кузнечного горна.

В контексте Нагрев заготовок из стали.Термо-механическая обработка стали.Один из способов закалки стали.

Сталь куют в нагретом состоянии; только разогретый металл становится пластичным и легко поддается деформации. Существует определенный интервал температур начала и конца ковки для каждого сорта стали.

В среднем этот интервал составляет 1100-1300°С для начала ковки и 800-900°С для конца ковки. Чем больше в стали углерода, тем ниже температура начала ковки.

Для нагрева металла можно пользоваться различными нагревательными устройствами. Самым древним и простейшим из них является кузнечный горн. Горны подразделяются на переносные и стационарные, открытого и закрытого типа - в зависимости от конструкции.

Простейшие горны.

Для ручной ковки наиболее приемлемы горны открытого типа, позволяющие нагревать и короткие и длинные поковки в любой их части (в том числе и средней). Они просты в обслуживании и удобны в работе, быстро нагреваются. Для разжигания холодного горна горновое гнездо очищают от золы и шлака, продувают фурму, насыпают небольшой слой угля, оставляя отверстия фурмы свободными, затем зажигают древесную стружку или тряпки смоченные керосином, сверху засыпают второй слой угля и дают слабое дутье. Когда уголь разгорится, добавляют еще угля и постепенно увеличивают дутье. В горне, благодаря спеканию угля, образуется твердая корка, под которой развивается высокая температура. Заготовку или ее конец зарывают в горячие угли и засыпают свежим углем. Спекшийся свод из твердой корки должен быть всегда целым; для этого необходимо время от времени подгребать свежий уголь от краев к центру горнового гнезда и слегка обрызгивать его водой. Если под коркой полость становится слишком большой, корку ломают, подгребают свежий уголь, и вскоре образуется новый свод. Заготовку периодически поворачивают, а также регулируют подачу воздуха, поддерживая слегка коптящее и нейтральное пламя. При высоком дутье (избыток воздуха) пламя становится острым, вызывающим местный перегрев и оплавление кромок металла; и к тому же кислород избыточного воздуха вступает в соединение с металлом и образует окислы железа, т.е. окалину.

Окалина вредна, так как она приводит к потерям металла (угар); кроме того, понижается качество заготовки и затрудняется дальнейшая ее обработка резанием. Заготовку нагревать надо возможно быстрее, так как чем дольше поковка находится в горне, тем более возможен ее перегрев, т.е. чрезмерный рост зерен, который ухудшает механические свойства заготовки. Более длительный нагрев заготовки может привести к пережогу, т.е. оплавлению границ зерен и потере связи между ними. Такая заготовка разбивается при ударе на части.

На рис. 1 показаны очень простые конструкции горна.

Рис. 1. Простейшие горны: 1, 6 - кирпич; 2 - заготовка; 3 - уголь; 4 - решетка колосниковая; 5 - патрубок; 7 - паяльная лампа

Горн можно сделать прямо на земле, используя паяльную лампу, пылесос или ручной вентилятор. Устройство такого горна: поставить три кирпича на торец, на них кладется колосниковая решетка, а на нее устанавливается печурка из четырех кирпичей, в которую засыпается уголь. Паяльная лампа с патрубком располагается снизу. Горн разжигают и можно нагревать заготовку.

Существует еще более простая конструкция горна. Сначала надо вырыть небольшую ямку и в нее поставить паяльную лампу. Рядом складывают печурку из огнеупорного кирпича. В щель между кирпичами закладывают некрупные заготовки. Установив вентилятор с ручным приводом в ямке, а колосниковую решетку выставив на уровне земли, можно прогревать металл и ковать небольшие изделия.

Переносные горны.

Легкий переносной горн с использованием бытового пылесоса показан на рис. 2.

Рис. 2. Переносной горн и фурма (вверху): 1 - постамент; 2 - фурма; 3 - зольник; 4 - шланг; 5 - пылесос; 6 - колосниковая решетка; 7- корпус фурмы; 8 - патрубок; 9 - донная крышка; 10 - запирающая планка

Из уголков сварен постамент горна, стол горна выложен огнеупорным кирпичом. На верхние горизонтальные уголки кладется фурма. На высоте 15 см от основания к зольнику приваривается патрубок с внутренним диаметром 30 мм, в который вставляется конец шланга пылесоса. Необходимо иметь в виду, что шланг должен быть вставлен в верхнее гнездо пылесоса, работающее на выброс воздуха из пылесоса, а нижнюю чашку пылесоса (под пылесборником) снимают и в таком виде пылесос устанавливают на подставку.

В деревенских кузницах соплом часто служит старая чугунная втулка для колес. Для долговечности такого горна края фурмы рекомендуется замазать глиной с песком.

Вообще, переносной горн - это цельнометаллическая или сборно-разборная конструкция, приспособленная для нагрева заготовки небольшого размера в условиях строительных площадок, в альплагерях, за городом. Переносной горн состоит из цельносваренной металлической рамы, на верху которой крепится стол с очагом и вентилятором для нагнетания воздуха. Вентилятор приводится в движение с помощью ножной педали через кривошипный механизм, маховик и ременную передачу.

Рис. 3. Американские переносные горны: I - с ручным приводом вентилятора: 1 - рукоятка; II - с электрическим приводом: 2 - электрический привод; 3 - зонт, перемещающийся по вертикали.

На рис. 3 показаны американские переносные горны. Закрытый горн имеет ручной привод на вентилятор через мультипликатор, что значительно повышает частоту вращения крыльчатки. Конструкция горна имеет небольшую наковальню и тиски. Ручка имеет двойное назначение. Этот горн с электрическим приводом.

Стационарные кузнечные горны.

Для размещения очага и разогреваемых заготовок необходим постамент или его еще называют стол-лежанка. Это основа стационарного горна. Постамент обычно устанавливают в середине задней стены кузницы, и его высота зависит от роста кузнеца. Для удобства переноса заготовки из горна на наковальню и обратно высота постамента должны быть примерно 700-800 мм, а площадь горизонтальной поверхности стола обычно равна 1x1,5 или 1,5x2 м.

Постамент горна должен быть литым, сварным или выкладываться из кирпича, пиленого камня или железобетона в виде ящика, стенки которого сложены из бревен, досок, кирпича или камня, а внутренность заполняется битым мелким камнем, песком, глиной или горелой землей. Горизонтальная верхняя часть стола должна быть выложена чугунными плитами или огнеупорным кирпичом. Горновое гнездо (очаг) может располагаться как в центре, так и у задней или боковой стенки горна. Очаг обычно выкладывают огнеупорным кирпичом и обмазывают огнеупорной глиной, т.к. горн - это место где развивается наиболее высокая температура. Размеры очага в плане определяются размерами нагреваемых заготовок. Центральный очаг может иметь в плане круглую или квадратную форму размером 200x200 или 400x400 мм и глубиной 100-150 мм.

Рис. 4. Фурма со сменными колосниковыми решетками: 1 - корпус фурмы; 2 - заслонка; 3 - патрубок; 4 - донная крышка; 5 - груз; 6 - колосниковая решетка; 7 - заслонка (общий вид); 8 - уголь; 9 - виды колосниковых решеток

Через фурму подается воздух. Рассмотрим конструктивный вариант фурмы нижнего дутья (рис. 4).

Воздух от вентилятора подводится через патрубок и попадает в корпус фурмы, а через чугунную колосниковую решетку в очаг горения. С помощью заслонки регулируется количество подаваемого воздуха в канале подводящего патрубка. Донная крышка открывается для очистки корпуса фурмы от золы и других отходов горения. В исходном положении крышка прижата к днищу корпуса грузом. Следует применять колосниковые решетки разной конфигурации. Разнообразная форма отверстий необходима для создания пламени различного вида. Равномерно расположенные круглые отверстия формируют факельное, а щелевые - узкое и удлиненное пламя. Фурму следует располагать горизонтально слева или сзади следует предохранять стенку горна от прогорания. Чтобы не выгорала фурма, ее следует охлаждать изнутри проточной холодной водой. Внутренний диаметр фурмы чаще всего составляет 25-30 мм.

Для сбора и отвода дыма и газа над стационарным горном устанавливается зонт, который может быть кирпичным, железным. Размер нижнего входного отверстия зонта зависит от размера стола горна. Для нормального улавливания отходов горения зонт устанавливается на высоте 400-600 мм. Точнее высота определяется на месте в зависимости от силы дутья, высоты и размеров вытяжной трубы и др. Иногда зонты оснащаются опускающимися крыльями. Металлический зонт может довольно быстро прогореть, а процесс ремонта довольно сложен и трудоемок. Более долговечен и надежен кирпичный зонт, но он получается слишком тяжелым и требуется особая жестко заделанная конструкция его крепления. Даже бывает необходимо укрепить углы стойками (подпорками).

В некоторых кузницах устанавливаются горны с двумя очагами и тогда для более качественной вытяжки необходимо делать две вытяжки или общий зонт разделить перегородкой. В таких горнах предусматривают, кроме того, индивидуальное регулирование подачи воздуха.

Конструкция открытого стационарного горна показана на рис. 5.

Он более совершенен. На сварной металлический каркас (подставке) крепятся горновая чаша, колосниковая решетка, а также фурма. Струя воздуха подается в очаг горна по трубе и регулируется воздухозаслонкой. На чугунную колосниковую решетку накладывается уголь, а дым и копоть удаляются через зонт и две трубы. При прохождении дыма через наружную трубу внутренняя труба нагревается, и это улучшает тягу. На дне зольника накапливается зола и шлак, которые удаляются через отверстие при открытии крышки.

Открытые горны при кузнечных работах широко применяются, хотя их коэффициент полезного действия очень низкий и составляет всего 2-5%. Известно, что для нагрева 1 кг металла до ковочной температуры требуется 1 кг каменного угля. К тому же в результате непосредственного соприкосновения металла с каменным углем происходит насыщение поверхности нагреваемого металла серой, что ухудшает механические свойства кованых изделий. Поэтому мастера начинают закладывать заготовки в горн, когда уголь хорошо разгорится и сера выгорит. Чтобы увеличить коэффициент полезного действия открытого горна кузнецы устраивают над очагом куполообразную шапку из запекшегося угля, в которую закладывают заготовку. Под такой защитной коркой заготовка нагревается быстрее и меньше окисляется.

Крупные заготовки лучше нагревать в шахтных горнах. Шахтный горн устанавливается в середине кузницы. Высота горна 0,6 м, площадь стола 1 м2, глубина шахты 0,5 м с сечением у основания 300x300 мм, а вверху 150х 150 мм. Подводка воздуха находится на расстоянии 400 мм от верха горна. Дно шахты представляет из себя чугунную заслонку, которую можно выдвигать для очистки горна от золы и шлака. Задвинув заслонку на место на нее насыпают тонкий слой золы для предохранения ее от нагревания.

Рис. 6. Стационарный горн закрытого типа: 1 - зонт; 2 - камера; 3 - топочный люк; 4 - смотровое окно; 5- труба; 6 - металлическая коробка; 7- подставка; 8 - колосниковая решетка; 9 - кирпичная кладка; 10 - трубка; 11 - рабочее окно; 12 - дымоход

Стационарный горн закрытого типа показан на рис. 6.

Камера горна выложена огнеупорным кирпичом, установлена на металлической подставке. Через топочный люк засыпается уголь на колосниковую чугунную решетку. Для шуровки топлива в топочном люке есть смотровое окно. Воздух от вентилятора по трубе подается в металлическую коробку и далее через отверстия в колосниковой решетке попадает в горновой очаг. Через дымоход и зонт уходят продукты сгорания. Не полностью сгоревший угарный газ сжигается вследствие дополнительной подачи воздуха через трубу. Через рабочее окно производится загрузка и выгрузка заготовок.

Стационарный горн шахтного типа из камеры нагрева и топочной камеры, облицованных изнутри кирпичом. Воздух подается в камеру нагрева по патрубку, через коническое сопло с двумя отверстиями. Горн работает на жидком топливе - мазуте, которое подается сверху через воронку. Мазут стекает по соплу к отверстию, струей воздуха подхватывается, распыляется и сгорает. Поджигают жидкий мазут в смеси с воздухом через специальное окно, введя в него запал (горящий факел). Увеличивая подачу воздуха и топлива, добиваются нужного режима горения.

Топливо для кузнечного горна.

Топливо для нагрева заготовок используют в нескольких видах: твердое - дрова, древесный уголь, кокс и уголь, жидкое - нефть и его производные (керосин, уайт-спирт, бензин), газообразное - природный газ.