Кузнечный горн своими руками: видео, чертежи, фото

Ну до чего у нас любят дикие заумные определения: специальные нагревательные устройства с целью повышения пластических характеристик металла. Давайте попробуем перевести все это безобразие на человеческий язык.

Кузнечный горн по своей сути — печка. Понятно, что со своим особенностями, разновидностями и технологическими нюансами, но все равно – это печка. Она нужна для разогрева металлических деталей до температуры, чтобы их можно было ковать, то есть подвергать деформации.

Это главный и общий факт для всевозможных видов кузнечных горнов – от примитивных дачных поделок на кирпичах до промышленных печей со множеством технологических особенностей применения и назначения.

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).

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.

Выводы и полезное видео по теме

Особой популярностью пользуется инжекционная горелка, разработанная Александром Кузнецовым. В этом видео-ролика он рассказывает из чего состоит конструкция и как ее собрать:

Пример работы инжекционной горелки:

Правильно спроектированная и изготовленная своими руками в точности с требованиями, инжекционная горелка станет надежным помощником на длительное время. Это устройство заменит дорогостоящие инструменты заводского изготовления. С его помощью можно решить многие бытовые проблемы, не прибегая к помощи профессионалов.

Хотите рассказать о том, как собирали инжекционную горелку для кузнечных работ собственными руками? Располагаете полезной информацией по теме статьи? оставляйте, пожалуйста, комментарии в находящейся ниже блок-форме, задавайте вопросы, размещайте фотоснимки.

Правила топки

Оптимальным топливом является мелкий кокс, который хоть и стоит дороже обычного угля, расходуется для работы в минимальных количествах. Поскольку для его воспламенения необходима высокая температура, то самодельный горн для кузни необходимо предварительно растапливать дровами. Только после прогорания основного топлива в очаг вводят заготовку для дозревания, сбавляя дутье.

Чтобы горн правильно работал на обычном угле, его предварительно нужно выжарить для полного испарения коксового газа, что станет понятно по смене цвета пламени. Используют такое топливо обычно для изготовления больших оригинальных изделий.

Чтобы выковать дома фигуры из дамаска, необходимо использовать для топки древесный уголь, но данное топливо требует ювелирной работы, поскольку мгновенно отзывается на поддувание и быстро прогорает.

Применять для топки можно и обычные дрова лиственных пород деревьев, но предварительно выжигая их в обечайке для полного предотвращения попадания на металл непрогоревших щепок. Такой способ добычи жара считается наиболее экономным.

Пара слов о самой подаче воздуха

Конечно, в эту трубу что-то должно загонять вкуснейший кислород, который раскалит угли в камере до адских температур. Можно использовать кузнечные меха. Такие, что использовали наши предки в кузницах. Но это не самый лучший вариант, нужна хотя бы пара мехов, чтобы получить необходимую температуру, и было бы неплохо иметь помощника, который будет без устали нажимать на меха. Намного продуктивнее использовать электрические воздуходувки. Например, турбина для надувки матрасов. Я использовал старый советский пылесос. У него даже можно перекрутить шланг с вдува на выдув, но он сломался. Пришлось скотчем прикрепить пакет с той стороны, откуда воздух выдувается.

Открытые горны

Открытый кузнечный газовый горн представляет собой вертикальные стойки с двух сторон от металлической ёмкости, которая устанавливается на пожароустойчивом основании. Роль основания могут выполнять:

бетонированный пол (площадка);
несколько огнеупорных уложенных в ряд кирпичей и т. п.

На стойки устанавливается газовая горелка, направленная соплом вниз. В большинстве случаев горны устанавливаются на металлическую подставку, у которой в нижней части имеется поддон для размещения подлежащих обработке заготовок.

Классификация горнов

Перед тем как сделать кузнечный горн, необходимо ознакомиться с их классификацией, чтобы подобрать наиболее подходящий вариант конструкции. Классификация осуществляется по следующим критериям:

по виду применяемого топлива;
по типу конструкции;
по размеру пода.

Виды горнов по типу применяемого топлива

По типу используемого топлива горны подразделяются на следующие виды:

газовые;
твердотопливные;
на жидком топливе.

Кузнечный горн твердотопливный

Газовые горны имеют наиболее простую конструкцию, дешевы в ремонте и обслуживании. Они отличаются минимальным весом, что позволяет их изготавливать переносными или компактными.

Твердотопливные горны отличаются возможностью получения максимально высоких температур нагрева, относительно невысокой стоимостью стройматериалов для возведения и неприхотливостью в эксплуатации. Для их растопки допустимо использование следующих видов топлива:

карбон или кокс, отличающийся высокой стоимостью и повышенной эффективностью (до 5 раз расход меньше, чем угля), в нём нет посторонних примесей, воспламеняется при температуре выше +450°С;
каменный уголь, наиболее распространённое и эффективное топливо, при горении выделяет коксовый газ, поэтому при растопке необходимо ждать пока он весь выветрится, подходит для ковки различных декоративных элементов или деталей среднего качества;
древесный уголь, имеет минимальную температуру возгорания, по сравнению с другими видами топлива, но быстро выгорает, отличается повышенным расходом, поэтому его эффективно использовать для растопки.

В качестве жидкого топлива допустимо использовать солярку, мазут или отработанное масло

При этом важно его предварительно очищать, так как наличие примесей станет причиной нестабильного пламени и выбросами в атмосферу вредных соединений

Это также является причиной сложности обслуживания оборудования по причине его частых засоров.

Классификация по конструктивным особенностям

Самодельный кузнечный горн по конструктивным особенностям может быть классифицирован следующим образом:

по способу установки: переносной или стационарный;
по конструкции топочной камеры: закрытого или открытого типа;
по размещению наддува: с боковым или центральным соплом.

Виды горнов по размерам пода

По размерам пода горны бывают: малые, средние и крупные. Они определяются эффективностью работы установки и полностью зависят от интенсивности расхода топлива и режимов эксплуатации топливной камеры. Оптимальная эффективность скорости расхода топлива составляет от 1 до 1,5 м/с.

Производительность горна прямо пропорциональна величине напряжённости и площади пода. При этом минимальная напряжённость считается в пределах от 100 до 150 кг/м2·ч. Значения вне этого диапазона являются экономически невыгодными.

Особенности работы с горном

После изготовления кузнечного горна необходимо научиться им пользоваться. Для этого рекомендуется придерживаться таких правил:

Началом работы с устройством заключается в загрузке топлива на колосниковую решетку. Некоторые кузнецы рекомендуют на разогретый слой угля положить рабочую заготовку, а сверху на нее насыпать еще один слой угля. Таким образом удается добиться максимально высокой температуры в камере.
Если в качестве топлива используется древесина, на колосниковую решетку необходимо положить дополнительное кольцо (диаметром 21 см).
Для обеспечения хорошей тяги над самодельным горном необходимо смонтировать специальную вытяжку. Ее также можно выполнить самостоятельно.
Для того чтобы разогреть заготовку до необходимой для ковки температуры, ее нужно держать в средине раскаленного угля. При этом важно не передержать заготовку. Это может ухудшить свойства металла, что осложнит процесс работы с заготовкой или сделает металл очень хрупким.
Для проведения ковки рекомендуется использовать специальный молоток, вес которого не больше 1 кг. В процессе работы глаза необходимо защитить очками. Это поможет предотвратить попадание в глаза раскаленного металла.
Большая металлическая вещь может быть использована в качестве наковальни. Это может быть рельса или кувалда.

Самодельный кузнечный горн имеет существенные преимущества перед приобретенным. Он намного дешевле, проще в использовании и обслуживании.

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.

Изготовление горна из буржуйки

По сути, эта та же буржуйка, только без колосников. Внешний вид кузнецы может быть в виде куба, параллелепипеда и цилиндра. После уборки колосников, воздух не поступает из пространства снизу, а вдувается через боковой канал, который поддается регулировке. Как результат, печь лучше прогревается. В ней дольше задерживаются газы, что тоже увеличивает жар.

Порядок изготовления следующий:

Из трубы диаметром до 300 мм, отрезается кольцо, шириной 100 мм. Эта деталь называется воротник.
Берется лист толщиной 4 мм и из него вырезается круг равный диаметру воротника. Это будет дверца.
Отрезается кусок трубы для подачи воздуха. Он может быть от 76, до 102 мм.
В него вставляется заслонка, при помощи ручки, пружины и гайки.
Из листа 3 мм вырезается полоска шириной 30 мм и длиной равной периметру дверцы.
Полоска облегает дверцу и обваривается.
Сбоку, в дверце сверлится отверстие и туда приваривается труба для подачи воздуха.
При помощи запорного устройства, дверца крепится к воротнику.
Это узел устанавливает на топку с отступом от дна на 100 мм.
В задней части, вверху, прорезается отверстие и устанавливается дымоход.

К недостаткам такой печи относится отсутствие зольника. Однако более продолжительное горение приводит к улучшенному сгоранию твердых отходов. Уборку золы можно проводить реже.

Несколько полезных советов

Для механизма поддува воздуха в горн, чаще всего используется старый пылесос с регуляторами оборотов.

Теперь отлично видно, чем можно дополнить домашний кузнечный горн. А пока нужно обзавестись простейшей наковальней и кузнечными клещами, без которых работать невозможно.

В качестве топлива можно использовать уголь древесный и каменный, дрова и кокс. Кокс стоит дороже угля, но его расход в 5 раз меньше. От сгорания кокса образуется меньше шлака и копоти. Лучше использовать коксик. Так профессионалы называют кокс мелких фракций, который не надо предварительно колоть, тратя на это время.
В качестве топлива можно использовать магистральный или баллонный газ. Это топливо позволит отказаться от колосников. Температуру нагрева можно регулировать. Топливо довольно дешевое и доступное.
Сверху рекомендуется установить вытяжной зонт из листового металла толщиной 4 мм. Стыки деталей хорошо провариваются для обеспечения герметичности внутреннего его объема.
В боковой стенке горна необходимо проделать отверстие для газовой горелки. Нужна также и система дымоудаления. Это трубопровод сечением примерно 30х30 см. Высота его — около 5 м.
Вместо пылесоса можно использовать вентилятор от автомобильной печки.
Отверстие, вырезанное в задней стенке самодельного горна, значительно улучшит вентиляцию установки. С помощью этого отверстия появится возможность разогрева более длинных заготовок.

Самодельный горн для кузнечных работ можно изготовить самостоятельно в небольшом помещении на дачном участке. Это приспособление даст возможность изготовления уникальных кованых деталей для создания козырьков, заборов, калиток и других вещей для украшения интерьера участка и дома.

Как сделать наковальню из старого рельса

Интересен опыт пользователя портала с ником ДИМДИМ. Он рассказывает, чего можно добиться при изготовлении самоделок, если приложить к делу смекалку.

ДИМДИМ Участник FORUMHOUSE

Я решил заняться ковкой. Пересмотрел в сети множество видеороликов и пришел к выводу, что смогу сделать весь инструмент самостоятельно. В первую очередь мне нужна наковальня, горн, а также разнообразные приспособления. Чтобы сэкономить, буду всё делать из того, что есть в «закромах», т.е. из подручных материалов.

Из интернета пользователь узнал, что чаще всего самодельную наковальню делают из железнодорожного рельса.

Т.к. в «закромах» рельса не оказалось, ДИМДИМ для поисков «донора» задействовал всех друзей, родственников и знакомых. Вскоре поиски увенчались успехом, и пользователь стал обладателем старого, но крепкого рельса.

Осталось отсечь от заготовки всё лишнее и придать ей нужную форму. Расчехлив отрезную машинку по металлу, пользователь приступил к работе.

По словам ДИМДИМ, на то, чтобы распилить на две части и отторцевать рельс, сделанный из высокоуглеродистой термообработанной стали, ушло 4 часа с регулярными остановками отрезной машинки, чтобы она успела остыть.

Затем наступил черед изготовления т.н. «рога» будущей наковальни. Т.к. отпиленная часть рельса не поместилась под нужным углом на станине отрезной машинки, пришлось разобрать зажимное устройство и состыковать станину с дополнительным столиком.

Пользователь с трудом обрезал рельс в виде треугольника, затем началась муторная работа по приданию «рогу» наковальни нужной формы.

Работа велась попеременно с использованием углошлифовальной машинки, отрезной машинки и разнообразных крепежей и подкладок.

На эту работу ушло ещё 5 часов.

ДИМДИМ

Сделав заготовки, я приступил к сборке наковальни и попытался соединить все детали вместе. Т.к. рельс попался кривой, детали соединить не удалось. Выручил меня мой друг и пользователь портала Movik.

Участник FORUMHOUSE предложил ДИМДИМ собрать наковальню на станине, в качестве которой приспособили стальной противовес от лифта. Как автор идеи, Movik сварил все детали в единую конструкцию.

Следующий этап — изготовление в «хвосте» наковальни квадратного отверстия, необходимого для закрепления разнообразных приспособлений — оправок, скоб, вилок для гибки и конусов, хвостовик которых имеет такое же сечение как «приёмное» отверстие.

При самостоятельном изготовлении наковальни умельцы делают «квадрат» по-разному. Отверстие прожигают сварочным аппаратом, высверливают и затем дорабатывают напильником. Пользователь упростил себе задачу — взяв «болгарку», он вырезал в рельсе паз, а затем приварил к торцу уголок, сделанный из Т-образной направляющей от лифта.

В собранном виде наковальня приобрела следующий вид.

Также пользователь сделал набор приспособлений для наковальни.

Изготовление и установка горелки в закрытый газовый горн

Рассмотрим два варианта – смастерить горелку «с нуля», используя рекомендации домашних мастеров с опытом, либо применить готовую конструкцию, приспособив/видоизменив некоторые её характеристики. Необходимо отметить, что в первом случае следует обладать весьма высокой квалификацией, а также иметь опыт настройки и, как минимум, ремонта подобных устройств. Иначе дело может окончиться взрывом, ожогами, и прочими неприятностями.

Конфузионного раструба из жаропрочной из стали типа Х18Н9Т.
Стального трубчатого корпуса, имеющего форму двойного усечённого конуса.
Газоподводящей головки.
Воздухоподводящей головки.
Устья.
Регуляторов количества газовоздушной смеси.

Для изготовления такой горелки необходимы: трубы на 1,5 дюйма, листовая заготовка толщиной не менее 1,2 мм под конфузор, два штуцера и три фланца – под соединение элементов. Сварную конструкцию лучше выполнять из жаропрочной стали, при этом сварку необходимо производить под флюсом или используя инертный газ. Как воздухо- и газоподводящие трубы можно использовать рукава высокого давления, диаметры которых будут соответствовать присоединительным размерам корпуса. Необходимы также фиксирующие хомуты и качественные уплотнения из бензомаслостойкой высокотемпературной резины. Все остальные элементы соединяются при помощи резьбы.

Горн с самодельной газовой горелкой

На некоторых сайтах встречаются рекомендации по изготовлению корпуса горелки способом вальцовки трубчатой заготовки. Но при больших давлениях струи пластическое упрочнение материала может привести к возникновению зон внутренних напряжений, которые при пуске горелки часто становятся причиной трещинообразования металла корпуса.

Вариант с установкой горелки от б/у газовой плиты значительно проще. Предварительно потребуется определить затраты топлива, необходимые для быстрого нагрева металла под ковку. Подбирая готовую конструкцию, устанавливают мощность основного агрегата (котла, плиты и т.п.), для которого устройство применялось. Произведение этого значения на КПД (для газа это – 0,89…0,93) даёт искомое значение мощности W. Немного сложнее установить расход газа Т. Алгоритм расчёта следующий:

Выясняется теплотворная способность топлива Q (для пропана можно принять 3600 кДж/м3);
Используя формулу Т = 3,6W/Q, определяется расход.
По результатам расчёта подбирается вся необходимая запорно-регулирующая арматура: клапаны, тройники, уплотнительные кольца и т.д.

Установку горелки в горн для ковки своими руками производят следующим образом. Вначале в подготовленное футеровочное отверстие вставляют конфузор, к нему через листовую прокладку из жаропрочной стали присоединяют устье горелки. К нему прикрепляют само изделие, и ввинчивают трубки для подачи воздуха и газа. Проверяют эффективность действия регуляторов, после чего производят пробный пуск газа от баллона или стационарной сети. Все работы необходимо проводить при хорошо проветриваемом помещении. При малейшем запахе газа установочные работы прекращают, и выясняют источник вероятных утечек.

Если вы нашли ошибку, пожалуйста, выделите фрагмент текста и нажмите Ctrl+Enter.

Передвижной

Здесь на рис. – чертежи заслуженно популярной конструкции: уже полнофункционального передвижного горна, предназначенного для использования на открытом воздухе. Именно такого рода устройство имелось в виду при размышлении о кавалерии и швейных машинах.

Обратите внимание на узел, обозначенный цифрой 1. Это дренаж тонкой регулировки дутья. Дренажная трубка выдвигается-задвигается, а внизу в ней насверлен продольный ряд мелких, 1-2 мм диаметром, отверстий. Перепуская воздух в дренаж, можно очень точно регулировать наддув.

Нюансы самостоятельного изготовления

Как можно изготовить самодельный кузнечный горн? Для этого вам потребуются чертежи подходящей вам модели греющего устройства и помещение, где оборудование будет располагаться.

Горны отличаются по типам камер разогрева.

Закрытые камеры разогрева. Они наиболее эффективные, поскольку минимизируют затраты топлива, обеспечивая отличный нагрев заготовок. Но сами заготовки ограничены по своим размерам, поскольку зависят от габаритов камеры.
Открытые камеры разогрева. Такая конструкция предусматривает, что топлива насыпают на колосниковую решетку, а снизу обеспечивается подача воздуха. Заготовка из металла укладывается на горючее. Хотя расход топлива несколько больше, зато заготовки могут использоваться более крупные.

Как сделать кузнечный горн, дабы получить возможность ковать железо в домашних условиях? Рассмотрим каждый этап строительства конструкции.

Фото кузнечного горна сделанного своими руками

Стол. Стол является основой самодельного горна. Чертежи показывают, что соорудить этот элемент достаточно просто. Обычно высота стола до 80 сантиметров, а для крышки используют металл толщиной 5 миллиметров. Рабочая поверхность стало может иметь различные размеры. Все зависит от того, с какими металлическими заготовками вы собираетесь работать. Другой вариант строительства стола — использовать уголки для создания рамы. Внутрь нее укладывается кирпич и колосниковая решетка. Решетку следует расположить по центру.
Решетка монтируется в отверстие, выполненное в столе. Затем со всех сторон закрывается огнеупорный кирпич. Высоту стола подбирайте непосредственно под свой рост, чтобы конструкция находилась на уровне пояса.
Поддув. Чтобы устройство горна работало эффективно, ему требуется качественный поддув воздуха. За счет кислорода повышается температура, металл начинает плавиться. В традиционных конструкциях горна использовали поддув с ножным приводом. Но сейчас у всех есть возможность использовать электричество, потому оптимальное решение — электровентилятор или старый пылесос. Пылесос подает воздух нужной силы. При наличии регулятора частоты оборотов вы получите шикарный самодельный горн.
Теперь все элементы конструкции собираются в единую систему — самодельный металлообрабатывающий горн.
На колосниковую решетку засыпьте необходимое количество топлива. Сначала воспользуйтесь щепками и средними дровами, после чего наступает черед кокса. Включите поддув, разместите над топливом вашу заготовку. Сверху на железо допускается подсыпка кокса в небольшом количестве. Если кокса нет или есть большие запасы отводов от древесины, вполне можете использовать их.

Это модель простейшего кузнечного горна. Если есть желание или возможность, вы можете существенно усовершенствовать собственное оборудование для кузнечного дела, приблизив его к особенностям промышленного горна.

Что имеет промышленный горн

Профессиональные кузнецы используют промышленные горны, которые отличаются повышенной эффективностью и высокой надежностью. Изготовить самостоятельно промышленный кузнечный горн практически невозможно. Но как-то приблизить самодельную модель к идеалу вполне реально.

Чем отличается промышленный горн, и какие компоненты входят в состав его конструкции?

Сопло подачи воздуха. Самодельные горны вместо сопла используют шланг старого пылесоса, подающего воздух;
Огнеупорный кирпич. Тут полная аналогия домашнего и промышленного устройства;
Колосниковая решетка. Большинство самодельных горнов предусматривают использование колосниковой решетки. Многие делают ее из старых сковородок с толстыми стенками;
Гнездо для твердого топлива. Это гнездо позволяет удобно загружать необходимо количество твердого топлива. Оснастить подобным элементом самодельный горн проблем не составит;
Кирпичи каркаса. Это уже стационарные устройства, которые закладываются кирпичами. Для простого горна подобные элементы являются уже лишними;
Вентилятор подачи воздуха. Мы рассмотрели пример с обычным пылесосом, который неплохо справляется с задачей по нагнетанию воздуха. Если хотите, можете воспользоваться вентиляторами или другими подобными устройствами;
Металлический каркас. На его основе удерживается стол;
Воздушная камера. В самодельных кузнечных горнах его нет, но если вам нужно профессиональное оборудование, оснастить устройство камерой будет не лишним;
Зольник. Если вы собираетесь регулярно использовать в домашних условиях ваш горн, советуем оснастить его зольником. Так будет проще ухаживать за устройством;
Кожух горна.

Стационарный

Стационарные горны делают опытные мастера под свои антропометрические данные. Кусок раскаленного до оранжевого железа весом в несколько кило в клещах – предмет чрезвычайно травмоопасный, поэтому эргономика стационарного горна должна быть идеальной.

Примечание: в романе А. Н. Толстого «Петр Первый» красочно описан случай, как молодой еще царь-мастеровой получил порядочную выволочку от подневольного кузнеца за неловкость при наварке лапы якоря. Только огромная физическая сила Петра предотвратила тогда производственное ЧП.

Берем размеры

Приблизительные размеры стационарного горна показаны на рис.

Именно приблизительные, но высоту стола и его размеры нужно определить точно:

Становимся ровно, ноги на ширине плеч. Правую свободно опущенную руку сгибаем в локте.
Помощник измеряет расстояние от локтевого сгиба до пола. Добавляем к нему 5-7 см, это и будет высота стола.
Теперь берем в ту же руку самые большие клещи, помощник измеряет расстояние от живота до концов их губок.
Добавляем к нему 10-12 см, мы получили половину длины диагонали стола.
Длину стороны квадратного стола берем равной 1,4 от длины полудиагонали (0,707 от полной диагонали).

Примечание: делать стол круглым не нужно, т.к. детали клещами брать придется разные. А прямоугольным – можно, если работать будете вдвоем с подручным.

Конструкция

Последовательность изготовления стационарного горна видна из рис. Воздушник фурмы с наддувом от пылесоса или улитки автопечки лучше опустить пониже, а заслонку воздушного дренажа при этом (пп. 4 и 5) сделать выдвижной вперед. Получится воздушный ресивер достаточно большой емкости, и заслонку можно будет выдвигать-вдвигать носком обуви.

Обратите также внимание на цельный колосник, поз. 2. Он в данном случае специальный для горнов. Секрет – в перекрещивающихся ложбинках, разделяющих плиту на квадратики. В них скапливается нагар. Если насверлить отверстия в гладкой плите, то их после каждой ковки придется прочищать стальным прутом.

Но почему нельзя сделать колосниковую решетку наборной из планок, как в печке? Потому, что масса топлива спекается не однородно. В щелях между планками поток воздуха будет прыгать туда, где ему свободнее выйти. В том месте температура окажется выше, и вся заготовка может оказаться пересушенной пятнами. На-глаз мастер-любитель этого не заметит, но под нагрузкой местная хрупкость скажется. А пропускание воздуха сквозь двумерную регулярную структуру (печной колосник одномерный) уменьшает неравномерность воздухораспределения на порядок. Если колосник трехмерный, как показано на рис. с устройством горна в начале, то неравномерность распределения воздуха практически не сказывается.

А как быть, если негде взять спецколосник? Тогда приемлемый выход – полностью самодельная фурма с концентрическим расположением отверстий диаметром 8-10 мм, , такая система не так быстро засоряется и дутье по площади обеспечивает более-менее равномерное. По принципу действия похоже на рассеиватель душа.

Наддувать воздушный душ пылесосом нельзя, топливо выдует.

Нужно взять улитку от автопечки или подобную ей. Регулировать дутье дренажом в таком случае тоже нежелательно, оптимальный для равномерности дутья наддув слабоват. Нужно встроить в воздуховод дроссельную заслонку, а нижнюю крышку фурмы сделать съемной только для чистки.

Самостоятельное изготовление

Мини-горн

Самый небольшой горн, который только можно придумать – это мини-горн. Для начинающего кузнеца – это оптимальный вариант, предназначенный для использования только на открытом воздухе. Принципы построения следующие:

Чертеж мини-горна

В качестве основного строительного материал можно использовать 6–8 кирпичей. Соорудив из них подставку, можно двигаться дальше.
Сооружение колосниковой решетки можно осуществить с помощью обрезков металлических труб и фрагмента стальной полосы, толщина которой должна быть не менее 4–6 мм.
Топить такой горн можно либо углем, либо коксом. Для розжига и дутья использую обычную паяльную лампу. Она обеспечивает и подачу тепла, и непрерывность процесса.

Использование мини-горна в помещении запрещено в силу отсутствия у конструкции дымохода.

Переносной горн

Сооружение передвижного горна можно осуществить, используя такую кухонную утварь, как гусятница. В качестве системы наддува можно использовать вентилятор от ручной сирены или любое другое подходящее устройство.

У переносного горна есть определенные недостатки:

конструкция его неразборная, поэтому сложно избавиться от нагара;
не позволяет создать очень высокие температуры, максимально возможный показатель – 900 ОС;
эксплуатация обходится довольно дорого: в роли топлива можно использовать только кокс или древесный уголь.

Несмотря на это, такой вид угольного горна имеет гораздо больше возможностей, чем самодельная конструкция из кирпичей, описанная выше. Связано это с тем, что пространство для работы у переносной конструкции открыто сверху и значительно больше.

Стационарный горн

Данная конструкция является самой сложной, с точки зрения построения. Опытные мастера изготовлением горна занимаются самостоятельно, учитывая собственные антропометрические данные. Его эргономика должна быть отточена до мельчайших деталей: работы, производимые здесь, зачастую очень травмоопасные.

Итак, при строительстве стационарного горна необходимо исходить из собственных физических данных. Для этого необходимо измерить:

Высоту стола. Встать ровно, ноги находятся на ширине плеч. Правую руку необходимо сначала опустить, а затем согнуть в локте. Это и будет высота стола, к которой необходимо добавить 5–7 см.
Половину диагонали стола. В ту же руку необходимо взять большие клещи и измерить расстояние от их губок до живота. Прибавив к полученному результату 10–12 см, можно получить искомый результат.
Длину стороны квадратного стола. Для этого полученный в п.2 результат следует умножить на 1,4.

Кузнечный горн — это открытая или закрытая печь, используемая в кузнечном деле для нагревания металла
Чтобы изготовить стационарный горн своими руками, понадобятся такие материалы:

жаропрочная сталь с толщиной листа не менее 4 мм;
шамотный кирпич;
металлопрокат, из которого впоследствии следует монтировать раму горна;
стальной дымоход для осуществления процесса отведения газов, образующихся в процессе горения;
огнеупорная замазка, которую необходимо обязательно использовать для заделки щелей;
сталь для футеровки с внешней стороны.

Материалы для изготовления кузнечного горна

Правила изготовления стационарной конструкции

Так как горн – стационарный агрегат, его нахождение должно быть четко определено. Обязательно необходим доступ к одной из стен, потому что кузнечный горн не должен быть независимым. Наличие стены позволит более надежно обустроить дымоходы и установить вентилятор. В данной конструкции может использоваться самодельная фурма.

Опорная рама для кузнечного горна

Строительство горна следует начать с изготовления опорной рамы. Ее варят из металлической трубы. Обустройство верхней части производят при помощи огнеупорного кирпича. Это сделает конструкцию долговечной и позволит использовать печь более интенсивно.

Каналы, предусмотренные для вентиляции и дымохода, по периметру следует отделать стальными уголками. Металл еще используют при сооружении футеровки и заслонки печи. Листы, использующиеся в отделке, должны иметь ребро жесткости.

Стол горна должен иметь горновое гнездо, оптимальная глубина которого – 10 см. Под ним – зольная камера, в которую подается воздух. Размер стола не регламентирован, но лучше, если он сконструирован с учетом данных мастера.

Из стали толщиной 2 мм следует свернуть трубу квадратной формы. Это будет приемник для золы. В одной из стенок следует сделать отверстие, в которое позже будет вставлена труба для подачи воздуха. Ее можно осуществить при помощи пылесоса.

Переносной

Следующая конструкция – переносной горн из… гусятницы. Конструкция ясна из рис. Футеровка – шамотный мергель в смеси с шамотным песком (молотым боем шамотных кирпичей, есть в продаже). Обжиг футеровки после сушки – по ходу работы.

Возможности горна из гусятницы пошире, чем у 6-кирпичного, т.к. рабочее пространство больше и открыто сверху. Но появляются и существенные недостатки:

Неразборная конструкция: при прочистке фурмы (см. далее о стационарном горне) нагар падает вниз и засоряет перфорацию воздуховода, даже если ее отверстия ориентированы вбок или вниз. Для чистки приходится ломать футеровку.
Работает только на коксе или древесном угле, т.к. стола с пространством для выжигания нет.
Дорогая эксплуатация: расход карбона сравним с таковым угля в настоящих горнах.
Невысокая рабочая температура, до 900 градусов, т.к. не обожженная толком футеровка при большей трескается.

Какой нужен вентилятор?

Ниже мы перейдем к конструкциям уже вполне функциональным, для которых требуется полноценное дутье. И электричество для вентилятора найдется везде. Но какой нужен вентилятор для горна? Когда-то горны поддували мехами; кому любопытно, как кузнечные мехи устроены, см. рис. справа.

Примечание: именно по остаткам кузнечных мехов глубокой древности археологи установили, что металлургия у первобытных народов имела мистически-сексуальный смысл – от Скандинавии до Южной Африки глиняный штуцер горна выполнялся в виде мужских гениталий, а гнездо под него в горне – женских.

Что касается производительности, то для стационарного горна на коксе вполне хватит 200-250 л/мин. Т.е., мощность мотора вентилятора достаточна от 80-100 Вт.

Существенно важнее то, что нам нужно протолкнуть воздух сквозь довольно плотную массу спекшегося топлива. Поэтому при выборе вентилятора прежде всего нужно обратить внимание на создаваемое им давление при нулевой производительности, т. наз. предельное давление. Смысл этого параметра прост: предельное давление вентилятор создаст, нагоняя воздух в замкнутую полость.

Для горна нужно предельное давление от 220-230 мм. рт. ст., что соответствует примерно 0,3 ати. Осевые вентиляторы (крыльчатки) такое создают только промышленные, типа ВН-2 или его аналогов. Бытовые вытяжные и промышленные охлаждающие по предельному давлению вообще не нормируются и, как правило, нужного не создают.

Кроме того, нагоняют они воздух до предельного давления медленно, за минуты, а при тонких ковочно-кузнечных работах дутье нужно менять за секунды. Ставить ресивер бесполезно: при открывании вентиля воздух в нем расширится по адиабате, что при 0,3 ати даст только пшик.

Итого вывод: для наддува горна нужен центробежный вентилятор-улитка. Спецификацию можно и не смотреть, нужное предельное давление даст любой центробежный вентилятор по самому принципу своего действия. Лучше всего брать улитки от систем радиационной защиты военной техники, у них и производительность высокая. Правда, питание – 12, 24 или 27 В постоянного тока, так что понадобятся трансформатор и выпрямитель соответствующей мощности.

Отлично подойдет любой старый бытовой пылесос, но тут нужно учесть, что его мощность почти всегда будет избыточна.

Уменьшать ее ЛАТРом или тиристорным регулятором не следует: мотор будет работать в тяжелом режиме чрезмерного скольжения ротора и ресурс и так подызношенного старика окажется невелик. Лучше всего в фурме сделать широкий воздушный дренаж, как в далее описанном стационарном горне.

Характеристики и виды инжекционных горелок

От исполнения горелки горна зависит степень угара металла при его нагреве под ковку, интенсивность образования окалины на поверхности, общее потребление газа. В закрытых кузнечных горнах применяют горелки короткого пламени.

Их конструктивное исполнение гарантирует быстрое перемешивание горючей смеси, что обеспечивает высокий КПД. Продукты сгорания из рабочего пространства горна удаляются равномерно и максимально эффективно.

Принцип действия горелок

В горелках такого типа происходит сжигание пропана, поступающего из газопровода либо баллона. Здесь смесь газа с воздухом образовывается за счет эжекции, т.е. подсасывания последнего внутрь горелки под воздействием энергии струи газа, находящейся под давлением.

В зоне, где происходит забор воздуха, появляется разрежение, за счет чего воздух сам двигается в заданном направлении. Смешиваясь в корпусе горелки, рабочая смесь вырывается из него под давлением, создавая нужную температуру.

Качество работы газовой горелки зависит от постоянства соотношения объема газа и воздуха. Изменение плотности газа влияет на возможности засасывания воздуха горелкой.

Топливосжигающее устройство или горелка, является основной составляющей газового горна. Его эксплуатация полностью зависит от правильного изготовления этого ключевого элемента

Все изменения температуры сгорания должны сопровождаться аналогичными изменениями подачи воздуха, требуемого для возгорания.

При несбалансированности показателей, необходима корректировка коэффициента инжекции для достижения его стабильности. Добиваются этого путем изменения давления газа либо регулировкой воздушной заслонки.

Классификация горелок по основным признакам

Классифицируют их по разным признакам. Исходя из объема подсасываемого первичного воздуха, различают горелки частичного смешения и полного. Основными характеристиками первых являются коэффициент инжекции и кратность.

Коэффициент инжекции определяется соотношением объемов воздуха инжектируемого и требующегося для 100-проентного сгорании газа. Под выражением «кратность инжекции» подразумевают соотношение между объемом первичного воздуха и потреблением газа горелкой.

Горение газа в смеси с воздухом в инжекционной горелке происходит в специальной насадке — туннеле, изготовленном из огнеупорного материала

Инжекционные горелки, применяемые в домашних кузницах, бывают низкого (до 5 кПа) давления газа и среднего — от 5 кПа до 0,3 МПа. Когда газ в горелке находится под давлением 20-90 кПа, мощность подсоса воздуха остается практически неизменной, даже в том случае, когда в горне газовое давление и разрежение претерпевают изменения.

При падении давления ниже этой планки, коэффициент инжекции растет, давление падает, а разрежение в горне увеличивается. В зависимости от наличия распределительного коллектора, бывают горелки одно- и многофакельные.

Существует разделение по количеству сопел: с одним соплом — односопловые, с несколькими — многосопловые. Располагают эти элементы по центру либо вразброску. По этому признаку есть горелки с центральным соплом и периферийным.

Отверстие для горелки

Определите место, в которое будет входить горелка. Многим нравится, когда вход расположен сверху, а пламя направлено вниз. А некоторые предпочитают, чтобы было несколько горелок. Я же выбираю экономный подход, и еще люблю, когда то, что я делаю, выглядит хорошо. Поэтому мне больше всего нравится одна горелка в задней части горна с пламенем, направленным вверх. Установите на дне кирпичи и нарисуйте круг в месте, где вы выбрали расположение горелки. По периметру нарисованного круга сверлом по бетону проделайте множество отверстий. Сначала высверливайте отверстия не до конца и, сделав круг, продолжайте снова, добавив движения из стороны в сторону, чтобы пробить кирпич насквозь и объединить соседние отверстия. Если не торопиться, то вырез может получиться относительно ровным. Обведите отверстие на металлическом дне, и вырежьте его при помощи газового (плазменного) резака.

Конструкция канала подвода газа в горелке

Канал подвода газа представляет собой медную или латунную трубку следующих размеров:

наружный диаметр 6 мм;
толщина стенки не менее 1 мм.

На эту трубку устанавливаются:

с одной стороны — газовый вентиль со шлангом, который идёт к источнику газа (магистральному трубопроводу, баллону и т. д.);
с другой стороны — монтируется ниппель от примуса. При этом необходимо выполнить следующее: заточить на конус рабочую часть ниппеля;
внутри трубы нарезать резьбу М5 и завернуть в неё ниппель (он уже имеет штатную наружную резьбу М5).

Топливо

Их состав включает в себя водород и углерод, которые при соединении с кислородом выделяют много тепла. Причем такое смешение может происходить предварительно, например, в горелке.

Уголь для кузнечного горна

Однако нужно понимать, что управлять природным газом для таких целей будет почти невозможно, поскольку он состоит из разных углеводородов, которым требуется разное количество кислорода. Поэтому организовать оптимальную подачу воздуха не получится. К тому же в составе природного газа содержится сера, которая отрицательно влияет на свойства металла. Поэтому смесь требует предварительно очистки или может использоваться для обработки неответственных деталей.

Нагрев заготовки в кузнечном горне

От кузнечной печки требуются два главных и единственных свойства: давать очень высокую температуру, вплоть до 1200 — 1500°С и возможность поддерживать нужную температуру в течение определенного времени. Иными словами, нам нужен сильный и ровный жар.

При какой температуре металлы поддаются ковке, то есть начинают быть пластичными? Это у всех металлов и сплавов по-разному. А вот визуальный признак того, что металлическая деталь нагрелась до нужной температуры, тоже общий – это оранжевый цвет детали.

Все металлы отвечают на нагревание изменением цвета от темно-красного до пронзительно-белого. Так вот оранжевый цвет – это сигнал, что можно начинать настоящую кузнечную работу по металлу.

Чертеж кузнечного горна.

Единственный металл, который ведет себя довольно подло и не меняет своего цвета при нагревании – это алюминий. Он не самый легкий металл для ковки и сварки в принципе, с алюминием нужно знать и применять множество специальных требований.

Так вот отсутствие оранжевого цвета в то время, как он уже нагрелся для ковки – значительный фактор, затрудняющий работы с этим капризным металлом и его сплавами. Ведь и перегреть нельзя. Недогреть – тоже никуда не годится.

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:

Камера. Для ее изготовления используется материал, обладающий огнеупорными свойствами. С внешней стороны камера обкладывается сталью с жаростойкими свойствами.
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.
Под. Для его изготовления используется шамотный кирпич, обладающий жаростойкими свойствами.
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.
Редуктор смесительный. Воздух входит в газовую смесь, которая находится в баллоне.
Сопло. Его форма имеет непосредственную зависимость от формы заготовок, которые будут использоваться в процессе работы.
Решетка колосников. Ее предназначение заключается в повышении показателя тяги, а также в обеспечении сбора окалин.
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.

Конструкция и предназначение устройства

Первый кузнечный горн своими руками был изобретен еще древними халибами. В наше время существует несколько вариантов конструкций этого устройства. При их классификации ориентируются на такие факторы горнов:

Топливо, которое используется для розжига (уголь, газ, кокс, мазут).
Конструкция горна.
Размеры устройства.
Цель, с которой предполагается его использование (нагрев под ковку, термообработка заготовки).

В качестве топлива может использоваться мазут, газ или уголь. Как правило, чаще всего применяется уголь. Этот вариант топлива отличается безопасностью и невысокой стоимостью. Что касается мазута или кокса, эти виды топлива относятся к дорогостоящим, а также загрязняющим окружающую среду.

Использование газа обеспечивает высокий уровень коэффициента полезного действия, но в то же время требует более тщательного обслуживания установки.