Переносной кузнечный горн своими руками. Простой кузнечный горн из хлама своими руками

Кузнечные шедевры всегда пользовались особой любовью и популярностью. И если есть силы, желание и возможности, то всегда можно заняться этим прибыльным ремеслом в пределах территории своего частного дома. Тем более что самодельный горн из кирпича оказывается очень простым в самостоятельном исполнении.

Предназначение оборудования

В любой кузничной мастерской горн применяется для ряда важных операций - разогреть металл непосредственно перед ковкой, цементировать его или же заняться другими операциями по термообработке. Даже вне производственного цеха он позволяет получить температуру, доходящую до 1200 градусов. Удивительнее всего, что такое оборудование можно сделать самим - в упрощенном своем исполнении его можно собрать примерно за тридцать минут, используя при этом всего шесть шамотных кирпичей и несколько кусочков стали. При этом и температурные, и качественные показатели самого процесса нагрева будут соответствовать требованиям для мелкой художественной ковки и даже плавки.

Горны делятся на открытые и закрытые . В первом варианте исходник разогревается в специальном пространстве-камере.

Для второго типа топливо будет засыпаться непосредственно на саму решетку, а воздух поддаваться снизу (на нем удобно работать с большими заготовками).

Как будет работать самодельное оборудование? В основе работы любого (и промышленного, и домашнего) подобного оборудования лежит принцип химической реакции, которую дает горение углерода. Этот элемент способен в буквальном смысле слова «жадно» хотеть воссоединяться с кислородом (что и взяли на заметку в металлургии). Руды железа и других металлов представляют собой окислы и их соединения. Кислород при нагреве идет к углероду, а металл начинает выделяться в свободном виде.

Однако нужно следить за тем, чтобы сам металл не сгорел - передержанный, он станет просто пересушенным (это, к примеру, чугун).

Именно поэтому важно регулировать поступление воздуха в горн. А это невозможно сделать без правильно построенной конструкции.

Как устроен горн

Промышленный аппарат имеет несколько отличное от самодельного устройство. Прежде чем приступать к самостоятельному изготовлению такого изделия, нужно изучить его основу:

1. Через сопло (по-другому называется фурма) воздух попадает в пространство камеры.
2. Огнеупорные кирпичи будут сохранять необходимую температурную мощь.
3. Колосники удержат используемое топливо над воздушной камерой.
4. В горновое гнездо загрузится источник топлива.
5. Еще одни кирпичи сформируют каркас устройства.
6. В горнило подает воздух вентилятор.
7. Общий каркас обычно делают из металла.
8. Камера воздушная.
9. Зольник.
10. Труба воздуховода.
11. Кожух.

Конечно, чтобы соблюсти все вышеперечисленное, обычному человеку не хватит знаний и средств. Но более упрощенный вариант вполне реально установит собственными силами.

Горн из кирпичей: простой закрытый вариант

Временная кузница легко возводится из имеющихся подручных средств. Для этого пригодятся:

• шесть кирпичей огнеупорных;
• лампа паяльная;
• самодельная решетка (колосниковая), сделанная из стальных полос толщиной не менее 3 мм.

Все работы должны вестись в заранее продуманном пожаробезопасном месте. Правильной последовательностью этапов можно считать следующую:

1. Укладывается нижний «слой» кирпичей (две штуки).
2. Затем на них укладываются две обрезанные водосточные трубы, на которые кладется решетка таким образом, чтобы между ней и кирпичами снизу еще виднелся зазор.
3. На решетке нужно немного отогнуть поперечные рейки - это поможет им захватывать пламя разогретой паяльной лампы и уже направлять его строго вверх.
4. Укладываются два боковых кирпича (это будут стенки).
5. На них аналогично нижним расположатся пара оставшихся верхних.
6. На решетку насыпается кокс (каменный уголь) и перед самим горном ставится паяльная лампа (уже разогретая). От её пламени разгораются угли и поддерживается дальнейшее горение. Теперь остается только найти то оптимальное направление у пламени, чтобы на выходе была очень высокая температура.
7. По соображениям безопасности лучше отгородить паяльную лампу от горячего горна каким-нибудь экраном, сделанным из негорючего материала.

Изготовление деталей

>
Рабочей поверхностью будет являться стол - то есть основа горна, где будет размещать очаг с топливом. Именно на нем разогреваются заготовки из металла. Такая конструкция обычно оказывается очень тяжелой. Сделать её просто: например, можно изготовить металлическую крышку в 4 мм листа стали.
Как изготавливается решетка? Можно «приспособить» для этого старую чугунную сковородку (только перед этим нужно просверлить несколько отверстий 10-миллиметровым диаметром). Как вариант, подойдет и колесный диск.
После завершения работ с решеткой подгоняем её, вставляя в отверстие стола. Чтобы лучше «подошло», кирпич можно будет даже слегка подпилить (предварительно замочив его в воде). Высоту такого стола можно выбирать произвольной, но лучше делать это на уровне пояса мастера.

Газовые варианты

Можно ли заменить уголь (чаще кокс) и паяльную лампу какими-то другими аналогами? Например, это может быть газовая горелка. В промышленности - да, легко по той простой причине, что используемые там моногазы специально предназначены для таких целей (они состоят из специально подобранной смеси). А вот бытовой газ не даст в использовании оптимального разогрева воздуха, который сможет нагреть металл. К тому же в бытовой горелке есть примесь серы, которая способна просто «убить» все эксплуатационные свойства металла (для обратного процесса все придется переплавлять заново). Также «отравляет» сталь и сера с древесины.
Конечно, с подобным можно бороться. Только способы несколько «экзотичные»:

1. Пропустить газ из баллона через емкость с нафталином перед подачей в горелку.
2. Нагревать подобным газом не слишком ответственные и подвергаемые нагрузке детали (это могут быть какие-либо декоративные художественные элементы ковки).

Как использовать «самоделку»

самодельный горн из кирпич

Дополнительное поступление поддува воздуха можно обеспечить при помощи ножного привода (чаще механического). Его можно заменить и вентилятором, и пылесосом. Насчет последнего можно сказать, что здесь важно, чтобы присутствовал регулятор оборотов и он мало шумел.
Горн из кирпича практически готов . Теперь важно научиться им правильно пользоваться:

1. Сама ковка будет начинаться с засыпания топлива на область колосника. Хотя многие кузнецы действуют по такому признаку: заготовки размещаются на самих углях, а сверху досыпают еще один слой (это позволяет внутри угля образовываться своду и создать необходимую огромную температуру).
2. Древесным топливом все-таки разрешается пользоваться, но для того придется установить одно кольцо на горн (высота 15см и диаметр 20 см). Внутри кольца делается вертикальный вырез и такой же - на другой стороне.
3. Так по мере сгорания древесные отходы будут падать вниз, а в самой нижней части будет установлена оптимальная температура для работы с металлическим изделием.Если планируется работать с заготовками большого размера, то лучше увеличить рабочую поверхность - для этого достаточно изготовить из уголков специальный съемный столик необходимого размера.
4. Над кузнечной мини-мастерской нужно будет установить также вытяжку - такой короб можно как приобрести, так и изготовить самостоятельно.
5. Выбранную для ковки заготовку нужно зарыть в уже раскаленный уголь, где она выдерживается примерно до светло-оранжевого цвета (это показатель того, что и температура подошло к отметке примерно тысячи градусов). Слишком долго держать заготовки нельзя - это только ухудшит их механические свойства, и сделает металл слишком хрупким.
6. Для ковки используют молоток массой до одного килограмма. Работать нужно в специальных защитных очках - это предотвратит попадание горячей окалины в глаза.
7. В качестве наковальни можно использовать любую массивную металлическую вещь - кувалду или даже обломок рельса.

Самодельный горн поможет даже сделать сварку - только в этом случае детали нужно нагреть до белого каления (а это уже температура не менее 1300 градусов) и соединить их внахлест. Но для такого лучше использовать низкоуглеродные стальные материалы.
На подобном оборудовании можно даже паять. Для такого детали предварительно связываются проволокой и покрываются бурой (или флюсом) и затем отправляются в горн нагреваться до температуры 900° - это будет видно по оранжевому цвету металла. Осталось только внести в места пайки куски латуни и дождаться, пока они растекутся по шву.
При помощи такого самодельного оборудования можно изготовить решетки, щипцы для камина, декоративные дверные и воротные петли и даже подсвечник. Ассортимент будет зависеть только от желания стоящего за горном мастера.
Для более подробного раскрытия темы рекомендуем к просмотру видео по изготовлению простого кузнечного горна:

Ковка своими руками в настоящее время не потеряла своей актуальности. Для придания металлу пластических свойств необходимо его нагревать. С этой задачей успешно справляется кузнечный горн. Его основная функция состоит в постепенном увеличении температуры, при которой металл можно будет подвергать ковке. Температура ковки составляет порядка 1200 0 С. Существует несколько типов горнов, каждый из которых можно приобрести в специализированном магазине, но в целях экономии можно изготовить горн своими руками.

Выделяют 3 классификации горнов для ковки своими руками:

• по особенностям конструкции;
• по используемому топливу;
• в зависимости от размера поверхности.

В зависимости от конструкции выделяют закрытые или открытые горны. В зависимости от того, какое топливо используется для горна, различают горны, работающие на мазуте, угле и газовые горны. В основу разделения горнов по размерам поверхности выделяют небольшие, средние, крупные конструкции.

Применение горнов, работающих на угле, является устаревшей процедурой для ковки. Это связано с целым рядом недостатка такого вида топлива.

Уголь неравномерно нагревает горн и требует значительного расхода. Устройство, работающее на угле, имеет невысокий КПД.

Устаревают в плане применения и горны, работающие на мазуте. Но данный тип если и не применяется в промышленных объемах, то может быть успешно использован в домашних условиях.

Изготовление газового горна не занимает большого количества времени.

В этом случае достаточно взять стальные обрезки и 6 шамотных кирпичей.

Структура горна

Любой самодельный горн для ковки должен включать в себя следующие составные части:

• воздуховод;
• вентиль;
• горнило;
• топливник с решеткой;
• зонт;
• дымоход или газоотвод (в зависимости от типа горна);
• окошко для подачи заготовок;
• воздушный дренаж;
• закалочная ванна;
• стол горна;
• воздушная камера;
• шатер горна;
• газовая камера.

Изготовление горна своими руками

Рекомендуется изготавливать горны закрытого типа. Они состоят из таких составных частей: кладки (футеровки), опорной рамы и стоек, дымохода, пода, вентилятора и заслонки. Для создания самодельного горна понадобятся такие материалы:

• профильный металлопрокат из стали;
• обмазка;
• сталь в виде толстых листов;
• листовая сталь для внешней отделки;
• дымоходы из стали;
• огнеупорный кирпич.

Профильный металлопрокат идет для изготовления опорных стоек, рамы и заслонки. Применяемая обмазка должна быть настолько прочной, чтобы выдерживать действие огня. Такие же требования предъявляются к толстолистовой стали. Она тоже должна быть хорошо защищена от действия высоких температур и огня.

Изготовление опорной рамы горна

На первом этапе обустройства горна требуется изготовить его опорную раму. В первую очередь, выбирается место, где будет находиться сам горн. Важно, чтобы сама конструкция располагалась около стены помещения, несмежной по отношению к другим помещениям. В противном случае, у мастера возникнет проблема с установкой дымохода и вентилятора.

По требованиям безопасности горн должен располагаться в 1 метре от капитальной стены. Важно, чтобы сама стена не состояла из материалов, которые легко могут возгораться.

Установка опорной рамы подразумевает использование чертежей и схем. Необходимо заранее сопоставить размеры будущего горна и габариты мастерской, в которой предполагается его установка.

Для изготовления стоек применяют сталь марки 09Г2С, в составе которой содержится менее 2,5% легирующих элементов ( , хром, азот). Такая сталь является низколегированной, что выражается в ее прочности и быстроте сварки.

Опорные стойки для рамы свариваются. После того, как рама будет готова, в ней проделывают отверстия, через которые в дальнейшем будут крепиться части внешней отделки горна.

Изготовление сводов и пода горна

Своды горна, то есть его верхняя часть, должны быть сделаны из материалов, способных выдерживать действие очень высоких температур. Именно на своды будет приходиться вся нагрузка. Наибольшее распространение в качестве материалов для сводов получили динас и шамот.

Динас относится к числу высокоогнеупорных материалов. Он может выдерживать воздействие температур порядка 1790 0 С. Динас содержит значительную долю диоксида кремния. Поэтому данный материал имеет молочный цвет. Горны, в основу которых входят кирпичи из динаса, отличаются особой долговечностью. По этой причине динас считается одним из самых дорогостоящих материалов для горнов.

Шамот делается с учетом требований ГОСТ 390-79. Шамот, соответствующий требованиям указанного ГОСТа, и обычный кирпич довольно схожи по внешнему виду. Однако кирпич быстро изнашивается и начинает разрушаться при температуре в 1000 0 С. Качественный шамотный кирпич должен иметь малую пористость. У такого кирпича должен быть молочно-кремовый цвет, а его вес должен составлять минимум 5 кг. Чаще всего используется шамотный кирпич марок ША, ШПД.

Кладка для горна должна содержать следующие элементы в пропорциях:

• динас или шамот в измельченном виде (40% от общего количества);
• огнеупорная глина (60% от общего количества).

Дымоход, как и вентилятор, выкладываются полосами из стали по всему их периметру. Кладка (футеровка) вместе с заслонкой изготавливаются по схожему механизму, что и своды. Кладку дополнительно обносят листами с жесткими ребрами, что позволяет ей сохранять тепло. Сама печь при этом не будет отдавать слишком большое количество тепла наружу, увеличивая при этом быстроту внутреннего нагрева.

Когда все работы будут сделаны, мастеру необходимо просушить горн. Затем необходимо проверить вентилятор, после чего можно приступить к пробной проверке работы горна. Если конструкция работает исправно, то можно начинать ковать металл.

Кузнечный горн используется, чтобы разогревать металл перед ковкой, цементировать его и выполнять иные процедуры, связанные с термической обработкой. Он дает возможность устанавливать температуру в 1100-1200 градусов. Для использования стандартного кузнечного горна необходимо располагать специальными навыками и знаниями, уметь выбирать горючее. Горн газовый, хоть и не может быть использован для ковки, к примеру, дамасских мечей, однако конструктивно он устроен достаточно просто. Его возможно сделать за тридцать минут из шести шамотных кирпичей и стальных обрезков.

Конструкция

Приведем конструктивные части, наличие которых предполагает устройство горна:

• стол из материала, стойкого к огню;
• очаг с колосниками;
• воздушная камера;
• воздушный дренаж;
• воздуховод подачи;
• шатер;
• отверстие, через которое подаются длинные детали;
• зонт;
• дымоход;
• горнило (можно снимать);
• емкость для закалки;
• газовоздушная камера.

Горн на угле

Как сделать кузнечный горн? В первую очередь этого нужно понять принцип его действия. Угольный горн функционирует благодаря прогоранию углерода. Сгорая, углерод выделяет большое количество энергии, которая и используется для нагрева.

Так как углерод представляет собою сильнейший восстановитель, он давно применяется в металлургической сфере, чтобы выплавлять железо, иные металлы. Углерод забирает из металлической руды весь кислород в результате после выплавки остается чистый металл.

Углерод не дает заготовке, обрабатываемой посредством горна, слишком быстро окисляться. Благодаря этому деталь не сгорает. Дутье осуществляют так, чтобы горючему недоставало воздуха. Если слишком долго держать изделие в горне, оно пересушится, станет хрупче.

Газовый горн

Конструкция устройства становится намного проще, если в качестве горючего применить моногаз, прошедший очистку (пропан, бутан). Данные газы заключают в себе углеродные и водородные молекулы (водород хороший восстановитель, взаимодействуя с воздухом, он выделяет много энергии). Газ возможно смешивать с кислородом в горелке. Самодельный газовый горн делается достаточно быстро. Главное – установить горелку.

Иначе дело обстоит, если использовать природный газ. Он представляет собой соединение ненасыщенных/насыщенных углеводородов, которым для полного прогорания требуется различное количество воздуха. Оптимально отрегулировать подачу кислорода не получится.

Кроме того, в природном газе присутствуют серные, кремниевые и фосфорные молекулы. Сера является «злейшим врагом» стальных деталей. Она делает их непригодными к эксплуатации. Чтобы восстановить заготовки, понадобится полностью их переплавлять.

Ввиду этого природный газ возможно применять в качестве горючего лишь после очищения от серы. Проще всего перед подачей топлива в горелку пропускать его через нафталин, который вберет в себя все серные молекулы. Самодельный кузнечный горн, работающий на бытовом газе, предназначается, прежде всего, для обрабатывания заготовок, которые не будут сильно нагружаться в будущем.

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.

Создание горна

Легче всего сделать кузнечный горн своими руками из шамотных кирпичей. Полки колосников делаются из обрезанных металлических труб, а сами колосники – из стальной полоски толщиной четыре – шесть миллиметров. Их необходимо закрутить на угол винтом (для захвата потока дутья). Горючим будет служить уголь, кокс. Разжечь горн можно посредством паяльной лампы. Не забудьте установить перегородку из асбеста промеж лампы и горна. Использовать подобный горн в домашних условиях возможно лишь вне помещения, потому как зонт и дымоход не предусмотрены.

Также можно изготовить стационарный кузнечный горн своими руками. Для этого необходимо установить габариты стола, на котором он будет стоять.

1. Встаньте прямо, ноги на ширине плеч. Опустите правую руку, согните ее в локтевом суставе.
2. Пусть напарник замерит расстояние от локтя до земной поверхности. Прибавьте пять – семь сантиметров. Это и будет высота стола.
3. Возьмите в правую руку клещи (желательно большого размера). Напарник должен замерить расстояние от живота до концов губок инструмента.
4. Прибавьте 10 – 12 сантиметров. Это будет одна вторая длины диагонали стола.
5. Длина стороны стола должна равняться 0,7 от диагонали.

Воздушник фурмы с пылесосным наддувом желательно расположить внизу. Заслонка дренажа должна быть способна выдвигаться в переднюю сторону.

Рекомендуется устанавливать цельный колосник, располагающий канавками, которые перекрещиваются и разделяют плиту на квадраты. В них накапливаются нагарные отложения. Если просверлить отверстия, то после каждой ковки их нужно будет чистить прутиком из стали.

Почему не стоит делать своими руками горн, используя колосник из планок? Обусловлено это тем, что горючее прогорает неодинаково. В щелях между планками полок кислород будет поступать туда, где ему проще выходить. В том участке температура повысится, вся деталь пересушится, ее хрупкость увеличится.

Как сделать горн, если нет специального колосника? Хороший вариант – фурма, в которой отверстия располагаются концентрически, имеют радиус 4-5 миллиметров. Подобная конструкция медленно загрязняется, обеспечивает равномерность дутья.

Горелки на газу

Газовый кузнечный горн оптимально подходит для художественной ковки. Есть модели, которые создать, не имея разряда, практически невозможно. Плюсом подобных устройств считается то, что они функционируют на любом газе, имеют мощный наддув.

Велосипедные запчасти возможно использовать, чтобы изготовить газовый горн своими руками. Из токарных работ нужно будет лишь выполнить обточку звездочки от коробки переключения передач велосипеда. Данное устройство может работать на пропане, бутане. Однако нагревать ею можно лишь небольшие горны из кирпича, которые замкнуты. Ни при каких обстоятельствах не топите горелку ацетиленом. Деталь попросту сгорит, устройство взорвется.

Понять, как сделать газовый горн, намного проще, чем разобраться, к примеру, в электрической схеме. Для его изготовления используйте соответствующие чертежи, фото. Посмотрите видео горн своими руками, и вы сможете создать устройство, отлично подходящее для домашнего применения.

Сейчас очень многие мужчины воспылали страстью к кузнечному делу. Красота раскаленного металла, преображающегося на глазах в красивое кованое изделие, завораживает. Многих из желающих приобщиться к этому ремеслу пугает техническая сторона вопроса: где взять или изготовить кузнечный горн, какие нужны инструменты, как оборудовать кузницу, чтобы не случился пожар и т.д. Здесь мы рассмотрим лишь вопрос, как сделать кузнечный горн в домашних условиях. Все остальные вопросы при наличии сильного желания также можно легко разрешить.

Кузнечное ремесло предполагает наличие горна и его не так трудно создать даже в домашних условиях.

Разновидности кузнечного горна

Кузнечный горн — это специальное устройство для нагрева металла.

Он может быть самой разной конструкции и использовать различные виды топлива. Кузнецы-одиночки предпочитают использовать горн, работающий на коксе. Этот вид топлива отличается довольно высокой ценой, но при этом удобство его использования, а также высокая температура горения и небольшое количество отходов компенсирует любые затраты. Одна из разновидностей мелкого кокса называют «коксик», большинство мастеров предпочитают использовать его, так как нет необходимости колоть уголь самостоятельно. В качестве топлива можно использовать и другие виды каменного угля, а также древесный, но зачем брать худшее, если требуется сделать все хорошо? Нефтепродукты или природный газ обычно используются на больших предприятиях.

Вторым признаком, по которому можно разделить кузнечный горн на разновидности, — это такая его конструктивная особенность, как открытость, то есть существуют открытые и закрытые виды горна.

Схема устройства передвижного горна открытого типа.

Закрытый горн делать немного сложнее открытого. Его особенность в том, что в устройстве есть специальная камера, в которой и происходит нагрев металла. Такой вид горна гораздо экономичнее, но он накладывает ограничение на размер заготовки пределами своей камеры.

Наиболее распространенный простой тип горна — открытый. Он крайне просто устроен, так как состоит из некоей емкости. Сверху устанавливают решетку, на которой будут гореть угли, а снизу подается воздух. У такого горна нет ограничений на размер заготовки, она укладывается для нагрева непосредственно на раскаленные угли.

© При использовании материалов сайта (цитат, изображений) указание источника обязательно.

«Горн» слово германского происхождения horn, изначально – «рог», потом horn получило множество других значений, лишь бы предмет как-то на рог походил или от него происходил; одна из высочайших вершин Альп называется Matterhorn. Древний плавильный горн, в котором получали кричное железо, с виду похож на сигнальную трубу из рога, поставленную раструбом вниз, так он и стал горном, а от него и кузнечный горн, хотя на рог он уже никак не похож.

В кузнице горн применяется для разогрева металла перед ковкой, цементирования и других операций термообработки. Горн – вещь очень нужная всем, кто работает с металлом: он позволяет получить в кустарных условиях температуру до 1100 и даже 1200 градусов , может быть как большим стационарным, так и маленьким настольным, а сделать горн своими руками не представляет большого труда и сложностей.

Чтобы пользоваться кузнечным горном традиционной конструкции, нужно быть достаточно сведущим и умелым мастером, особенно по части выбора топлива, о чем ниже будет сказано подробнее. Немалого опыта требует и основа очага горна – фурма – и устройство наддува. Использование для нагрева природного газа хотя и не позволяет выковать в домашней кузне дамасский клинок или индийский булат вуц, как классический угольный горн, но существенно упрощает конструкцию: газовый горн можно собрать за полчаса-час из 6 шамотных кирпичей и нескольких обрезков стали , а температура и качество нагрева будут достаточны для столь популярной сейчас мелкой художественной ковки или плавки цветных металлов и сплавов под литье.

Устройство горна

Классический производственный горн устроен следующим образом, см. рис справа:

1. стол горна из огнеупорного материала;
2. топливник (очаг) с колосниковой решеткой;
3. воздушная камера;
4. воздушный дренаж;
5. подающий воздуховод;
6. воздушный вентиль;
7. камера (шатер) горна;
8. окно для подачи длинномерных заготовок;
9. зонт горна;
10. дымоход (газоотвод);
11. съемное горнило;
12. закалочная ванна (бадья, лохань);
13. газовоздушная камера.

Принцип действия горна

Чтобы самому сделать горн и успешно им пользоваться, разберемся, как работает горн, что в нем к чему и что в нем можно удешевить и упростить в условиях домашнего использования без ухудшения качества обработки металла. В основе работы горна лежит химическая реакция горения углерода 2C + O2 = 2CO2 + 188,1 ккал . По ее энерговыходу (94,05 ккал/моль, т.е. 12 г С, полностью сгорев, дадут 94,05 ккал тепла) видно, что углерод – весьма сильный восстановитель, т.е. жадно соединяется с кислородом.

Это свойство углерода с незапамятных времен используется в металлургии для выплавки железа и других металлов: их руды часто представляют собой соответствующие окислы или их производные соединения. Углерод бесцеремонно обирает себе кислород, и обездоленному металлу не остается ничего иного, кроме как выделиться в свободном виде.

В кузнечном горне восстановительная способность углерода также используется отчасти, как препятствующая окислению заготовки. Попросту, чтобы металл не сгорел. Но не менее здесь важна высокая теплотворная способность углерода: поддувая в массу топлива достаточно воздуха, чтобы углероду его хватило, можно сжечь его довольно быстро, а большое количество выделившегося тепла и температуру разовьет высокую.

Дутье в горн регулируют таким образом, чтобы кислорода топливу чуть-чуть не хватало, это полностью предотвратит окисление металла. Однако, если заготовку в горне передержать, то пойдет науглероживание: металл, особенно сталь, станет, как говорят, пересушенным – чрезмерно, непропорционально возрастанию твердости, хрупким. Пример совершенно пересушенного железа – чугун. В металлургии, чтобы получить из него конструкционную сталь, расплавленный чугун подвергают переделу: в конверторе или иным способом вводят в него кислород, отнимающий лишний углерод.

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.

Примечание: в древесине серы тоже хватает с избытком для отравления стали. Но ее и другие, т. наз. легирующие яды, можно выжечь заранее, см. далее.

Видео: газовый горн своими руками

Назначение частей горна

Теперь вернемся к списку в начале и посмотрим, что в горне для чего. А тогда уже возьмемся за изготовление горна по образцам, рассмотренным далее или самостоятельно, исходя из имеющихся в наличии материалов и возможностей.

В промышленности на футеровку стола идет преимущественно кварцевый огнеупорный кирпич, он при интенсивной рабочей нагрузке служит десятилетия. Самодельный горн обычно футеруют печным шамотным кирпичом , более дешевым и доступным. При нерегулярном пользовании его тоже хватит на годы.

Топливник с колосниковой решеткой, воздушной камерой с дренажом и подающим патрубком с вентилем образуют сердце горна – фурму. В промышленных образцах применяют сменные фурмы под разные способы нагрева и нагреваемые заготовки. Любителю или мастеру-индивидуалу чаще всего достаточно одной наглухо вмонтированной в стол с цельной перфорированной круглыми отверстиями колосниковой решеткой.

Воздушный дренаж необходим, чтобы точно и оперативно, не отрывая взгляда от заготовки, регулировать дутье . Недогретую деталь проковать не удастся и закалку она не примет; перегретая и пересушенная пойдет рваться под молотом, а в закалочной ванне ее поведет как минимум, а то и треснет. И уж во всяком случае окажется недопустимо хрупкой. Как по виду раскаленной заготовки определить ее готовность для ковки или закалки – разговор особый. Но опытные кузнецы знают, что перепустить лишний воздух в атмосферу нужно успеть за секунды.

Назначение камеры, или шатра, горна совместно с его зонтом и дымоходом – удалить дымовые газы из рабочей зоны . Их при подготовке угольной массы (см. ниже) выделяется предостаточно, и ни один для здоровья не полезен. Тяга в дымоходе нужна хорошая, т.к. переднее (рабочее) окно шатра и проемы для длинномера (трубы, металлопрофили) открыты постоянно.

Что касается закалочной ванны и газовоздушной камеры, то они могут быть, а могут и не быть, это уж по вашему усмотрению. Закалочная ванна обязательно нужна, если вы собираетесь ковать т. наз. дамаск, изделия из булатной стали. Им нужна термоударная закалка, т.е. из горна – мгновенно в ванну.

Примечание: о нравах прошлого. Когда-то лучшими считались булатные клинки, закаленные в живом теле пленного сильного врага или, в крайнем случае, мускулистого раба.

Газовоздушная камера в промышленности используется:

• Для дополнительной сушки и подогрева воздуха.
• Для очистки дутьевого воздуха от примесей и конденсата.
• Для введения в воздух газообразных легирующих присадок.

В домашних условиях супер-супер спецспавы не получают; проблема конденсата на производстве возникает при дутье от общей сети сжатого воздуха. В маломощном горне воздух достаточно нагревается, проходя через отверстия колосника фурмы, а очистить бытовой газ от серы можно, пропуская его сквозь слой нафталина, как сказано выше. В общем, делайте газовоздушник, не делайте, дело ваше.

Наконец, горнило. Это жаростойкий колпак, расширяющий зону предельно высокой температуры . Его ставят, если в горне плавят в тигле цветные или драгоценные металлы и сплавы (температура плавления золота 1060 градусов, серебра 960, меди 1080, латуни и бронзы 900), цементируют детали в муфеле и т.п. Искать дорогое готовое горнило нет смысла, в домашней кузне его вполне заменит десяток шамотных кирпичей, выкладываемых на сухую по детали. В такой комплектации самодельный горн заменит и дорогостоящую .

Как топят горн?

Чтобы взяться наконец-то за свой собственный горн, осталось выяснить, а как же его топить? Тогда и в конструкциях разобраться будет проще.

Лучшее топливо для горна – мелкий кокс . Кузнецы его называют коксиком, название переняли и торговцы. Если в продаже кокс, а есть и коксик в мелкой упаковке. Стоит коксик, смотря до региону, раза в 3 дороже каменного угля, но уходит его на 1 ковку при умелом обращении раз в 4-5 меньше.

Кокс – практически чистый аморфный углерод, карбон. Действительно чистый: коксовый газ – ценное химическое сырье, так что металлурги не халтурят. Воспламеняется при 450-600 градусах, поэтому растопка нужна двойная: дровами разжигают уголь, а уж на него накладывают слой в 150-170 м кокса и включают дутье на максимум. Когда уголь прогорит (это видно по пламени), массу кокса разгребают, оставив на колоснике слой в 1/3-1/4 от высоты всей кучи, вводят в очаг заготовку и загребают горящим топливом. Дутье сбавляют до нормы для данной операции и ждут, пока деталь дозреет.

Для работы с дамаском нужен древесный уголь , он загорается при меньшей температуре и сгорает быстрее, т.к. сохраняет микропористую структуру древесины. А также, как активированный уголь в противогазе, дополнительно поглощает легирующие яды. Дело в том, что булат проковывают из пучка проволок или прутков разной твердости. Собственно изделие получается их взаимной диффузией при ковке. Процесс очень тонкий, и регулировка дутья нужна ювелирная, а легкий пористый древесный уголь на манипуляции воздушным дренажом отзывается мгновенно.

Если топить каменным углем, ему нужно дать прогореть до карбона , т.е. летучие составляющие, тот самый коксовый газ, должны выгореть. Это опять-таки видно по цвету пламени. Но столь полного извлечения летучих, как в коксовой батарее, прямо в горне не добиться, так что на угле можно ковать декоративные или среднего качества обиходные изделия. Как правило, одной загрузки угля не хватает и его приходится дожигать. Догрузку на дожигание подкладывают к очагу сбоку на стол и по мере прогорания подгребают образующийся карбон на заготовку.

Дровами топят в общем так же, как углем, но только лиственными . Просто кучей дрова скорее прогорят до золы, чем полностью выпустят летучие и образуют уголь. Кроме того, допускать попадания непрогоревших щепок на деталь никак нельзя, уж больно много в древесине вредных для стали примесей. Поэтому дрова на карбон в горне выжигают в обечайке, см. рис. Догрузку выжигают подложив вплотную к ней и по мере прогорания угли переносят в обечайку шипцами.

Беремся за горн

Начинающему кузнецу для приобретения опыта и чутья лучше всего быстренько сделать мини-горн из 6 шамотных кирпичей, см. рис. Лезвие топора, чтобы побриться можно было, или охотничий нож в нем не раскалишь под закалку, но можно греть мелочь для художественной ковки, концы длинномера под ковку или гнутье или плавить в тигельке драгцвет.

Полки колосниковой решетки из обрезков стальных труб, а самые колосники – из стальной полосы 4-6 мм толщиной. Колосники нужно закрутить на угол винтом, чтобы захватывали дутьевой поток, как показано на рис. Топливо – кокс или уголь. Розжиг и дутье – паяльной лампой, газовой или бензовоздушной горелкой. Если используется паяльная лампа, между ней и горном нужно поставить асбестовую перегородку с окном под сопло: горн интенсивно излучает тепло и резервуар лампы может взорваться. Пользуются этим горном только на открытом воздухе, т.к. зонта с дымоходом нет.

Примечание: еще интересный вариант – небольшой горн на скорую руку минимальной стоимости, см. видео:

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.

Наддув не обязательно вентилятором от ручной сирены, как на рис. Можно использовать любой подходящий, см. далее, присоединив его металлогофром. Это, кстати говоря, сделает работу с длинномером удобнее. В таком случае на глухом конце воздуховода необходим воздушный дренаж вроде того, как для передвижного горна, о котором еще будет сказано.

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

1. 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.
2. Работает только на коксе или древесном угле, т.к. стола с пространством для выжигания нет.
3. Дорогая эксплуатация: расход карбона сравним с таковым угля в настоящих горнах.
4. Невысокая рабочая температура, до 900 градусов, т.к. не обожженная толком футеровка при большей трескается.

О кавалерии и швейных машинах

Когда-то каждый эскадрон кавалерии всех армий мира имел на хозяйстве переносной горн с ножным приводом от кривошипно-шатунного механизма для ковки подков и подковных гвоздей. Его так и называли кавалерийским, см. рис. Если говорить об энергонезависимых горнах, то это куда удобнее, чем вентилятор от сирены: обе руки свободны. Да еще смекалистые конники приучали лошадей давить на педаль копытом.

Ныне кавалерийский горн можно увидеть разве что в музее РККА. Но – проявим и мы смекалку – старые швейные машинки с ножным приводом еще эксплуатируются и продаются. А это – тот же кривошип с ведущим шкивом подходящего диаметра и прочная станина для стола. Плюс колесики, на которых горн катать можно.

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.

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.

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, см. рис. справа, 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.

Газовые горелки

И под конец дадим чертежи нескольких горелок для газовых горнов. Для художественной ковки они вполне подойдут, а, что ни говори, из кузнечных работ она самая востребованная. Все эти горелки – инжекционные прямоточные. Куда более эффективные и универсальные вихревые слишком сложны для самостоятельного изготовления.

Первая, на рис., самая сложная. Чтобы ее сделать, нужно быть токарем-фрезеровщиком не ниже 5 реального разряда. Зато работает на любом газе (кроме ацетилена, см. ниже!), бензовоздушной смеси и дает очень мощный наддув: может продуть и большой стационарный горн, описанный выше.

Следующая (см. рис.) попроще и содержит меньше деталей, хотя и здесь нужно точно точить пологие конусы. Дует тоже отлично, но работает только на пропане. Под бутан сопло требуется совсем узкое, да бутан и применяется мало.

Обтачивать вчистую внешнюю поверхность инжектора Д1 и сверлить сопло нужно в один установ. Сопло сверлится твердосплавным сверлом и проходится вчистую разверткой. Это и есть главный недостаток конструкции: требуется мелкий точный инструмент, не везде и не всегда доступный.

Ниже на рис. две горелки попроще. Слева – точеная универсальная под бытовой газ или пропан. Продуть может максимум небольшой передвижной горн, но выточить детали под силу токарю-середняку. Нужно только владеть технологией посадки деталей в горячий натяг. Которая, впрочем, не сложна.

Справа – горелка-самоделка. Большинство деталей, включая ниппель – от велосипеда. Из токарки требуется только обточить в размер самую малую звездочку от велосипедной КПП. Эта горелка всеядна: пропан, бутан, бытовой газовый коктейль, бензовоздух. Но греть ею можно только малые кирпичные замкнутые горны, показанные в начале.

Примечание: ни в коем случае не запитывайте эти горелки ацетиленом! Металл в горне сожжете и до взрыва недолго!

В заключение

Что ж, как сделать горн, мы теперь знаем. А что в нем делать с металлом – отдельная большая тема. Кузнечное дело с горна только начинается.