Кузнечная печь на газу своими руками

Содержание

или сага о горелках. Часть 2

Описания горелок получились больше, чем я предполагал, поэтому пришлось разделить на две странички. Если в части 1 описывались небольшие ручные горелки в основном для пайки и нагрева, то в этом разделе речь пойдёт о больших стационарных горелках. Основная область применения этих устройств- это установка на прокалочные муфельные и плавильные печи. То есть они не предназначены для работы с рук. А, впрочем, почему бы и нет? Потом я остановлюсь на покупных заводских горелках и покажу их достоинства и недостатки и как они работают. Среди них есть и очень большие, хоть и ручного исполнения.

Принцип работы установки

Перед тем как приступить к сборке термической установки, нужно понимать принципы работы самодельного горна для ковки металла, чтобы упростить конструкцию печи для домашнего пользования. В основе работы прибора лежит энергетический выход при сжигании смеси углерода и кислорода, процент выделения металла в расплавленном виде. В процессе плавки углерод купирует реакцию окисления металла, постоянный поддув газа в топливо быстро повышает температуру в горне.

Разрабатывая чертеж будущего кузнечного приспособления, особое внимание следует уделить типу энергетического вещества, влияющего на конструкцию очага. По виду топливо для горна бывает:

газовым (бутан, пропан);
жидким (солярка, мазут);
твердым (древесный уголь, кокс);
смешанным (газово-жидким).

В зависимости от планируемой работы и размера заготовки термическая печь может быть с открытой или закрытой зоной очага. Домашнему мастеру следует помнить, что бытовой газ можно использовать в горне только после предварительной очистки от серы методом «прогонки» через жидкий нафталин. Изделия из прогретого газовой горелкой металла не могут использоваться в качестве нагружаемых деталей.

Основным требованием к обеспечению безопасности мастера является установка мощной принудительной вентиляционной системы, даже если для устройства кузнечного горна используется бытовой паяльный аппарат, работающий на баллонном газе. Прибор позволит заниматься изготовлением декоративных элементов интерьера и экстерьера в собственном гараже.

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.

Горн кузнечный газовый

Народные умельцы считают такой вариант очага наиболее экономичным и эффективным. Газ – топливо недорогое и доступное. Конструкция очага для него более проста, так как отсутствует необходимость колосниковой решетки. Регулировка подачи газа краном удобна, значит, добиться требуемой температуры в рабочей зоне будет легче. Конструкция горна может состоять из минимального набора элементов. Достаточно приспособить под него подходящее основание.

Однако тут также есть свои особенности

Газ – вещество взрывоопасное, поэтому работать нужно еще более осторожно. Регулировка подачи горючей смеси также требует опыта и практики

В остальном все не так сложно. Куб из кирпича складывают по размерам планируемых заготовок. Задняя стенка – глухая. Спереди отверстие прикрывают кирпичами или обустраивают дверцу. Сверху оборудуют место для входа трубы, по которой подводится горючая смесь. Длина ее в разных схемах отличается. Есть мастера, которые делают ее до 1,5 м длиной, и говорят, что так лучше идет смешивание горючей смеси.

Природный или сжиженный газ после редуктора подается в эту трубу через сопло. Туда же нагнетается воздух. Интенсивность горения регулируется подачей газа и скоростью наддува. Сверху над горном при работе в помещении необходимо обустраивать вытяжку. В остальном конструкции могут либо усложняться (футеровка, термопары, принудительный отвод продуктов горения, дополнительные заслонки) или, наоборот, упрощаться.

Для домашнего умельца нет стандартов. Главное — знать принцип работы, подобрать материалы, выдержать технологию, получить необходимую температуру и при этом соблюдать технику безопасности.

Как рассчитать расход природного и сжиженного газа

Основной показатель, от которого зависит расчет – площадь помещения и потребляемая мощность оборудования

Также во внимание принимаются уличные температурные показатели, снятые в самое холодное время

Расчет количества природного газа производится по формуле: L = Q / (qН х 0.92), где:

L – рассчитываемый объем топлива (1 куб.м в час);
Q – мощность отопления, кВт;
qН – предельная мощность сгорания топлива, для природного газа 10.175 кВт/м3;
0.92 – КПД газового котла/печи.

В среднем, для отопления помещения площадью 100 кв.м. расчет будет выглядеть следующим образом: 5 / (10.175 х 0.92) = 0.53 м3 / ч, что соответствует расходу природного газа за единицу времени (час).

Баллонный (сжиженный) газ более дорогой и рассчитывать его расход придется не по литрам, как природный, а по килограммам. Теплота сгорания газа остается прежней — 10.175 кВт/м3=12.8 кВт/кг, мощность отопления – 5. Получаем: 5 / (12.8 х 0.92) = 0.42 кг/ч, что соответствует 0.78 л в час. Учитывая то, 1 литр баллонного газа весит 540 мг. Исходя из приблизительного количества дней и часов эксплуатации бани, можно рассчитать необходимый объем.

Для того чтобы сделать печь для бани на газу своими руками, следует определиться с тремя основными параметрами:

Материал;
Какой будет газовая горелка;
Размещение емкости – встроенный или выносной бак.

Теперь о каждом из них подробнее.

Изготовление сводов и пода горна

Динас относится к числу высокоогнеупорных материалов. Он может выдерживать воздействие температур порядка 1790С. 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 1000С. 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).

Шамотная огнеупорная глина

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.

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.

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.

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.

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 муфельную печь.

Газовые горелки

Всего существует 2 основных разновидности горелок – атмосферная и с надувом.

Первый вариант – самый простой, для работы которого не нужно автоматическое управление и соответствующее оборудование. При такой атмосферной интенсивность огня поддерживается воздухом, поступающим через дверцы в камеру, соответственно, эффективность отопления напрямую зависит от того количества поступающего воздуха.

Атмосферная горелка

Работу надувной горелки обеспечивает дутьевой вентилятор, принудительно нагоняющий воздух в камеру и также поддерживающий работу горелки. Учитывая то, что вентилятор работает от электросети, отопительный агрегат является энергозависимым, значит, более дорогим.

Надувная горелка

Аналогичный вентилятор устанавливается в твердотопливных, комбинированных и пиролизных котлах. О том, как сделать пиролизный котел своими руками вы узнаете в соответствующей статье.

Строим газовый горн

Прежде, чем начать сооружать газовый кузнечный горн своими руками, нужно определить параметры пода – его площади.

Для этого существует хитрая формула:

N = H × F

N – производительность горна, которая зависит от напряженности H и площади пода F. Высчитано, что оптимальной поддержки необходимой температуры в горне достаточно скорости подачи газа в промежутке от 1-го до 1,5 м/сек.

Схема газовой горелки для горна.

Вам известны площадь вашей мастерской и примерное количество кузнечных деталей в килограммах, которое вы планируете производить. С этими данными вы выводите напряженность пода с максимально допустимой верхней границей в 150 кг/м².

Необходимые материалы, которые нужно иметь, чтобы приступить к работе:

кирпич огнеупорный типа динас или шамот;
пластины толщиной не меньше 5-ти мм из жаростойкой стали;
стальной профиль для стоек, рамы и заслонки горна;
труба для дымохода и вентиляционного канала из стали;
шпатлевка для заделки щелей между кирпичами с жаростойкими свойствами;
листовой металл или дополнительный слой огнеупорных кирпичей для футеровки с внешней стороны;
горелки от двухконтурных котлов большой мощности;
вентилятор;

Газовые кузнечные горны тоже могут быть открытыми. С ним все намного проще, достаточно будет устроить колосники с подачей воздуха для большей эффективности нагрева. Вещества сгорания выводятся в таком случае вентилятором из теплостойкого металла.

Опорную раму лучше располагать вплотную к одной из стен вашей мастерской. Выбор стены нужно делать с учетом того, что будет нужен дымоход и вентиляционная труба, так что смежные стенки, если таковые есть, лучше не использовать.

Важнейшим условием является точное соблюдение правил пожарной безопасности, которое заключается в использовании только огнеупорные и жаростойкие материалы. Не помешает проверить, из чего сделаны стены вашей мастерской

С большой осторожностью относимся к разного рода гипсокартонным конструкциям

Стойки и саму раму лучше сваривать из низколегированной стали по чертежам, которые можно скачать в Интернете. Низколегированная сталь прочна, легкая и, самое главное, устойчива к специфической коррозии высокотемпературного режима. Внешняя футеровка должна быть продумана заранее, чтобы в опорной раме сразу проделать отверстия для ее крепления.

Теперь об огнеупорных кирпичах и кладке

Важно купить настоящие сертифицированные кирпичи типа шамот, изготовленные по ГОСТу 390-79. Если вы приобретете кирпич не по стандарту, вы рискуете тем, что обычные кирпичи начнут у вас плавиться уже при температуре 1000°С

Настоящий шамотный кирпич кремового цвета с мелкими порами в малых количествах, они намного тяжелее обычных керамических, вес одного шамотного кирпича больших габаритов достигает 5-ти кг. Самые подходящие марки шамота – ШБ, ША и ШПД.

Устройство кузнечного горна.

Второй тип огнеупорных кирпичей – динас. Эти кирпичи дороже, зато устойчивее к высоким температурам: они выдерживают режим с уровнем 1800°С. Они светлее шамотных кирпичей из-за высокой доли в своем составе кремниевых солей.

Если у вас есть возможность, лучше выкладывать горн динасовым кирпичом: кузнечные горны из огнеупорного динасового кирпича долговечнее и выдерживают самые жесткие температурные режимы.

Кирпичи укладывать с раствором из огнеупорной глины с добавкой порошка из шамота и динаса в четкой пропорции 60:40. Дымоход и вентилятор по периметру обрабатывать металлическими уголками.

Важнейший финальный этап – просушка всей конструкции. После нее нужно проверить, как работают вентиляторы для горна кузнечного. И только затем можно будет производить тестовое включение.