Кузнечные горны

Кузнечные горны являются простейшим оборудова­нием для нагревания металла. Они применяются во всех кузницах на машиностроительных предприятиях. В за­висимости от назначения, конструктивных особенностей и вида топлива горны разделяются на стационарные и переносные, открытые и закрытые, одноогневые и много­огневые, для работы на твердом, жидком и газообразном топливе. В кузницах наиболее часто применяют стацио­нарные горны открытого типа, изготовленные самими кузнецами или рабочими ремонтных мастерских из ме­талла, а иногда из кирпича. Чаще горны делают одно-огневыми, а двухогневые и многоогневые используют, когда в одной кузнице работают несколько кузнецов. Практически сколько кузниц, столько и горнов со сво­ими конструктивными особенностями. Это зависит от имеющегося в наличии металла, из которых делают горн, места для установки и других факторов. Однако, в прин­ципе, все горны имеют одни и те же элементы, определя­емые их назначением.

Воздух, требующийся для горения топлива, практи­чески всегда подается к очагам горения топлива осевыми или центробежными серийными вентиляторами, уста­новленными с наружной стороны стены на улице. К оча­гам горения топлива воздух поступает по металлическим трубам. Сведения о подаче воздуха к очагам горения топ­лива мехами имеются в работе (121.

Стационарный одноогневой металлический горн от­крытого типа (рис. 4.1, а) состоит из рамы, сваренной из уголков / и 3 с размерами в сечении 60х60 мм. Лист 8 толщиной 6 мм уложен в раму и выполняет функцию стола. В этом листе имеется отверстие 400х400 мм, в которое

Рис. 4.1. Стационарный металлический кузнечный горн

устанавливается фурма 2 с горновым гнездом, состоящая из уголков 9 сечением 40х40 мм, трубы 15 диаметром 150 и длиной 250 мм, предназначенной для приема воздуха и сбора золы, листа 17, соединяющего уголки с трубой 15, и заглушки 16, которая выполнена из алю­миниевого листа и удерживается в трубе 15 за счет тре­ния и предназначена для сбора золы и герметизации воз­душной струи. Колосник 10 сделан из листовой стали толщиной 20 мм. В нем просверлено 13 отверстий диамег ром 8мм. К раме приварены вешалки 4 для клещей.. Зонт 6 имеет козырек 5 и вытяжную трубу 7, которые вы­полнены из листовой стали толщиной 2 мм. Воздух от вен­тилятора поступает в фурму по трубе //. Подача воздуха регулируется конусом 12 через ручку 14, конец которой поддерживается скобой 13. В горновое гнездо засыпается и поджигается уголь, образуется очаг горения топлива. При этом зола просыпается через отверстие в колоснике и задерживается на заглушке. При заполнении трубы колрсник снимают, заглушку выбивают сверху и удаляют W,

Размеры горна, показанные на рис. 4.1, а, можно из­менить при изготовлении в зависимости от площади, от­веденной для него, и габаритов нагреваемых заготовок, например, при нагреве шины для колеса конной телеги. Размер Н (рис. 4.1, б) должен быть больше диаметра шины. По размерам, показанным на рис. 4.1, б, можно определить минимальную длину (ширину) зонта L =- - / + 2 (200 + Я).

Стационарный одксогневой горн открытого типа из кирпича (рис. 4.2) состоит из кирпичной кладки 6, вы­полненной в виде стола с горновым гнездом 4 для раз­ведения огня. Воздух к горновому гнезду подается от вентилятора через сопло /. Над очагом горна установлен зонт 3, соединенный с дымоходом 2. В столе горна имеется углубление 5 для установки бака с водой, в котором охла­ждают инструмент и используют для закалки мелких поковок. В арке 7 горна можно хранить не находящийся в постоянном пользовании различный инструмент.

Наиболее полные сведения о стационарных горнах имеются в работе [121.

Переносной горн открытого типа (рис. 4.3) работает на твердом топливе и применяется для изготовления не­больших поковок (деталей) при выполнении ремонтных работ вдали от производственных зданий, на полях, строительных площадках и др. Он состоит из металличе­ского столика 2, на котором закреплен вентилятор 3,

приводимый в движение педчлью 7 через кривошипно-щатунный механизм 6, шкив 5 и ремень /. Вентилятором воздух подается в горновое гнездо 4, которое имеет не­большие отверстия для разделения воздушного потока на струи. Вращение вентиляторной крыльчатки можно так­же осуществлять рукояткой (вместо педали) или неболь­шим электродвигателем. Сведения о других типах пере-iio-" 'i!)ix горнов имеются в работе 1121.

Горнам открытого типа, работающим на твердом топ-лике, присущи следующие основные недостатки. Сопри­косновение нагреваемого металла с вдуваемым в очаг горения воздухом приводит к более интенсивному про­цессу угара металла и увеличивает его до 8%. Металл мо­жет неравномерно прогреваться. Уголь не полностью сюраег, час; ь его выбрасывается вместе с золой. Кроме тою, мелкиь частицы уносятся из очага горения под зонт и далее в атмосферу. В атмос4; еру же рассеивается часть теплоты. Поэтому коэффициент полезного действия откры­тых горйов очень небольшой, а расход топлива достигает 150°о от массы нагреваемого металла.

Однако, несмотря на эти недостатки, в кузницах в по­давляющем большинстве применяют открытые горны, работающие на твердом топливе (угле) благодаря следую­щим преимуществам. Они просты по конструкции, зани­мают мало места, дешевые и могут быть изготовлены самими кузнецами. Их легко ремонтировать, так как изнашиваются только детали фурмы (см. рис. 4.1, а). Они универсальны, гак как позволяют нагревать не только мелкие заготовки, но и любое место длинных заготовок с небольшими сечениями, которые не всегда можно наг­реть в закрытых горнах и в печах.

Стационарные горны закрытого типа, работающие на твердом топлиье 1231, имеют достаточно высокий коэффи­циент полезного действия. Их применяют для нагрева мелких заготовок, концов заготовок резцов державок и других заготовок на детали массового производства. Поэ­тому в кузницах их практически не применяют.

Горн, работающий на жидком топливе, представляет собой компактное нагревательное устройство, состоящее из камеры нагрева / с крышкой 14 (рис. 4.4) и камеры сгорания 3, называемой также топочной камерой. Обе камеры изготовляют сваркой из листовой стали и выклады­вают изну1ри огнеупорным материалом //. Воздух для поддержания горения топлива подается в топочную ка-

Рис. 4.4. Горн, работающий на жидком топливе

меру из воздухопровода 10 через конусный наконечник 9 с отверстиями 12 и 13 на торце и в нижней части его. Мазут или нефть через воронку 6 и трубку 7 поступает в камеру 8, ограниченную козырьком 5, а затем стекает по наклонной поверхности наконечника -9, попадает в то­почную камеру, где подхватывается струями воздуха, рас­пыляется и сгорает. Для розжига смеси топлива с возду­хом в топочной камере имеется окно 4, плотно закры­вающееся крышкой. Газообразные продукты, образовав­шиеся в результате горения, имеют температуру 1350... 1400 °С. Они поступают в камеру нагрева через канал 2 и нагревают заготовки, уложенные в этой камере. В та­ком горне в качестве топлива чаще всего используется мазут, так как он дешевле нефти и не уступает ей по тепло­творной способности. Продукты горения через зонт 15 и трубу 16 отводятся в атмосферу.

Горн на жидком топливе разжигают постепенно. В окно 4 вводят горящий факел и, медленно открывая заслонку на воздухопроводе, подают слабую струю воздуха, а за-, тем небольшое количество мазута. По мере разогрева топочной камеры подачу воздуха и мазута постепенно увеличивают и разогревают горн до требуемой темпера-

туры. Количество подаваемого воздуха и мазута должно быть таким, чтобы было хорошее распыление мазута и перемешивание его с воздухом.

4.2. Топливо и обслуживание горнов

Для получения нагрева металлов в горнах используют твердое, жидкое и газообразное гопливо, которое может быть естественным и искусственным.

Твердое естественное топливо —дрова, каменный уголь и торф. Ранее в кузнечном деле в основном использовали древесный уголь и дрова. В настоящее время в подавляю­щем большинстве случаев применяют каменный уголь. Причем наилучшим для этих целей является каменный уголь марок ОС, К и Т по ГОСТ 25543—88. К твердому искусственному топливу относится древесный уголь, кокс и пылевидное топливо. Наилучшим для кузнечных работ является древесный уголь. Однако он очень дорог и де­фицитен. Пылевидное топливо получают из каменного угля и сжигают в распыленном виде.

Жидким естественным топливом является нефть, а к искусственному относятся бензин, керосин, мазут, смола и др. В кузнечном деле в подавляющем большин­стве используют мазут, так как по калорийности он не уступает нефти, но значительно дешевле других видов жидкого топлива.

Газообразным естественным топливом является при­родный газ, а к искусственному относятся генераторный газ, -получаемый путем газификации различных видов твердого топлива, коксовальный, доменный, светильный и другие газы.

Все виды топлива характеризуются удельным коли­чеством теплоты (теплопроводностью), которое измеряется в ккал/кг (4, 1868-Ю³ Дж/кг) или ккал/м³ (4, 1868 Х Х Ю³ Дж/м³). Различные виды топлива имеют следующие теплотворности, ккал/кг (ккал/м³):

Древесный уголь............. 8000

Каменный уголь............ 6000... 7000

Кокс.................. 5600... 7000

Мазут................. 10000

^Природный газ............. 8000... 9000

•• 'Генераторный газ............ 1200... 1600

Обслуживание горнов состоит в следующем.

Перед началом работы надо очистить горновое гн(и уб-рать золу с заглушки (см. рис. 4.1, о). Проверт исправность воздуходувной системы. Продуть горновс гнездо и перекрыть доступ воздуха к нему. Растопит горн стружкой, дровами или другим способом. Поел начала горения дров в очаг постепенно надо подкладь вать уголь с крупностью в пределах 20... 30 мм. Дат углю разгореться и подавать воздух так, чтобы получи лось яркое слегка коптящее пламя.

Во время работы кузнец должен следить за пламене\ так как металл нагревается лучше всего при ярком слегка коптящем пламени. При таком пламени практиче ски исключается пережог металла.

Если пламя ослепительно яркое, что имеет место npi избытке воздуха, то на поверхности нагреваемой заготовк! быстро образуется слой окалины и возможен пережо] металла. Если из горна все время идет густой черный дым то металл нагревается медленно и расходуется много угля Плохо нагретую заготовку трудно ковать и в ней могуч образоваться трещины.

Кузнец должен уметь поместить заготовку в очаг< горна так, чтобы она нагревалась быстро и равномерно со всех сторон. Нагреваемая заготовка должна быть за­щищена от охлаждения подаваемым к очагу воздухом, Поэтому под заготовкой необходимо иметь слой угля н(менее 100 мм. Сверху заготовка также присыпается горя' щим углем. Чтобы пламя сосредоточить в требуемом месте и получить спекание верхних слоев угля (корку), уголв смачивают водой и уплотняют лопаткой, а в том месте^ где надо получить пламя, угол разрыхляют кочергой. Для поддержания равномерного пламени в течение всей смены уголь следует подбрасывать не прямо в очаг горе­ния, а с краев подгребать его лопаткой к центру очагаг Периодически между нагревом заготовок надо прочи< щать горновое гнездо от золы и шлака при закрытом дутье.

По окончании работы необходимо отключить подачу воздуха, если работа не передается по смене, отгрести несгоревший уголь из горнового гнезда и загасить пламя. Очистить горновое гнездо от золы и шлака и навести по­рядок на рабочем месте. Если работа передается по смене, то надо очистить горновое гнездо, обеспечить минимальное горение очага и навести порядок на рабочем месю.