Кузнечные горны являются простейшими нагревательными устройствами, которые несмотря на низкий коэффициент полезного действия и малую производительность, широко используются для нагрева заготовок при ручной ковке. Горны имеют простую конструкцию, их легко ремонтировать, они занимают мало места и не требуют сложной аппаратуры для управления работой.
Кузнечные горны делятся на переносные и стационарные, открытого и закрытого типа, а по роду применяемого топлива - на горны, работающие на твердом, газообразном и жидком топливе. Горны закрытого типа имеют специальную камеру, в которой нагревают заготовки, в горнах открытого типа такая камера отсутствует.
Переносный горн - это легкое небольшое нагревательное устройство открытого типа, работающее на твердом топливе (древесном или каменном угле или коксе рис. 21). Такой горн применяется при выполнении ремонтных работ и при изготовлении единичных деталей малых размеров вдали от производственных зданий, на полях, строительных площадках и др.
Переносный горн имеет раму 5, на которой крепятся очаг горения и нагревания 1, небольшой вентилятор 6 и его привод, состоящий из маховика 2, приводного ремня 4. Маховик 2 вращают ножной педалью 3 или рукояткой или используют небольшой электродвигатель. Очаг горения выполнен в виде чугунной чаши с отверстиями на дне для прохождения воздуха из вентилятора.
Стационарные горны устанавливают на одном из участков кузнечного цеха или в отдельном помещении завода или мастерской. Эти горны используют для нагрева как мелких, так и более крупных заготовок. Стационарные горны бывают открытого и закрытого типа.
Стационарные горны открытого типа изготовляют или полностью из кирпича (рис. 22), или из металла и кирпича (рис. 23). Первый тип горна представляет собой нагревательное устройство, сложенное из строительного кирпича и состоящее из следующих основных частей: очага 8, рабочая поверхность 4 которого обкладывается огнеупорным шамотным кирпичом, фурмы (сопла) 7 для подачи воздуха в горновой очаг; вертикального канала 5, для удаления из очага твердых продуктов горения (золы и шлака); вытяжного зонта 2 и дымохода 1 для улавливания и отвода дымовых газов; бачка с водой 6, который необходим для охлаждения кузнечного инструмента, выполнения некоторых операций термической обработки и регулирования горения топлива в очаге.
Более современными и удобными в изготовлении и ремонте являются стационарные горны открытого типа (см. рис. 23). Чугунная горновая чаша 6 с чугунной решеткой 5, фурма 7 с крышкой 8 крепятся на сварной металлической подставке 9. Воздух от вентилятора подается через форму в очаг горна по трубе 10 и регулируется заслонкой 11. Топливо (уголь) 4 закладывается на чугунную решетку, а продукты горения удаляются через две трубы 1 и 2. Часть дыма улавливается зонтом 8 и удаляется через наружную трубу 2. При прохождении дыма через наружную трубу внутренняя 1 нагревается, при этом тяга в ней увеличивается, что улучшает удаление газов из горна.
Твердые продукты горения (зола и шлак) накапливаются на дне крышки 8, по мере необходимости крышку открывают и очищают ее от отходов. Для повышения производительности горна иногда на подставке 9 устанавливают два или три очага, а воздух для них подают от одного более мощного вентилятора. Такой горн называют многоместным.
В качестве топлива для горна целесообразно использовать малосернистый уголь марки К или ПК (полужирный). При работе на каменном угле, содержащем большое количество серы, последний при высокой температуре переходит в верхние слои металла нагреваемой заготовки и снижает его механические свойства. Во избежание этого заготовку закладывают в горн только после того, как очаг разгорится, а содержащаяся в угле сера полностью выгорит. Во-вторых, подаваемый из вентилятора воздух не весь усваивается при сгорании топлива и вызывает интенсивное окисление нагреваемого металла. Угар в горнах достигает 5 - 8% за один нагрев. В-третьих, заготовка в горне нагревается неравномерно и поэтому ее приходится периодически переворачивать и передвигать в очаге, нарушая установившийся процесс горения топлива. Более экономичными являются горны закрытого типа. Они могут работать на твердом, жидком и газообразном топливе.
Стационарный горн закрытого типа, работающий на угле (рис. 24), имеет камеру 2, выложенную изнутри кирпичом 9 и скрепленную сварным металлическим каркасом 7. Уголь засыпается на чугунную колосниковую решетку 8 через топочный люк 4, который имеет окно 3 для шуровки топлива при его зависании в канале 4. Воздух из вентилятора через трубу 5 подается в металлическую коробку б, а оттуда через отверстие в решетке 8 - в горновой очаг.
Газообразные продукты горения из камеры отводятся через дымоход 12 в вытяжной зонт 1. В состав газообразных продуктов горения входит неуспевший сгореть угарный газ СО. Для его дожигания сбоку через трубу 10 в камеру подают дополнительный воздух. Окно 11 служит для загрузки заготовок в горн и регулировки горения угля в очаге.
Горн, работающий на жидком топливе, представляет собой компактное нагревательное устройство, состоящее из камеры нагрева 1 (рис. 25) и камеры сгорания 3, называемой также топочной камерой. Обе камеры изготовлены сваркой из листового железа и выложены изнутри огнеупорным материалом. Воздух для горения топлива подается в камеру из воздухопровода 6 через конусный чугунный наконечник 7 с отверстиями 3 и 9 на торце и в нижней его части. Мазут или нефть подается в камеру через воронку 5. Топливо стекает по наклонной наружной поверхности наконечника 7, подхватывается струями воздуха, распыляется и сгорает.
Часть топлива стекает вниз, подхватывается струями воздуха, выходящими из нижнего отверстия 8, также распыляется и сгорает в камере. Для розжига смеси. в камере имеется закрывающееся плотной крышкой окно 4. Газообразные продукты сгорания, нагретые до 1350 - 1400'С, через отверстие 2 поступают в нагревательную камеру 1, в которую закладывают заготовки для нагрева. В рассмотренном горне в качестве топлива чаще всего используют мазут, так как он дешевле нефти и не уступает ей по теплотворной способности.
Подаваемый в камеру мазут должен быть достаточно жидким и хорошо стекать из основного бака в воронку 5. В случае загустения мазут подогревают водяным паром, который пропускают через трубчатый змеевик, установленный в основном баке с топливом. Воздух в камеру сгорания подают под давлением 4000 - 7000 Па (400 - 700 мм вод. ст.), регулируют давление заслонкой, установленной на воздухопроводе б.
Рассмотренный горн на жидком топливе разжигают постепенно. В окно 4 вводят горящий факел и, медленно открывая заслонку на воздухопроводе, подают слабую струю воздуха, а затем небольшое количество мазута. По мере разогрева камеры сгорания подачу воздуха и мазута постепенно увеличивают и разогревают горн до нужной температуры. Количество подаваемого мазута и воздуха должно быть таким, чтобы было хорошее распыление мазута и его перемешивание с воздухом.
Стационарный газовый горн закрытого типаприменяется для нагрева концов небольших заготовок при изготовлении поковок болтов, гаек и других деталей типа стержней с головками. Горн имеет цилиндрический или многоугольный металлический сварной каркас 2 (рис. 26), выложенный изнутри огнеупорным кирпичом 3. В боковых стенках имеются круглые или квадратные отверстия 7, куда вставляют нагреваемые концы заготовок. Сверху камеры нагрева установлена инжекционная горелка 1, через которую подают горячую газовую смесь. Под горна выложен огнеупорным материалом в форме выступающего вверх конуса 6. Этот конус способствует быстрому нагреву горна при его пуске, лучшему перемешиванию газов и уменьшает время нагрева заготовок.
Газообразные отходы сгоревшего топлива выходят через отверстия для заготовок и отводятся с помощью зонта в дымовую трубу.
Горны рассмотренной конструкции бывают неподвижными и вращающимися. В неподвижных горнах рабочая камера обычно имеет прямоугольную форму. На одной ее стенке устанавливается горелка для подачи горючей смеси, на трех других стенках - отверстия под нагреваемые заготовки. Подвижный горн (см. рис. 26) устанавливается на поворотной платформе 4, имеющей шариковую опору 5 и приводимой во вращение вручную. К недостаткам рассмотренных горнов относится низкий кпд (до 10%), но они имеют высокую производительность и применять их целесообразно в серийном производстве. Процесс горения угля в горне протекает так. Сверху в чугунную чашу закладывают уголь, а снизу через отверстия в дне чаши вентилятором подают воздух. При установившемся режиме горения слой топлива разделяется на три зоны (рис. 27). В верхнем слое свежий уголь подогревается под действием проходящих через него горячих газов, здесь из топлива испаряется влага. Нагреваясь, топливо распадается на летучие горючие вещества и кокс. Летучие вещества сгорают, образуя надслойное пламя. Горение кокса происходит с образованием углекислого газа по реакции С + О₂ = СО₂. В верхней части слоя топлива из углекислого газа под действием высокой температуры восстанавливается окись углерода (угарный газ) СО₂ + С = 2СО. Окись углерода СО является горючим газом, который догорает в зоне над горящим слоем топлива: 2СО + О₂ = 2СО₂.
Нагреваемую заготовку или ее часть помещают в горящие угли, а сверху засыпают свежим топливом. Спекаясь над заготовкой, уголь образует свод, под которым развивается достаточно высокая температура. Заготовку закладывают так, чтобы между ней и отверстиями в чаше для воздуха был достаточный слой горящих углей. Регулировкой дутья добиваются нужной температуры нагрева, не допуская перегрева металла.
Холодный горн разжигают в такой последовательности: очищают горновую чашу от остатков несгоревшего угля, золы и продувают ее воздухом вентилятора. На дно чаши насыпают тонкий слой свежего угля, на этот слой укладывают древесную стружку или пропитанную керосином ветошь и поджигают их. Вместо стружки или ветоши можно применять горящий уголь с соседнего работающего горна. Сверху насыпают новый тонкий слой угля и включают вентилятор, подавая в горн небольшое количество воздуха. Когда уголь разгорится, добавляют новый слой топлива и увеличивают подачу воздуха, добиваясь стабильной работы горна.
это легкое небольшое нагревательное устройство открытого типа, работающее на твердом топливе (древесном или каменном угле или коксе рис. 21). Такой горн применяется при выполнении ремонтных работ и при изготовлении единичных деталей малых размеров вдали от производственных зданий, на полях, строительных площадках и др.
работающий на угле (рис. 24), имеет камеру 2, выложенную изнутри кирпичом 9 и скрепленную сварным металлическим каркасом 7. Уголь засыпается на чугунную колосниковую решетку 8 через топочный люк 4, который имеет окно 3 для шуровки топлива при его зависании в канале 4. Воздух из вентилятора через трубу 5 подается в металлическую коробку б, а оттуда через отверстие в решетке 8 - в горновой очаг.
подхватывается струями воздуха, выходящими из нижнего отверстия 8, также распыляется и сгорает в камере. Для розжига смеси. в камере имеется закрывающееся плотной крышкой окно 4. Газообразные продукты сгорания, нагретые до 1350 - 1400'С, через отверстие 2 поступают в нагревательную камеру 1, в которую закладывают заготовки для нагрева. В рассмотренном горне в качестве топлива чаще всего используют мазут, так как он дешевле нефти и не уступает ей по теплотворной способности.
применяется для нагрева концов небольших заготовок при изготовлении поковок болтов, гаек и других деталей типа стержней с головками. Горн имеет цилиндрический или многоугольный металлический сварной каркас 2 (рис. 26), выложенный изнутри огнеупорным кирпичом 3. В боковых стенках имеются круглые или квадратные отверстия 7, куда вставляют нагреваемые концы заготовок. Сверху камеры нагрева установлена инжекционная горелка 1, через которую подают горячую газовую смесь. Под горна выложен огнеупорным материалом в форме выступающего вверх конуса 6. Этот конус способствует быстрому нагреву горна при его пуске, лучшему перемешиванию газов и уменьшает время нагрева заготовок.
