Читать книгу Основы технической и художественной ковки - Михаил Анатольевич Клыков - Страница 5

Приступая к работе в кузнице мы должны определится с нагревательными устройствами, от простого кузнечного горна до нагревательных печей. В мелких кузницах основным нагревательным устройством является горн на твёрдом топливе (уголь). Он наиболее прост в устройстве и работает на многих видах твёрдого топлива, и в то же время имеет самый низкий КПД, порядка до15% и требует большого количества твердого топлива (угля), от древесного до графита.

Твёрдое топливо (уголь)

Основным топливом для нагрева заготовок и поковок в простейшей кузнице является каменный уголь и его производные (кокс, графит, и др.). Достоинства угля – это его высокая теплотворность и лёгкость работы с ним, а также простое устройство нагревательных печей, которые не требуют сложных регулировочных и защитных устройств. Недостаток – высокое потребление топлива при низком кпд. Потребление топлива снижается в зависимости от его твёрдости и теплотворности. Если взять самый низко калорийный (Подмосковный или Экибастузский), то вряд вы нагреете в горне объёмную поковку, или нагреете с большой трудностью, потратив большой объём угля. Подмосковный ещё и потравит вас угарным газом, Экибастузский подарит вам шлаку более половины объёма – значит эти угли не годятся для горна и приобретать их незачем. Многие приобретают их из-за дешевизны, но вы потратите на них гораздо больше и времени, и нервов, и, наконец, тех же денег. Длиннопламенный котельный уголь будет давать хороший нагрев, но и при хорошем расходе, и составит неприятность в виде большого пламени, которое будет вас обжигать при приближении к горну, зимой терпимо, но летом, да в жару! Сами понимаете… Хорошие показатели у Уральского угля: прекрасно горит, даёт достаточно высокую температуру, имеет низкую зольность и сгорает не так быстро (для кузницы это, пожалуй, самый лучший). Таким же является и древесный уголь, но он не переносит усиленного дутья, а недостаток его – довольно большой расход и быстрое сгорание. А если ещё прибавить стоимость? Можно использовать и Кузнецкий уголь, но желательно мешать его с антрацитом в пропорции 2 к 1. Антрацит имеет высокую температуру горения, но его недостатки – трудно разгорается даже дутьём, быстро гаснет без дутья, а из-за высокой температуры спекается в монолит (и это, пожалуй, его главный недостаток). При этом шлаки затекают в отверстия колосника и быстро засоряют его, вот для чего лучше использовать его в смеси. В этом случае шлаки будут перемешиваться, тяжёлые антрацита с лёгкими и пористыми кузнецкими и не засорять отверстия колосников. Есть свои недостатки и у кокса. Кокс тяжело разгорается и, кроме всего прочего, не переносит усиленного дутья в горне, начинает быстро сгорать. Работая с коксом никогда не увеличивайте резко дутьё, лучше дать умеренное, дайте просто больше время ему разгореться или добавьте для розжига немного другого угля, кроме антрацита.

И отдельно о графите. Результаты прекрасные, хорошо горит, без пламени, только синие всполохи, весь жар концентрируется внутри кучи, переносит любое дутьё, имеет очень низкий расход при высокой теплоотдаче и практически полное отсутствие шлака. Но есть и одно существенное «но»: из-за быстрого нагрева можно легко сжечь заготовку. Нельзя на долго оставлять поковку в раскалённом графите, она быстро насыщается углеродом, а если ещё и попали катализаторы, то насыщается на всю глубину. А самые главные недостатки – это его высокая стоимость и трудность розжига. Для розжига потребуется котельный каменный уголь, предварительно разожженный до высокой температуры.

Так какой уголь лучше? Я считаю, что идеального угля нет, у каждого есть свои преимущества и недостатки. Лучше всего применять смесь углей. Исключив работу с Подмосковным и Экибастузским. Смеси подбирайте индивидуально, в зависимости от сортов угля. Примерно я дам некоторые рецепты: если Уральский или Кузнецкий уголь и у вас есть антрацит, то добавляйте антрацит, но не более трети объёма. Если кокс плюс антрацит, то 1 к 1. И мой вам совет: не применяйте антрацит, по возможности, в чистом виде.

Разбейте куски угля на мелкие фракции диаметром 2—4см, они лучше горят и держат тепло, легче разгораются.

Никогда на долго не оставляйте заготовки в разогретом угольном горне, это может привести к насыщению стали углеродом или, в некоторых случаях, выгоранию углерода. Что повлияет на механические свойства стали.

При работе на твёрдом топливе старайтесь чтобы уголь постоянно был в куче. Начинающие часто делают ошибку: увидев наиболее жаркое место в угле (это наиболее касается низкокалорийных), стараются освободить это место от не горящих углей, чтобы быстрей нагреть заготовку, но получают обратный эффект – уголь быстро гаснет. Поэтому, лучше собрать уголь в кучу и для более быстрого возгорания добавить свежую порцию, немного уменьшив дутьё, через небольшое время уголь разгорится в полном объёме.

Закончив работы с нагревом (перерыв, перекур, временное занятие другими видами работ т.п.), уменьшите дутьё и подсыпьте порцию свежего угля, не перемешивая его с горящим. Это позволит вам сохранить объём горения без дутья, а при включении дутья – быстро поднять температуру.

И во всех случаях, при добавке свежей порции топлива, не перемешивайте его сразу с горящем, дайте свежему углю разгореться. Ни в коем случае не пользуйтесь для розжига угля свежей порции жидким топливом, это может привести к сильной вспышке или, ещё хуже, детонации.

Несгоревший шлак удаляйте при средней температуре горна, с наименьшим дутьём, т.к. шлак при высоких температурах может находится в расплавленном виде. И по возможности, после удаления шлака прочистите отверстия колосников. Шлак и негорючие остатки поместите в промежуточную ёмкость (металлический ящик или бочку) до полного их охлаждения. Осевшие на под горна легкие фракции не выбрасывайте, соберите их в специальный ящик или бочку и используйте их как теплоизолирующий материал при отжиге стали, для медленного охлаждения поковки, закопав или засыпав её до полного охлаждения.

Закончив работу, выключите дутьё, немного разгребите горящий уголь, но в пределах колосников. Всё! Не выкидывайте его, ни в отход, ни в промежуточную ёмкость. Самое безопасное место в пожарном отношении – это горн. Оставьте уголь в горне.

Убирайте горн только в начале работы, когда уверены, что он полностью остывший. И в то же время, освобождайте промежуточную ёмкость и выносите отходы поковок. Никогда не выбрасывайте не остывшие отходы на улицу, даже в шлак, в нём всегда содержатся несгоревшие остатки топлива, и они могут воспламениться, а ветер сыграет роль поддува.

Нагревательные устройства

Основным нагревательным устройством в кузнице является горновая печь (или проще – горн). В отличие от других устройств: газового горна, нагревательной печи на газовом или жидком топливе, горн на твердом топливе отличается простотой в устройстве и отсутствием сложных предохранительных устройств (вентиля, клапанов, редукторов и др.). И этим компенсируется его низкий КПД.

Не старайтесь сделать горновую печь со сложными отражателями, клапанами, воздуховодами и дымоходами. Сделайте простейший горн, вот одна из простейших схем горна и горновой печи

Простейший горн

Схема простейшего горна

Основным элементом горна является короб, к которому приварена труба-зольник, с заслонкой в нижней части, для удаления несгоревших фракций топлива, просыпавших через отверстия колосника. Примерно в середину вварена вторая труба под углом 90°. Для поворота потока воздуха вверх к колоснику, установлен отражатель на 5 – 10 мм ниже нижней кромки приваренной вводящей трубы, под углом от 35° до 55°, перекрывая половину трубы-зольника. Угол определяется опытным путём так, чтобы поток воздуха шёл точно вверх на колосник. Колосник – стальная плита толщиной 20 – 30 мм, с отверстиями 10 – 12 мм, расположенными по кругу. Почему стальная? Её не поведёт от высокой температуры? Часто задают такой вопрос. Очень просто, колосник в данном горне постоянно обдувается холодным воздухом, который, проходя через отверстия колосника нагревается, отбирая тепло от плиты. За более тридцати лет работы с такими горнами, колосник у меня ни разу не прогорел, за исключением только тех, которые были тоньше 20 мм. В трубе ввода воздуха стоит заслонка простого типа, пластина на оси, регулировка которой производится поворотом оси с помощью рычага. В пластине просверлено отверстие до 10 мм для подачи малой порции воздуха, поддерживающий горение при холостой работе горна. Вентилятор можно применять любой, но, конечно, лучше нагнетательный, мощностью от 500 Вт до 2,5 кВт. Лучше вентилятор дутья устанавливать так, чтобы забор воздуха происходил с улицы, от этого может зависеть работа вытяжной трубы, так как забор воздуха внутри помещения может снизить тягу трубы.

Сзади и с боков прикройте горновую печь листами железа, это так же улучшит отсос газов. Боковые листы не должны полностью закрывать горн, низ лучше сделайте открытым, это позволит класть в него длинные элементы поковок. И такое расположение листов ограждения, создаёт пониженное давление и завихрение в задней части, куда устремляются лёгкие фракции золы и оседают у задней стенки, а не летят на работающих и в помещение.

Отвод газов из горновой печи можно производить через трубу естественной тягой или с помощью вентилятора-дымососа. И самое главное, не ставьте дополнительный отсасывающий вентилятор в помещении кузницы. Лучше поставьте нагнетательный или реверсивный (отсос-нагнетание). Когда работаете с горящим горном, воздух лучше нагнетать в помещение, создавая дополнительное давление, этим вы усилите тягу в трубе или дымососе, а регулировку тяги производите шибером вытяжной трубы. При наддуве воздуха вы понизите температуру в помещении, что благоприятно скажется на вашей работоспособности, особенно летом, при повышенных температурах, и газы не пойдут в помещение. А вот при отсосе воздуха из помещения во время работы горна дополнительным вентилятором, тяга в трубе снизится и газы будут поступать в помещение. Включать реверсивный вентилятор в кузнице на отсос можно только тогда, когда не работает горн. Ещё один важный момент: выбирайте помещение с двумя выходами. Это позволит вам естественно проветривать помещение сквозным потоком воздуха, и увеличит противопожарную безопасность в непредвиденных случаях.