Горн с боковым дутьем

62. Горн с нижним дутьем: 1 — воздушная камера; 2 — чугунное сопло; 3 — ящик для воды; 4 — от­верстие для удаления шлака

Сам горн может быть земляным с деревянными стен­ками (срубом) или кирпичными, как показано на рисунке. Его под представляет углубление, к которому сбоку под­водится дутье: в стенку горна вставляется фурма или так называемое сопло, которое изготовляется из чугуна или меди.

В деревенских кузницах часто соплом служит старая чугунная втулка для колес. Для долговечности такого горна рекомендуется замазывать края фурмы глиной с песком. Это не дает шлаку свариваться с металлом и кирпичом, что позволяет быстро ремонтировать горн.

На рис. 62 показан современный кузнечный горн с нижним дутьем. Ниже пода горна находится воздушная камера У, в которую сбоку подводится воздух. Камера сообщается с горном с помощью легко заменяемого чугун­ного сопла 2, снабженного одним или несколькими отвер­стиями для воздуха. Дно камеры имеет клапан 4 для прочистки (удаления падающих в камеру кусочков угля, золы и т. д.). Рядом с горном помещается ящик с водой 3.

Недостаток первого горна заключается в том, что каменная стенка мешает нагреву более сложных заго­товок, второй горн, изображенный на рис. 62, позволяет нагревать заготовки любой сложности и относительно боль­шой величины, так как очаг горна располагается в центре пода. Этот горн сложнее в изготовлении, он имеет чугун­ные сопла, которые заменяются.

63. Усовершенствован­ный горн с нижним дутьем: 1 — подовая доска; 2 — обожженные кирпичи; 3 — передвигающаяся чугунная рама

Оригинальную конструкцию представляет горн, изобра­женный на рис. 63. Этот горн усовершенствован, дутье подводится снизу и через щели подовой (чугунной) доски 1 поступает в массу угля.

Воздух охватывает большую площадь этой доски, поэтому она хорошо охлаждается и предохраняется от прогара. Она лежит в плоскости пода горна, в котором нет углублений. Уголь придерживается с боков с помощью хорошо обожженных кирпичей 2, лежащих в рамке из четырех чугунных плит 3, которые можно сдвигать и раздвигать. Следовательно, в зависимости от размеров обрабатываемого предмета можно уменьшать или увели­чивать площадь огня, что очень важно при художествен­ной ковке. Недостаток этого горна заключается в том, что заготовка находится на близком расстоянии от подо­вой доски, воздух, насыщенный кислородом, поступает из щелей и, не успевая перегореть, касается заготовки. Это вызывает образование большой окалины. При пользовании этим горном нужно внимательно следить, чтобы между подовой доской и заготовкой было достаточно угля, который способствует выгоранию кислорода и предохраняет заго­товку от окисления.

Дутье в кузнечных горнах обычно обеспечивается центро­бежным вентилятором.

При правильном нагреве увеличивается его вязкость и пластичность металла. Например, малоуглеродистые стали при 15°С имеют сопротивление 60 кг/мм², при 850°С — 9 кт/мм², при 1200°С — 4,5 кг/мм². От нагрева происходят внутренние изменения в структуре металла. Продолжитель­ность пребывания металла в нагретом состоянии способ­ствует росту кристаллов, что влияет на механические свойства его. Поэтому правильно нагретый металл можно легко ковать, небольшими усилиями вызывая значительную пластическую деформацию.

Режим нагрева разных марок стали неодинаков.

В табл. 12 приведены температуры начала и конца ковки углеродистых сталей, применяемых для художествен­ной ковки и изготовления инструмента.

Необходимо научиться определять температуру нагре­того металла на глаз по цвету изделия. Этот метод не совершенен, но в практике художественной ковки необ­ходим, так как позволяет избежать наиболее грубых ошибок при нагреве (перегрев, пережог), и для приблизи­тельных оценок температур нагрева поковок вполне при­годен.

Таблица 12

Начинать и заканчивать ковку следует при строго определенных тем­пературах, свойственных каждой марке стали; весь период от начальной температуры ковки до конечной называется температурным интервалом или периодом ковки.

В табл. 13 приведены цвета каления для стали (при слабом дневном освещении) и соответствующие им тем­пературы.

Табли ца 13

Перегрев стали. Как уже было сказано, для каждого сорта стали устанавливается своя температура нагрева. Если превысить эту температуру и долго продержать металл в горне, то кристаллы сильно разрастутся. В итоге сталь получится крупнозернистой и перегретой (рис. 64).

Исправить этот дефект может в какой-то мере повтор­ная ковка или отжиг, но в результате нагрева с поверх­ности металла часть углерода выгорает и сталь стано­вится химически неоднородной.

Пережог стали. При сильном нагреве под действием кислорода происходит интенсивное выгорание углерода металла, выплавляется межкристаллическое вещество, и связь между кристаллами разрушается. Обычно это сопро­вождается летящими искрами, что свидетельствует о горе­нии металла. В пережженном металле при первых же ударах по нему возникают трещины.

Работа горна. Перед началом работы подготавливают горновое гнездо. Очищают от шлака и золы, продувают фурму. Настилают небольшой слой сухого угля, оставляя фурму открытой, затем зажигают дровяные стружки или тряпки, пропитанные керосином или маслом, засыпают второй слой угля и включают слабое дутье. Когда уголь разгорится, добавляют уголь, насыпав его горкой и смочив водой. Можно горновой лопаткой бока горки уплотнить. Благодаря сжиганию угля вокруг образуется так называемый «котел» или корка спекшегося угля, которая удерживает теплоту. Это позволяет быстрее нагреть заготовку.

64. Схема рекристалли­зации стали: 1 — рост кристаллов после ковки; 2 — состоя­ние кристаллов в про­цессе ковки; 3 - кри­сталлы до ковки

Прежде чем положить заготовку в горн, нужно про­следить, чтобы между соплом (или горновым отверстием) и поковкой был слой угля, способствующий перегоранию кислорода. Свободный кислород при высоких температурах в горне очень интенсивно окисляет нагреваемый металл, сжигая его и образуя окалину. При избытке воздуха нагревание идет очень быстро. Пламя получается корот­кое, яркое, не коптящее. Такое пламя называется окисли­тельным.

При недостатке воздуха пламя будет тусклое, коптящее. Это значит, что продукты сгорания газа перенасыщены углеродом, который не сгорает из-за недостатка кислорода. Такое пламя называется восстановительным, в нем оксиды металлов будут восстанавливаться до чистого металла. Этот процесс плох тем, что расходуется много топлива и времени для нагрева.

Средним между окислительным пламенем и восстанови­тельным является такое пламя, в котором продукты горе­ния газа не содержат свободных частиц углерода и кислорода. Такое пламя называется нейтральным, при нем и следует вести нагрев.