Кузнечный горн на газу. Газовый кузнечный горн своими руками: как сделать мини прибор для ковки из подручных средств

Закрытый кузнечный горн на газе своими руками – наиболее часто встречающееся техническое решение для небольшой кузницы в домашнем хозяйстве. Наличие магистрального газопровода – не редкость в современных домах, а простота регулирования параметров пропановой смеси в сочетании с высокой теплотворностью газа предопределяют соответствующую эффективность нагрева металла под ковку.

Ключевым элементом газового горна является правильный выбор (а иногда и изготовление) топливосжигающего устройства — горелки.

Виды горелок, применяемых для сжигания газа

С выбором оптимального исполнения горелки горна связаны вопросы величины угара металла во время нагрева под ковку, интенсивность поверхностного окалинообразования, а также суммарное потребление газа. Для горнов закрытого типа требуются горелки короткого пламени, которые обеспечивают быстрое и интенсивное перемешивание горючей смеси. Именно тогда КПД будет максимальным, а удаление продуктов сгорания из рабочей камеры горна – равномерным и эффективным.

Таким образом, газовая горелка должна обеспечивать:

1. Наибольший угол наклона готовой газовоздушной смеси при входе в рабочее пространство горна.
2. Высокую скорость выхода струи при малой её высоте и большой ширине.
3. Безопасность поджига газа.
4. Устойчивость процесса горения.
5. Нечувствительность к повышенной влажности внутри горна.
6. Безопасность при так называемом «обратном ударе», когда внезапное изменение направления тяги может погасить факел, что практически сразу же приведёт к взрыву в горне горючей смеси.

Чертежи газовых горелок

На некоторых сайтах встречаются рекомендации по изготовлению корпуса горелки способом вальцовки трубчатой заготовки. Но при больших давлениях струи пластическое упрочнение материала может привести к возникновению зон внутренних напряжений, которые при пуске горелки часто становятся причиной трещинообразования металла корпуса.

Вариант с установкой горелки от б/у газовой плиты значительно проще. Предварительно потребуется определить затраты топлива, необходимые для быстрого нагрева металла под ковку. Подбирая готовую конструкцию, устанавливают мощность основного агрегата (котла, плиты и т.п.), для которого устройство применялось. Произведение этого значения на КПД (для газа это – 0,89…0,93) даёт искомое значение мощности W.
Немного сложнее установить расход газа Т. Алгоритм расчёта следующий:

• Выясняется теплотворная способность топлива Q (для пропана можно принять 3600 кДж/м3);
• Используя формулу Т = 3,6W/Q, определяется расход.
• По результатам расчёта подбирается вся необходимая запорно-регулирующая арматура: клапаны, тройники, и т.д.

Установку горелки в горн для ковки своими руками производят следующим образом. Вначале в подготовленное футеровочное отверстие вставляют конфузор, к нему через листовую прокладку из жаропрочной стали присоединяют устье горелки. К нему прикрепляют само изделие, и ввинчивают трубки для подачи воздуха и газа. Проверяют эффективность действия регуляторов, после чего производят пробный пуск газа от баллона или стационарной сети. Все работы необходимо проводить при хорошо проветриваемом помещении. При малейшем запахе газа установочные работы прекращают, и выясняют источник вероятных утечек.

Самодельный кузнечный горн, изготовленный своими руками из небольшого пропанового баллона, отличается очень компактными размерами, а потому идеально подойдет для домашней мастерской. При помощи этого горна вы можете делать отливки из различных легкоплавких металлов, разогревать стальные заготовки докрасна, а также заниматься художественной ковкой и кузнечным творчеством.

Первым делом необходимо срезать болгаркой или резаком верхнюю, а затем и нижнюю часть пропанового баллона. Чтобы его полностью дегазировать, открываем вентиль и стравливаем газ. Далее откручиваем вентиль, наполняем водой, а потом сливаем ее. Это нужно сделать обязательно, в противном случае даже малейшая искра может привести к взрыву.

Как сделать газовый кузнечный горн

Привариваем к боковой части корпуса отрезок швеллера, а сверху - две профильные трубы квадратного сечения. Они должны располагаться перпендикулярно. В центральной части пропанового баллона, используя УШМ или бормашинку, вырезаем небольшое круглое отверстие. Края обрабатываем напильником, чтобы убрать заусенцы.

Далее сворачиваем в многослойный рулон керамическое одеяло и помещаем его внутрь газового баллона. После этого вставляем в емкость пластиковую трубу (вертикально), а в нее через боковое отверстие в корпусе - трубку меньшего диаметра. Свободное пространство между самой трубой и керамическим одеялом заполняем специальным раствором на основе жаропрочного цемента.

Начнем с того, что горелка для газового горна или плавильной печи обычно не продается в магазинах. Кровельные горелки не подходят, потому как они не развивают требуемую тепловую мощность и вообще не будут работать на закрытую камеру. Поэтому горелка для газового горна или плавильной печи должна быть сделана своими руками.

Собрать газовую горелку для горна или плавильной печи своими руками — дело пары часов. Это совсем не трудно. Материалы все доступны в любом магазине сантехники. Гораздо труднее — заставить ее правильно работать. На эксперименты по настройке газовой горелки может уйти целая неделя. При этом если к этому вопросу подходить совершенно неподготовленным, то это может оказаться последняя неделя вашей жизни. Работа, а уж тем более эксперименты с газом КРАЙНЕ ОПАСНЫ!

Именно поэтому я обещал написать отдельный пост про газовую горелку и ее настройку. Вначале я расскажу немного теории о газовых горелках. Очень внимательно все прочтите и постарайтесь запомнить и вникнуть в суть. Это позволит вам экспериментировать более осмысленно, не опасаясь за свою жизнь.

Безопасность при работе с газом

Начнем с мер предосторожности. Начните работу с газом с самого маленького 5-ти литрового баллона. Купите новый и заправьте его пропаном на ближайшей газовой заправке. Попросите заправщика рассказать вам о том, как правильно хранить, транспортировать, заправлять и использовать газовый баллон. Он с удовольствием это сделает, потому как целый день заправлять баллоны ему просто скучно.

Сразу купите хороший регулируемый редуктор. Стоит он 700-1500 рублей, но это мелочь, когда речь идет о безопасности. На манометре должны быть деления от 0,1 до 0,6 МПа (мега-паскалей). Внимание! Кран редуктора работает не так, как водопроводный кран, а наоборот: чтобы увеличить давление, нам надо крутить по часовой стрелке, т.е. закручивать кран; чтобы снизить давление, надо крутить против часовой стрелки, т.е. откручивать кран. Это важно запомнить, потому как в критической ситуации мы будем пытаться закрутить кран, а это наоборот, только увеличит давление газа — помните об этом!

Горелка плавильной печи, как и горелка для газового горна работает обычно в диапазоне давлений от 0,15 до 0,25 МПа. Мне проще считать давление в атмосферах, поэтому это 1,5 — 2,5 атмосферы. Не выкручивайте редуктор на большее давление — оно нам попросту не нужно! Моя газовая горелка для плавильной печи сейчас работает при давлении в 1,5 атмосферы, чего вполне хватает, чтобы уже через 15 минут в тигле плавал жидкий алюминий.

Работу с газом настоятельно рекомендуется проводить на открытом воздухе. Особенно пока газовая горелка еще не настроена. В замкнутом пространстве достаточно 10-15% концентрации пропана в воздухе для того, чтобы произошел взрыв. На воздухе же взорваться, работая с газом, практически нереально. Чтобы взорвать 5-ти литровый газовый баллон, его нужно кинуть в большой костер на 3-4 минуты. Только тогда он взорвется.

Также очень рекомендуется использовать длинный газовый шланг не менее 3-5 метров. Шланг обязательно нужно крепить к редуктору при помощи хомута с винтовой затяжкой. Помимо самого редуктора нужно также обзавестись каким-либо регулировочным краном, который бы располагался непосредственно около горелки. Это нужно, чтобы не бегать каждый раз к баллону открывать/закрывать газ. По хорошему, баллон у вас потом должен стоять за углом в специальном металлическом шкафу с висячим замком. Я вместо крана использовал еще одну газовую горелку от ацетиленового резака, только вместо насадки я подсоединил шланг моей горелки.

Что из себя представляет газовая горелка?

Переходим к теории газовых горелок. Начнем с того, что сам по себе газ не горит! Запомните это! Горит только газо-воздушная смесь, поэтому чтобы горелка заработала, в ней должен правильно осуществляться процесс смешения газа и воздуха. Именно этим, в общем-то, и занимается газовая горелка: смешивает воздух с газом.

Существует, грубо говоря, два вида газовых горелок — это инжекционные, где воздух затягивает в горелку под действием струи газа; и горелки с принудительной подачей воздуха — газовые горелки с наддувом. В промышленности, насколько я знаю, уже не используются инжекционные газовые горелки, потому как они считаются нестабильными. И действительно, собрав, и попытавшись запустить инжекционную газовую горелку, я убедился, что на ее работу влияет то, откуда сегодня дует ветер. В любой момент она может погаснуть от того же дуновения ветерка, так что поигравшись с инжекционной, я перешел к следующему этапу — газовой горелке с наддувом.

Газовая горелка с наддувом обладает более стабильной работой по сравнению с инжекционной. Ее удобнее регулировать, настраивать мощность пламени. Газовая горелка с наддувом превосходно работает на закрытую камеру газового горна или плавильной печи. Конструкция обеих горелок отличается незначительно. По сути у горелки с наддувом немного другое расположение рабочих камер и есть наддув

Так что же представляет из себя горелка для газового горна? По сути это просто обычная труба, ну или система труб. Газ подается в начало трубы через крохотное отверстие (жиклер), пролетает трубу, смешиваясь в ней с воздухом, и вылетая из трубы, начинает гореть. Чтобы газовая горелка работала правильно, газ должен смешиваться с воздухом в нужных пропорциях. Это достигается подбором нескольких параметров: диаметра отверстия жиклера, давлением газа, диаметром трубы горелки и, отчасти, ее длиной, которая должна быть порядка 10 диаметров трубы. Чем меньше диаметр жиклера, тем более быстрая струя газа будет вырываться из него при постоянном давлении. Если при заданном диаметре жиклера (например, 1 мм) нам нужно увеличить скорость газового потока, то мы либо увеличиваем давление газа, либо уменьшаем диаметр трубы газовой горелки.

В инжекционных газовых горелках (которые без наддува), количество поступающего в горелку воздуха зависит от скорости газового потока. Чем он выше, тем больше воздуха этот поток утянет за собой в трубу. Однако при высокой скорости газ может не успевать смешиваться с воздухом, и пламя на выходе трубки будет постоянно «срывать», сдувать потоком газа. Обратная ситуация — когда скорость потока газовоздушной смеси слишком мала, пламя прорывается внутрь трубы и горение происходит прямо возле жиклера. Ничего страшного в этом нет, просто нужно выключить подачу газа и регулировать горелку заново, увеличивая давление. Также проскакивание наблюдается всегда при выключении горелки, когда догорают остатки газа с практически нулевым давлением. При этом горение завершается характерным «пуком», когда резко сгорают остатки смеси внутри трубки.

Добиться более стабильной работы от горелки можно применив рассекатель, устанавливаемый в конце трубы. Он представляет собой заглушку с просверленным в середине большим отверстием (немного меньше диаметра трубы, чтобы не весь газ шел через него), окаймленным множеством маленьких отверстий (6-12 штук). Суть в том, что основной поток газа с большой скоростью будет вырываться из большого отверстия, а из маленьких остатки газа будут вырываться с гораздо меньшей скоростью, поджигая тем самым основной поток в случае, если его вдруг начинает «сдувать».

Еще лучше стабилизируется пламя на выходе газовой горелки, если после рассекателя установить так называемую «жаровую камеру». Это отрезок трубы несколько бо льшего диаметра, чем основная трубка. В трубе бо льшего диаметра поток газа немного замедляется, что способствует его более полному сгоранию и предотвращает срывы пламени из-за слишком высокой скорости. В учебниках рекомендуется плавное расширение «жаровой камеры» от основной трубки к выходу. Должен получиться своеобразный раструб. Но раструб в изготовлении более сложен, чем просто присобачить трубу диаметром побольше, которая и так хорошо работает.

Какое должно быть пламя у горелки для газового горна?

Давайте рассмотрим рисунок выше. На нем показано три вида пламени одной и той же газовой горелки с наддувом, но с разной степенью обогощенности смеси кислородом. Под №1 идет смесь с минимальным количеством кислорода. Наддув выключен. Пламя у горелки мягкое, желтое. Языки пламени неспешно вырываются из горелки, горение происходит практически беззвучно. Энергия такого пламени минимальна. На нем только чайник греть. Под №2 наддув включен на одну треть. Желтые вялые языки пропадают, пламя приобретает голубой цвет, из сопла появляется так называемое «ядро» пламени характерного зеленоватого оттенка. Температура самого ядра не так уж велика, но на границе перехода от ядра к голубому цвету эта температура достигает максимума. Поднесенная в эту зону металлическая арматура раскаляется практически до бела! По мере дальнейшего усиления наддува форма факела становится все более правильной, ядро укорачивается и прячется в недрах сопла, и, наконец, пламя, вырывающееся с гулким ревом приобретает острую форму кинжала, как показано на картинке №3. Такое пламя обладает максимальной концентрацией энергии в одной точке, что уже характерно для газовых резаков.

На графике слева представлено распределение температуры пламени в зависимости от зоны. На сами значения не обращайте внимания — для пропана они немного нише, но суть остается та же. Максимальная температура у пламени на границе ядра. И самые холодные зоны — это самое начало пламени и самый хвост факела.

Для горелки газового горна или газовой плавильной печи нужно выбирать вариант №2. В замкнутой рабочей камере плавильной печи синий язык пламени вытягивается и полностью обволакивает тигель с металлом, более-менее равномерно нагревая его. Если же в плавильной газовой печи довести факел до состояния №3, то тигель будет сильно перегреваться в одной точке, начнет обгорать и в конце концов испортится. Конкретно для газового горна иногда требуется именно локализованный нагрев заготовки, поэтому возможен вариант использования и резкого факела №3.

…Статья в процессе написания…