Рис. 1.1.7. Переносные горны (конструкции США) с ручным (а, б, в) и с электрическим (г) приводом подачи воздуха: 1 – ручной привод; 2 – электрический привод; 3 – регулируемый по высоте зонт.
Кроме «шапки» над очагом можно сделать печурку из нескольких кирпичей (рис. 1.1.8) или согнуть П-образно металлический лист. Можно также согнуть пополам заготовку квадратного сечения (16 × 16 мм), оставив небольшую щель (рис. 1.1.9), и установить ее у очага, а все пространство завалить влажным углем. Когда уголь разгорится и шапка спечется, в щель устройства можно будет вставлять заготовки небольшого диаметра.
Рис. 1.1.8. Печурка из кирпича.
Рис. 1.1.9. Печурка со щелью.
Для нагрева крупных заготовок лучше применять шахтные горны (рис. 1.1.10). Такой горн высотой 0,6 м и площадью стола 1 м2 устанавливается в центре кузницы. Шахта имеет глубину 0,5 м с сечением у основания 300 × 300 мм, сверху 150 × 150 мм. Дутье (воздух под давлением) подводится на расстоянии 400 мм от верха горна. Дном шахты служит чугунная заслонка, которая легко выдвигается для очистки горна. После очистки заслонку задвигают и засыпают тонким слоем золы для предохранения ее от нагревания.
Рис. 1.1.10. Шахтный горн.
Современный стационарный горн закрытого типа (рис. 1.1.11) имеет камеру (п.2), выложенную изнутри огнеупорным кирпичом (п.9), установленную на металлической подставке (п.7). Уголь засыпается на колосниковую решетку (п.8) через топочный люк (п. 4), в котором имеется окно (п. 3) для «шуровки» топлива. Воздух от вентилятора по трубе (п.5) подается в металлическую коробку (п.6) и далее через отверстия в колосниковой решетке попадает в горновой очаг. Продукты горения через дымоход (п.12) и зонт (п.1) отводятся в атмосферу. Не полностью сгоревший угарный газ СО дожигается вследствие подачи дополнительного воздуха через трубку (п.10). Окно (п.11) служит для загрузки и выгрузки заготовок.
Рис. 1.1.11. Современный стационарный горн закрытого типа.
Горны, работающие на жидком или газообразном топливе, – это нагревательные устройства камерного или шахтного типа (рис. 1.1.12), состоящие из камеры нагрева (п.1) и топочной камеры (п.3). Обе камеры изнутри облицованы огнеупорным материалом. Воздух в камеру поступает по патрубку (п.6) через коническое сопло (п.7) и отверстия (п.9) и (п.8). Топливо подается сверху через воронку (п.5), стекает по соплу (п.7) и подхватывается струей воздуха, распыляется и сгорает. Разжигают смесь через специальное окно (п.4), в которое вводят горящий факел. По мере разогрева камеры увеличивают подачу воздуха и топлива и устанавливают необходимый режим горения.
Рис. 1.1.12. Современный стационарный горн закрытого типа.
Кроме горнов различных конструкций и типов, в кузницах применяют электрические и газовые печи. Печи по сравнению с горнами имеют ряд преимуществ: заготовка при нагреве практически не соприкасается с топливом, в результате чего она не насыщается серой и другими вредными элементами и меньше окисляется; сгорание топлива в печах более полное, в связи с чем повышается КПД печей до 10–15 %.
В «полевых» условиях, когда необходимо что-то срочно отковать, можно использовать паяльную лампу (рис. 1.1.13 а, б). Три кирпича (п.6) ставятся на торец, на них кладется колосниковая решетка (п.4), а на нее устанавливается печурка (п.1) из четырех кирпичей, в которую засыпается уголь (п.3). Снизу размещается паяльная лампа (п.7) с патрубком (п.5). Горн разжигают, и можно нагревать заготовку (п.2). Более простая конструкция показана на следующем рисунке. Паяльную лампу (п.7) ставят в небольшую ямку, а рядом складывают печурку из огнеупорного кирпича (п.1). Небольшие заготовки (п.2) закладывают в щель между кирпичами. Можно в ямку установить ручной или электрический вентилятор (п.8) и подавать воздух в фурму, установленную в ямке (рис. 1.1.13 в). При работе с такими горнами необходимо следить, чтобы паяльная лампа сильно не разогревалась.
Рис. 1.1.13. Простейшие горны: а, б – с паяльной лампой; в – с вентилятором.
Конструкция легкого переносного горна с бытовым пылесосом показана на рис. 1.1.14. Постамент горна (п.1) сварен из уголков, а стол горна выложен из огнеупорного кирпича. К верхним горизонтальным уголкам приваривается зольник (п.3), сверху которого плотно укладывается чугунная фурма (п.2). На высоте 150 мм от основания к зольнику приваривается патрубок с внутренним диаметром 30 мм, в который вставляется носик шланга (п.4) пылесоса (п.5). При этом необходимо иметь в виду, что шланг должен быть вставлен в верхнее гнездо пылесоса, а нижнюю чашку пылесоса с фильтром снимают, и пылесос устанавливают на подставку.
Рис. 1.1.14. Горн с пылесосом.
Воздуходувные устройства. Горячая ковка металлов и сплавов стала возможной только тогда, когда появились надежные воздуходувные устройства. Первыми такими «устройствами» были рабы, которые через тростниковые или деревянные трубки дули в костер. Со временем человек начал применять для подачи воздуха в костер шкуру (мех) животного – козла или барана, снятую «чулком», т. е. целиком. Все отверстия, кроме двух, в шкуре заделывались, в одно отверстие вставлялась глиняная трубка – сопло, а другое отверстие служило для засасывания воздуха внутрь шкуры. Человек за край отверстия приподнимал шкуру, и воздух поступал внутрь. После этого он ладонью закрывал отверстие и, надавливая на шкуру, выпускал воздух в огонь. Так появились первые воздуходувные устройства – мехи, которые с различными изменениями просуществовали вплоть до XX в. Для создания более равномерного дутья на определенном этапе развития стали применять два меха и давить на них поочередно ногами. Чтобы нога не проваливалась при нажатии, под нее стали подкладывать дощечку – так мешок из меха преобразовался в клинчатые мехи. Основу таких мехов составляли две образующие клин и клиновидные в плане доски, которые шарнирно крепились к массивному деревянному бруску – голове (вершина клина), а с противоположной стороны обтягивались кожей.
Первые конструкции клинчатых мехов были однокамерными, а с XIII в. начинают применяться двух– и даже трехкамерные мехи, которые давали длительное и равномерное дутье.
Рис. 1.1.15. Клинчатые мехи.
Рассмотрим конструкцию клинчатых мехов двойного действия (рис. 1.1.15) и принцип их работы. Голова (п.1) – основная часть мехов, которая соединяет все составные части. Спереди крепится сопло (п.2) – конусная стальная или чугунная трубка. С противоположной стороны крепятся три закругленные в широкой части доски: верхняя (п.9) и нижняя (п.15) – шарнирно, а средняя (п.11) – жестко. Кроме того, средняя доска имеет две цапфы, с помощью которых мехи жестко крепятся к стойкам (п.6). Нижняя и средняя доски имеют воздушные клапаны (п.13) и (п.14). Устроены они довольно просто (вид А): кусок кожи (п.16), одна сторона которого прибита к доске, перекрывает круглое отверстие в досках. Поверх кусочка кожи прибит ограничивающий ее подъем ремешок (п.17). Кожаная гармошка (п.10) соединяет верхнюю (п.9) и нижнюю (п.15) подвижные доски со средней неподвижной (п.11). Состоит гармошка обычно из трех отдельных частей (складок), которые соединяются между собой деревянными элементами, по форме совпадающими с широкой частью досок. Каждая складка прибивается к такому элементу через тоненькие ремешки. Крепление мехов у горна осуществляется следующим образом: голова жестко крепится в экране горна (п.5), при этом сопло (п.2) плотно входит в фурму. Второе жесткое крепление осуществляется с помощью цапф, которые прибиваются к специальным стойкам (п.6) с противоположных сторон меха.
