Кузнечные горны

открытые печи, применяемые в К. деле для разогревания кусков металла небольшой и средней величины. Характеристическая особенность К. горнов состоит в том, что нагреваемый металл находится в них в непосредственном соприкосновении с горючим, сожигание которого производится при содействии дутья, производимого К. мехами или вентилятором. К. горны состоят поэтому из двух главных частей: собственно горна, т. е. углубленного гнезда, в котором помещаются горючий материал и нагреваемый металл, и из воздухоподводящего прибора (фурмы с соплом). Побочные принадлежности горна суть: воздуходувный прибор, дымоотводная труба с вытяжным колпаком, водяной резервуар и т. д. Материалом для постройки кузнечных горнов служат: кирпич, чугун и железо. Преобладание того или другого из этих материалов обусловливается ближайшим назначением горна, особенностями его конструкции, местом, каким можно располагать для установки горна и, наконец, личными соображениями строителя. Во всяком случае, часть горна, в которой производится сжигание горючего (горновое гнездо) всегда облицовывается кирпичом, по возможности огнеупорным. Преимущество горнов, устроенных главным образом из металла, есть их компактность, зато части таких горнов сильно разогреваются и работать на них более тягостно, нежели на горнах кирпичных. Несмотря однако же на это, металлические горны получают в последнее время все большее и большее распространение. В качестве горючих материалов, для отопления горнов применяются каменный или древесный уголь и кокс, иногда же смесь из этих двух материалов. Кроме твердого горючего, большое применение в К. деле получила также нефть. Обыкновенный тип К. горна представлен на фиг. 1. Здесь А кирпичный постамент, С — горновое гнездо. Верхняя поверхность горна располагается на такой высоте над полом кузницы, чтобы кузнецу было удобно работать (70 — 80 см.). Горизонтальные размеры постамента обыкновенно делаются равными 100x100 см. Для экономии кладки, постамент снабжается сквозным просветом В, перекрытым сводом. Горизонтальные размеры гнезда — от 20х20 до 40x40 см., а глубина — от 10 до 15 см. Наклонный канал F в задней стенке D горна отводит дым в дымовую трубу (на рисунке не показанную). Е — железный зонт, препятствующий дыму разлетаться по кузнице. В отверстие в стенке D, у самого гнезда, вставлена чугунная коробка H, изображенная на фиг. 2 в увеличенном масштабе. Посередине этой коробки помещается трубка (фурма), сообщенная задним концом с воздухопроводом, а передним открывающаяся в горновое гнездо. Внутренняя полость коробки (между трубкой и стенками) сообщается с водяным резервуаром, при помощи трубок, показанных на фиг. 1 пунктиром. Вода, циркулируя по трубкам и фурменной коробке, предохраняет фурму от чрезмерного разогревания. Чугунный резервуар K, вделанный в кладку горна, наполняется водой и служит для охлаждения инструментов, смачивания угля и т. п. Если кузница имеет несколько горнов, то они располагаются обыкновенно по два, или по четыре, около одной общей дымоотводной трубы. Парные (как и одиночные) горны устанавливаются обыкновенно вдоль наружных стен кузницы, четверные же — посередине кузницы, чтобы около каждого горна образовалась достаточная свободная площадь для производства работы. Подведение воздуха в горновое гнездо сбоку, как это имеет место при обыкновенных фурмах (фиг. 1 и 2) неудобно в том отношении, что кусок металла, заложенный в горн, нагревается преимущественно лишь с той стороны, которая обращена к фурме.

КУЗНЕЧНЫЕ ГОРНЫ. Фиг. 1. Обыкн. Кирпичный горн с боковым дутьем. Фиг. 2. Фурма (продольный разрез и вид задней стороны). Фиг. 3. Двойной горн с нижним дутьем. Фиг. 4. Американский железный горн с нижним дутьем.

Для устранения этого важного неудобства в рационально устроенных горнах воздух подводится снизу, при чем, войдя в гнездо, он распределяется равномерно вокруг всего нагреваемого металла. Фурмы, служащие для подобного подведения воздуха, устраиваются различным образом. Наиболее простой их тип представлен на фиг. 3, показывающей вместе с тем способ сопряжения двух горнов около одной общей дымоотводной трубы. К днищам горновых гнезд АА здесь прикреплены снизу воздушные коробки ВВ, в которые, по трубкам CC, подводится воздух из воздухопровода. Применение фурм, подводящих дутье снизу, дает возможность располагать К. горн так, что доступ к нему возможен со всех сторон. Это представляет большое удобство при нагревании на горне грузных кусков металла. Подобный горн с нижним дутьем, устроенный из чугуна и железа (американского типа), представлен на фиг. 4.

Из перечисленных выше трех видов твердого горючего для отопления К. горнов наичаще применяется каменный уголь, притом главным образом жирный, пламенный, спекающийся, имеющий густой черный цвет, жирный блеск и листоватое сложение. Под влиянием жара он спекается в сплошную раскаленную массу. Это свойство (спекаемость) заставляет кузнецов предпочитать каменный уголь всем другим видам горючего на следующем основании: образовав над куском заложенного в горн металла плотную шапку или род свода, уголь прочно сопротивляется давлению дутья и не дозволяет воздуху прорываться наружу. Благодаря этому, во-первых, весь кислород входящего в горн воздуха вступает в реакцию с углем и сжигает его с наивысшим выделением жара, во-вторых, находящейся под шапкой угля металл воспринимает не только непосредственный жар соприкасающегося с ним пламени, но и лучистую теплоту, отраженную сводом. Прочность стенок такой угольной шапки настолько велика, что можно вытаскивать из-под нее кусок металла и вновь закладывать, не разрушив стенок. Это удобство вести нагрев металла под шапкой угля настолько существенно, что к спекающемуся каменному углю прибегают даже в тех случаях, когда работа ведется на древесном угле. При этом огонь разводится на каменном угле. Коль скоро же образовалась спекшаяся шапка, она взламывается и через образовавшееся отверстие забрасывается внутрь горна древесный уголь, а затем отверстие снова заделывается каменным углем. Хороший К. уголь должен содержать возможно менее золы и серы. Зола вредна в том отношении, что образует с железной окалиной вязкий шлак, который прочно держится на поверхности железа и не дозволяет ему хорошо нагреваться. Более 10 % золы в К. угле допускать не следует. Сера, переходящая из угля в железо, делает его красноломким и сообщает ему грубую, шероховатую поверхность. Кокс, в малых количествах, будучи легок и неспекаем, разбрасывается дутьем, трудно загорается и не концентрирует жара, а потому неприменим для малых горнов; в больших же горнах, где кокса заваливается сразу большое количество, эти неудобства его проявляются в менее сильной степени, напротив того достоинства кокса: большая чистота и способность, раскалившись, долго удерживать жар, выступают с большой выгодой, почему кокс и употребляется охотно для нагревания крупных поковок, если при этом не очень преследуют экономию. Температура, развиваемая горящим древесным углем, значительно ниже той, какая развивается коксом и каменным углем (по причине большей пористости древесного угля). Легкость и неспекаемость древесного угля служат причиной того, что он выдувается дутьем и расходуется непроизводительно. Ценность его также значительно выше, по сравнению с коксом и каменным углем. По всем этим причинам, для нагревания до высоких температур, древесный уголь не годится, а применяется в тех случаях, когда от горючего требуется возможная чистота, а от пламени возможно слабая окисляющая способность (древесный уголь, вследствие пористости своей, сгорает преимущественно в окись углерода, а не в углекислоту). Нефть и ее остатки, по высокой теплотворной их способности и отсутствию золы и гигроскопической воды, представляют теоретически весьма выгодный горючий материал. Но так как нефть сжигается в распыленном состоянии и потому не может быть помещаема в непосредственном соприкосновении с нагреваемым металлом, то часть выгод от применения нефти этим уничтожается. Тем не менее, благодаря чистоте ее от серы и фосфора, нефть охотно применяется для нагревания первосортного железа (напр. заклепочного). Количество горючего, расходуемого К. горнами, зависит от размеров нагреваемого в них железа. В малых горнах, служащих для нагревания кусков железа толщиной до 6 кв. см., часовой расход каменного угля составляет от 2 до 3 кг. Средние горны, служащие для нагревания кусков толщиной от 6 до 12 кв. см., расходуют в час от 3,5 до 4,5 кг. и наконец крупные горны (для нагревания кусков от 12 до 30 кв. см.) расходуют в час от 7 до 9 кг. каменного угля. Количество потребного дутья рассчитывается от 17 до 21 кб. метров воздуха на каждый килограмм сжигаемого угля.

Насколько важное влияние на качества поковок оказывают качества горючего материала, применяемого для отопления горнов, настолько же большую роль играет при этом и степень искусства и опытности кузнеца в деле ведения им К. горна. Очистив гнездо горна от шлака и изгари, кузнец зажигает на его дне стружки или щепки и, когда они разгорятся, насыпает угля, оставшегося от предыдущей работы, и пускает дутье. Поверх разгоревшегося угля насыпается свежий уголь, уминается и смачивается водой, чтобы не разлетался. Шапка спекшегося угля должна поддерживаться во все время работы горна надлежащей толщины, т. е. по мере прогорания угля (изнутри) на поверхность шапки должен набрасываться свежий уголь; случайный прорыв пламени наружу должен быть тотчас же прекращаем заделкой углем прогоревшего отверстия. Опрыскивание поверхности угля, заложенного уже в горн, водой способствует его спеканию и предохраняет кузнеца от тягостного действия жара. Злоупотреблять смачиванием водой однако же отнюдь не следует. Толщина слоя угля, насыпанного на нагреваемый кусок металла, сообразуется с размерами последнего таким образом, чтобы металл мог быть доведен до надлежащей температуры, не прибегая к насыпке на него свежего угля, который не только понижает температуру металла, но и отдает ему свою серу, которой в непрогоревшем угле значительно больше, нежели в уже разгоревшемся. Закладывать в горн металл следует не прежде того как уголь уже раскалился. Крупные поковки для равномерности нагрева необходимо поворачивать перед фурмой различными их сторонами, что, однако, должно производить возможно осторожнее, чтобы не рассыпать спекшуюся шапку угля. Нагрев вообще следует вести возможно быстрее, чтобы уменьшить угар металла. Поковка должна лежать в горне несколько выше сопла фурмы и несколько отступя от последней, так, чтобы струя воздуха, вылетающая из фурмы, прежде чем она достигнет поковки, успевала хорошо прогреться. Сила огня зависит от количества вдуваемого фурмой воздуха, поэтому на воздухопроводе устраивается кран, регулирующий силу воздушной струи. Еще лучше, если регулирующим прибором снабжена сама фурма, как это делается в новых фурмах нижнего дутья (фиг. 4). Если поковке требуется сообщить сварочный жар, то, доведя ее до белокалильного жара, следует на некоторое время ослабить дутье, чтобы дать время жару распределиться равномерно по всей массе металла. Усилив затем снова дутье, следует вновь довести металл до сварочного жара и поддерживать в этом жару, пока не наступит время вынимать его из горна. Как перегрев, так и недогрев металла перед его проковкой — одинаково вредны, поэтому необходим большой опыт, чтобы определить заранее, до какого наивыгоднейшего нагрева следует довести данный кусок металла. При продолжительном нахождении в горне, железо сильно окисляется и угарает. В предупреждение этого держат раскаленную поверхность металла покрытую жидким шлаком, при чем усиливают образование последнего, присыпая поверхность железа песком. См. также К. мастерство.

В. С. Кнаббе.