Андрей Смирнов
Время чтения: ~16 мин.
Просмотров: 1

Инжекционная газовая горелка для кузнечного горна своими руками: руководство по изготовлению

Строим газовый горн

Прежде, чем начать сооружать газовый кузнечный горн своими руками, нужно определить параметры пода – его площади.

Для этого существует хитрая формула:

N = H × F

N – производительность горна, которая зависит от напряженности H и площади пода F. Высчитано, что оптимальной поддержки необходимой температуры в горне достаточно скорости подачи газа в промежутке от 1-го до 1,5 м/сек.

Схема газовой горелки для горна.

Вам известны площадь вашей мастерской и примерное количество кузнечных деталей в килограммах, которое вы планируете производить. С этими данными вы выводите напряженность пода с максимально допустимой верхней границей в 150 кг/м².

Необходимые материалы, которые нужно иметь, чтобы приступить к работе:

  • кирпич огнеупорный типа динас или шамот;
  • пластины толщиной не меньше 5-ти мм из жаростойкой стали;
  • стальной профиль для стоек, рамы и заслонки горна;
  • труба для дымохода и вентиляционного канала из стали;
  • шпатлевка для заделки щелей между кирпичами с жаростойкими свойствами;
  • листовой металл или дополнительный слой огнеупорных кирпичей для футеровки с внешней стороны;
  • горелки от двухконтурных котлов большой мощности;
  • вентилятор;

Газовые кузнечные горны тоже могут быть открытыми. С ним все намного проще, достаточно будет устроить колосники с подачей воздуха для большей эффективности нагрева. Вещества сгорания выводятся в таком случае вентилятором из теплостойкого металла.

Опорную раму лучше располагать вплотную к одной из стен вашей мастерской. Выбор стены нужно делать с учетом того, что будет нужен дымоход и вентиляционная труба, так что смежные стенки, если таковые есть, лучше не использовать.

Стойки и саму раму лучше сваривать из низколегированной стали по чертежам, которые можно скачать в Интернете. Низколегированная сталь прочна, легкая и, самое главное, устойчива к специфической коррозии высокотемпературного режима. Внешняя футеровка должна быть продумана заранее, чтобы в опорной раме сразу проделать отверстия для ее крепления.

Теперь об огнеупорных кирпичах и кладке

Важно купить настоящие сертифицированные кирпичи типа шамот, изготовленные по ГОСТу 390-79. Если вы приобретете кирпич не по стандарту, вы рискуете тем, что обычные кирпичи начнут у вас плавиться уже при температуре 1000°С

Устройство кузнечного горна.

Второй тип огнеупорных кирпичей – динас. Эти кирпичи дороже, зато устойчивее к высоким температурам: они выдерживают режим с уровнем 1800°С. Они светлее шамотных кирпичей из-за высокой доли в своем составе кремниевых солей.

Если у вас есть возможность, лучше выкладывать горн динасовым кирпичом: кузнечные горны из огнеупорного динасового кирпича долговечнее и выдерживают самые жесткие температурные режимы.

Кирпичи укладывать с раствором из огнеупорной глины с добавкой порошка из шамота и динаса в четкой пропорции 60:40. Дымоход и вентилятор по периметру обрабатывать металлическими уголками.

Важнейший финальный этап – просушка всей конструкции. После нее нужно проверить, как работают вентиляторы для горна кузнечного. И только затем можно будет производить тестовое включение.

Обзор видов

Газовая горелка имеет несколько типов. Это зависит от их конструктивных особенностей.

Вихревая

В области устья происходит перемешивание воздушного потока с помощью пластин спирального типа. Это даёт отличные возможности регулирования при минимальных изменениях давления. Однако эта конструкция отличается повышенной сложностью, что делает её изготовление довольно трудоёмким.

Устройство имеет корпус с двумя подведёнными патрубками для газа и воздуха, воздушную и газовую камеры, смотровую трубу, насадки, и завихрители.

Камеры объединены фланцевыми соединителями, это обеспечивает доступ к внутреннему осмотру и ремонту. Расположенные на выходе из воздушной камеры лопатки-завихрители создают турбулентный поток воздуха, что способствует образованию газовоздушной смеси высокого качества.

Газ, выходя из газовой камеры, подаётся соплами в воздушный турбулентный поток.

Для низкого и среднего давления применяются одни и те же сопла. Вихревая горелка оборудована специальной насадкой, при помощи которой происходит стабилизация факела. В газовых и воздушных камерах имеются штуцера для измерения давления воздуха и газа.

Во время монтажа горелку дополняют элементами:

  • контроля пламени;
  • дистанционного розжига;
  • контроллерами давления;
  • управлением регулирования и сигнализации.

Инжекционная

Конструкция проста в изготовлении. Её особенность в том, что она самостоятельно затягивает газ. Вид горелки влияет на степень угара металла во время его нагревания для ковки, расход газа, степень образования окалины.

Инжекторные горелки отличаются высоким коэффициентом полезного действия, гарантируют быстрое образование газовоздушной смеси. Происходит качественное удаление продуктов сгорания из кузнечного горна, обеспечивается бесперебойная работа при недостатке тяги.

Используются одно- и двухфакельные горелки. Кроме того, они могут быть односопловыми и многосопловыми. Сопла располагаются в центре или периферийно.

Инжекционный тип имеет преимущества и некоторые недостатки. К преимуществам относится ряд таких параметров:

  • комфорт в работе;
  • простота конструкции;
  • отличное образование газовоздушной смеси;
  • управление газом и воздухом во время изменений температуры.

Для воздушной инжекции возможно применение газовой энергии.

Минусом считается большая длина односопловой горелки, из-за чего приходится следить за строгим совпадением осей сопла и горелки. Кроме того, во время работы они издают довольно сильный шум.

Тангенциального типа

Устройства отличаются простотой в изготовлении и надёжностью в эксплуатации. Относительно смесительного корпуса течение газа в подобном устройстве происходит вдоль оси, а поток воздуха по касательной. Происходит интенсивное смешивание с одновременной потерей давления, из-за завихрений. В этой горелке подача воздуха происходит неравномерно, большая часть кислорода достаётся той области, где заготовка контактирует с подом печи. Этот эффект способствует образованию повышенного угара и окалины.

При сочетании прямого и тангенциального потоков появляется возможность наиболее качественной регулировки подачи горючей смеси. Можно менять длину факела, изменяя количество подачи воздуха между внутренним и внешним каналами. Становится возможным контролировать время нагрева металла. Горелка отличается большими размерами и конструктивными сложностями, что делает невозможным её применение в кузнечных горнах малого размера.

Газовые горелки без принудительного поддува используются всё реже, поскольку они не в состоянии обеспечить бесперебойную подачу газовоздушной смеси. В современных условиях пользователи предпочитают газовые горелки с принудительным поддувом.

Открытая модель горна: инструкция

Изготовление кузнечного горна.

Она представляет собой огнеупорное основание в виде поддона, площадки или стола с углублением. На дне выложены кирпичи или иное огнеупорное основание, по бокам стойки из кирпичей или стали, на которых будет крепиться газовая горелка. Ее необходимо расположить так, чтоб сопло было направлено вниз, в центр огнеупорного поддона.
Конструкция примитивная, но эффективная, она даже не нуждается в вытяжном коробе, дым будет рассасываться естественным путем. Но это если такой очаг установлен на открытом воздухе, под навесом или в хорошо проветриваемом помещении.

Так как форма горна открытая, то нет никаких ограничений на размер обрабатываемой детали, что очень привлекает многих мастеров.

Как сделать газовую горелку

На схеме ниже вы можете увидеть, как именно изготавливается газовая горелка. Для такого устройства потребуются следующие компоненты:

  1. Корпус, который выполняется в виде двойного усеченного конуса. Для его изготовления потребуется высокопрочная сталь.
  2. Конфузионный раструб, выполняемый из стали Х18Н9Т, устойчивой к воздействию высоких температур и открытого пламени.
  3. Головки для подведения к месту работ природного либо сжиженного газа, а также воздуха под требуемым давлением.
  4. Устья.
  5. Регуляторы, позволяющие настраивать количество газа и воздуха в смеси.

Полуторадюймовые трубы и листовая жаропрочная сталь помогут выполнить основные элементы устройства. Для этой цели применяется сварка в среде аргона, но можно также использовать флюс, который защитит шов от воздействия кислорода и быстрой коррозии. В качестве труб для подведения газа и воздуха берем обычные рукава высокого давления. Главное – правильно подобрать их диаметр. Соединение с корпусом осуществляется посредством металлических хомутов.

Чтобы исключить утечку газа, а также снижение давления, потребуются надежные уплотнительные элементы. Их можно сделать из резины, выдерживающий агрессивные химические воздействия.

Промышленная газовая горелка

В нашей компании вы сможете найти широкий выбор запальников для трубчатых печей и котельного оборудования с разрежением в топке до -30 Па. Подобные устройства активно используются в газовой, нефтехимической и других отраслях. Особенности агрегатов требуют поддержания основного пламени в топке для стабильной и безопасной работы печи. С этой целью применяется отдельная промышленная горелка.

Газоиспользующие запальники могут периодически обеспечивать разгорание факела для контроля пламени в печи или же гореть на постоянной основе, поддерживая стабильную работу системы розжига. Эти устройства могут быть автоматизированными или оснащаться ручным управлением.

Запальные защитные устройства применяются для:
Котлов малой и средней мощности Энергетических котлоагрегатов Печей нефтехимии и промышленных печей Системы розжига факельных установок
ЭЗ ЗСУ-ПИ-60 ЗСУ-ПИ-45-IP ЗСУ-ПИ-1/5
ЭЗГ ЗСУ-ПИ-45 ЗСУ-ПИ-38-IP  
ЭЗГ-МК ЗСУ-ПИ-45-МСК ЗСУ-ПИ-Exd 00  
ЗСУ-ПИ-38 ЗСУ-ПИ-1/5 ЗСУ-ПИ-45-06  
ЗСУ-ПИ-МСК   ЗСУ-ПИ-45-1/6  
    ЗСУ-ПИ-ТАНЕКО  

Что необходимо?

Рабочие инструменты и материал для будущей конструкции – вот что нужно подготовить перед созданием самого прибора.

  • Материал для ручки. Строгих критериев его выбора нет, потому все зависит от смекалки и возможностей изготовителя. Ручка должна быть удобной, не прогреваемой во время работы. Готовую рукоятку брать наиболее разумно – подойдет ручка от вышедшего из строя кипятильника либо паяльной станции.
  • Проводящая трубка. Она должна быть стальной, потому изготовитель выбирает стальную трубку диаметром не более 1 см и с толщиной стенки 2,5 см.
  • Корпус горелки. И он должен быть стальным, а рассекатель изготавливают из латунного прутика.
  • Форсунка. Ее делают из металлического прута.

Из инструментов понадобятся: болгарка, сварочный полуавтомат, напильник, сверлильный станок или дрель, метчик, сверло, лерка, молоток, пассатижи, зачистной и отрезной круги, щетка по металлу, защитные средства. Не всегда нужно все из списка, но в стандартном наборе это присутствует.

Делаем газовый кузнечный горн своими руками

Для большинства мастерских, работающих с металлом, необходим кузнечный горн. Если вам приходится работать не только с холодной, но и горячей ковкой, то без него никак не обойтись.

Можно все необходимое оборудование просто приобрести, но стоимость кузнечного горна довольно существенная, ценовой диапазон начинается с полсотни тысяч рублей.

А потому в голову любого владельца мастерской приходит рано или поздно мысль сделать кузнечный горн своими руками.

Принцип работы инжекционной горелки.

В традиционной кузне используются горны, работающие либо на древесном, либо каменном угле (коксе), но, помимо этого, есть разновидности, использующие в качестве топлива нефтепродукты или газ.

Мы страна с крупнейшими запасами газа, цена на который довольно низка, поэтому именно газовый горн кузнечный, своими руками сделанный из подручных материалов, с учетом именно ваших предпочтений, станет лучшим вариантом для любого кузнеца.

Эффективность работы на газе очень высокая, а использовать можно не только магистральный природный газ, но и тот, что продается в баллонах.

Преимущества газового горна

Регулировка подачи воздуха.

  1. Устройство подобного «очага» во многом проще угольных вариантов, хотя бы потому, что в нем не используются колосниковые решетки.
  2. Регулировать подачу газа, а значит, и температуру горения намного проще, чем в других разновидностях.
  3. Из-за своего веса такое оборудование можно по праву считать мобильным. Его можно легко транспортировать в нужное место.
  4. Себестоимость изготовления совсем невелика и не подорвет бюджет мастера.
  5. Доступность и стоимость газа не сравнимы с другими конкурентами.

Любой мастер, имеющий элементарный опыт работы, сможет построить горн своими руками газовый или угольный, если будет иметь подходящие материалы, инструменты и чертеж будущего оборудования. На рисунке видна схема очень интересного варианта газового горна, но при изготовлении не обязательно его слепо придерживаться, каждый умелец может внести в него свои дополнения или упрощения.

Ведь нет какого-то единого общепринятого стандарта. Если вы выполните основные требования безопасности при монтаже и вас устраивает эффективность горна, то конструктивные особенности совсем не важны.

 Меняйте размеры, вид, конструкционные особенности, делайте горн под себя, свои пристрастия, рост, силу.

Даже такое, казалось бы, вечное требование, как основание очага из огнеупорного кирпича, не является неизменной догмой, многие кузнецы обходятся дырявым ведром, обмазанным слоем глины или даже толстым листом жаропрочной стали. Но все же рассмотрим вкратце два основных варианта газового горна.

Открытая модель горна: инструкция

Изготовление кузнечного горна.

Она представляет собой огнеупорное основание в виде поддона, площадки или стола с углублением. На дне выложены кирпичи или иное огнеупорное основание, по бокам стойки из кирпичей или стали, на которых будет крепиться газовая горелка.

Ее необходимо расположить так, чтоб сопло было направлено вниз, в центр огнеупорного поддона.Конструкция примитивная, но эффективная, она даже не нуждается в вытяжном коробе, дым будет рассасываться естественным путем.

Но это если такой очаг установлен на открытом воздухе, под навесом или в хорошо проветриваемом помещении.

Так как форма горна открытая, то нет никаких ограничений на размер обрабатываемой детали, что очень привлекает многих мастеров.

Закрытая модель газового горна

Основное отличие от открытой разновидности в том, что такой горн обличен в корпус, как правило, в виде куба и имеется принудительная вытяжка. Корпус обычно делается из огнеупорных кирпичей с металлической крышкой, переходящей в вытяжку. Размеры закрытых горнов невелики, для домашнего использования он не превышает 80х100см. В передней панели нужно будет вставить дверцу.

В боковой стене предусматривается отверстие для монтирования газовой горелки. Важным условием является установка принудительной вытяжки (с каналом 30х30см), для этого часто используют двигатели от старого пылесоса, печи обогрева автомобиля и т.д.

Газовая горелка

Для корпуса газовой горелки берется труба из «нержавейки» 2 мм толщиной. К нему монтируется труба, состоящая из двух сваренных труб, по одной из них идет газ, по другой — воздух от насоса. Настройка работы горелки требует внимания и навыков.

Стационарный

Стационарные горны делают опытные мастера под свои антропометрические данные. Кусок раскаленного до оранжевого железа весом в несколько кило в клещах – предмет чрезвычайно травмоопасный, поэтому эргономика стационарного горна должна быть идеальной.

Берем размеры

Приблизительные размеры стационарного горна показаны на рис.

Примерные размеры кузнечного горна

Именно приблизительные, но высоту стола и его размеры нужно определить точно:

  • Становимся ровно, ноги на ширине плеч. Правую свободно опущенную руку сгибаем в локте.
  • Помощник измеряет расстояние от локтевого сгиба до пола. Добавляем к нему 5-7 см, это и будет высота стола.
  • Теперь берем в ту же руку самые большие клещи, помощник измеряет расстояние от живота до концов их губок.
  • Добавляем к нему 10-12 см, мы получили половину длины диагонали стола.
  • Длину стороны квадратного стола берем равной 1,4 от длины полудиагонали (0,707 от полной диагонали).

Конструкция

Последовательность изготовления стационарного горна видна из рис. Воздушник фурмы с наддувом от пылесоса или улитки автопечки лучше опустить пониже, а заслонку воздушного дренажа при этом (пп. 4 и 5) сделать выдвижной вперед. Получится воздушный ресивер достаточно большой емкости, и заслонку можно будет выдвигать-вдвигать носком обуви.

Изготовление стационарного горна

Обратите также внимание на цельный колосник, поз. 2

Он в данном случае специальный для горнов. Секрет – в перекрещивающихся ложбинках, разделяющих плиту на квадратики. В них скапливается нагар. Если насверлить отверстия в гладкой плите, то их после каждой ковки придется прочищать стальным прутом.

Но почему нельзя сделать колосниковую решетку наборной из планок, как в печке? Потому, что масса топлива спекается не однородно. В щелях между планками поток воздуха будет прыгать туда, где ему свободнее выйти. В том месте температура окажется выше, и вся заготовка может оказаться пересушенной пятнами. На-глаз мастер-любитель этого не заметит, но под нагрузкой местная хрупкость скажется. А пропускание воздуха сквозь двумерную регулярную структуру (печной колосник одномерный) уменьшает неравномерность воздухораспределения на порядок. Если колосник трехмерный, как показано на рис. с устройством горна в начале, то неравномерность распределения воздуха практически не сказывается.

Самодельная фурма с воздушным душем

А как быть, если негде взять спецколосник? Тогда приемлемый выход – полностью самодельная фурма с концентрическим расположением отверстий диаметром 8-10 мм, см. рис. справа, такая система не так быстро засоряется и дутье по площади обеспечивает более-менее равномерное. По принципу действия похоже на рассеиватель душа.

Наддувать воздушный душ пылесосом нельзя, топливо выдует. Нужно взять улитку от автопечки или подобную ей. Регулировать дутье дренажом в таком случае тоже нежелательно, оптимальный для равномерности дутья наддув слабоват. Нужно встроить в воздуховод дроссельную заслонку, а нижнюю крышку фурмы сделать съемной только для чистки.

Пара слов о самой подаче воздуха

Конечно, в эту трубу что-то должно загонять вкуснейший кислород, который раскалит угли в камере до адских температур. Можно использовать кузнечные меха. Такие, что использовали наши предки в кузницах. Но это не самый лучший вариант, нужна хотя бы пара мехов, чтобы получить необходимую температуру, и было бы неплохо иметь помощника, который будет без устали нажимать на меха. Намного продуктивнее использовать электрические воздуходувки. Например, турбина для надувки матрасов. Я использовал старый советский пылесос. У него даже можно перекрутить шланг с вдува на выдув, но он сломался. Пришлось скотчем прикрепить пакет с той стороны, откуда воздух выдувается.

Открытые горны

Открытый кузнечный газовый горн представляет собой вертикальные стойки с двух сторон от металлической ёмкости, которая устанавливается на пожароустойчивом основании. Роль основания могут выполнять:

  • бетонированный пол (площадка);
  • несколько огнеупорных уложенных в ряд кирпичей и т. п.

На стойки устанавливается газовая горелка, направленная соплом вниз. В большинстве случаев горны устанавливаются на металлическую подставку, у которой в нижней части имеется поддон для размещения подлежащих обработке заготовок.

Конструкция горелки

Стандартная самодельная горелка функционирует таким образом. Под давлением по специальному шлангу из баллона подаётся газ. Чаще всего в качестве такого газа используется пропан. Объём подаваемого газа изменяется расположенным на баллоне регулирующим рабочим краном. Поэтому установка дополнительного понижающего редуктора не требуется.

Запорный кран располагается за основным вентилем и крепится на газовом баллоне. Он используется для открывания или закрывания подачи газа. Все остальные регулировки (длину и интенсивность пламени) самой горелки осуществляют с помощью, так называемого, рабочего крана. Подводящий газовый шланг, по которому происходит подача газа, подключен к специальной насадке. Она завершается ниппелем. Он позволяет задавать величину (длину) и интенсивность (скорость) пламени. Ниппель совместно с трубкой помещают в специальный вкладыш (металлический стакан). Именно в нём происходит создание горючей смеси, то есть обогащение пропана кислородом атмосферного воздуха. Созданная горючая смесь под давлением поступает через сопло в область сгорания. Для обеспечения непрерывного процесса горения в сопле конструктивно предусмотрены специальные отверстия. Они выполняют функцию дополнительной вентиляции.

На основе такой стандартной схемы можно разработать собственную конструкцию. Она будет состоять из следующих элементов:

  • корпуса (обычно его изготавливают из металла);
  • редуктора, который крепится на баллон (применяют готовый прибор);
  • форсунки (изготавливают самостоятельно);
  • регулятор подачи топлива (по выбору);
  • головка (форма выбирается исходя из решаемых задач).

Корпус горелки изготавливается в форме стакана. В качестве материала применяют обыкновенную сталь. Такая форма позволяет обеспечить надёжную защиту от возможного задувания рабочего пламени. К корпусу крепят рукоятку. Она может быть выполнена из различного материала. Самое главное, чтобы она обеспечивала удобство при работе. Предыдущий опыт показывает, самая оптимальная длина такой ручки находится в интервале от 70 до 80 сантиметров.

Устройство газовой горелки

Сверху крепится деревянный держатель. В его корпус помещают шланг подачи газа. Это позволяет придать конструкции определённую прочность. Длина пламени может осуществляться двумя регулировками. С помощью редуктора, расположенного на газовом баллоне, и вентиля, установленного на трубке. Розжиг газовой смеси производится благодаря специальной форсунке.

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…

Рейтинг автора
5
Материал подготовил
Степан Волков
Наш эксперт
Написано статей
141
Ссылка на основную публикацию
Похожие публикации