6.2. Пламенные нагревательные устройства

Простейшими нагревательными устройствами, широко применяемыми при художественной ковке, являются кузнечные горны. Горны имеют простую конструкцию, занимают сравнительно мало места, не требуют сложной аппаратуры для управления работой, их легко ремонтировать. Горны бывают различных конструкций: стационарные и переносные, открытого и закрытого типов. Для художественной ковки наиболее приемлемы горны открытого типа, позволяющие нагревать и короткие, и длинные поковки в любой их части. Они просты в обслуживании и удобны в работе, нагрев в них происходит быстро.

Основой стационарного горна (рис. 6.1) является постамент (стол, по­стель, лежанка), на котором размещают нагреваемые заготовки; в нем на­ходится очаг. Высота постамента определяется ростом кузнеца и высотой наковальни, чтобы было удобно переносить на нее заготовки из горна и обратно. Обычно высота постамента составляет 0,7-0,8 м, а размеры его горизонтальной поверхности 1 × 1,5 или 1,5 × 2 м. Постамент может быть литым, сварным, выложенным из кирпича или изготовленным из железо­бетона в виде коробки, заполненной песком, горелой землей и т. п.

Очаг – основная часть постамента – может размещаться как в центре, так и у боковых стенок горна. Поскольку в очаге развивается наиболее вы­сокая температура, его стенки выкладывают огнеупорным кирпичом и об­мазывают огнеупорной глиной.

Размеры очага определяются назначением горна и размерами нагревае­мых заготовок. Обычно очаг имеет круглую либо квадратную форму с раз­мерами сторон 0,2 × 0,2 или 0,4 × 0,4 м и глубиной 0,1-0,15 м.

Воздух подается в очаг от вентилятора или от мехов. Количество по­ступающего воздуха регулируется рычагом. Воздух из фурмы поступает в очаг через колосниковую решетку. Фурма имеет крышку для очистки от золы.

Для сбора и отвода дыма и газов над горном устанавливают зонт. Раз­меры нижнего входного отверстия зонта обычно равны размерам поста­мента. Зонты обычно располагают над горном на высоте 0,4–0,8 м. Эта высота определяется индивидуальными особенностями горна, например силой дутья, высотой и размерами вытяжной трубы.

Рис. 6.2. Стационарный горн закрытого типа: 1 – зонт; 2 – камера; 3 и 11 – окна; 4 – топочный люк; 5 – труба; 6 – металлическая коробка;

7 – подставка; 8 – колосниковая решетка; 9 – кирпичная кладка;

10- трубка; 12 – дымоход

Открытые горны имеют очень низкий коэффициент полезного действия – 2 ÷ 3 %. Этот коэффициент равен отношению количества теплоты, необходимого для нагрева заготовки, к общему количеству теплоты, выделяющемуся в результате сгорания топлива.

Более экономичными являются стационарные горны закрытого типа (рис. 6.2). Такой горн имеет закрытую камеру, выложенную огнеупорным кирпичом. Уголь насыпают на колосниковую решетку через топочный люк. Воздух от вентилятора попадает по трубе в металлическую коробку и далее через отверстия в колосниковой решетке поступает в горный очаг. Продукты горения через дымоход и зонт отводятся в атмосферу. Окно служит для погрузки и выгрузки заготовок.

На рис. 6.3 представлен горн шахтного типа, работающий на мазуте. Жидкое топливо подается сверху через воронку, подхватывается струей воздуха, распыляется и сгорает.

Переносные горны – это цельнометаллические сварные или сборные конструкции, применяемые для нагрева заготовок небольших размеров. Переносной горн (рис. 6.4) состоит из металлической рамы, на которой крепится постамент с очагом и вентилятор для подачи воздуха. Вентилятор приводится во вращение ножной педалью через кривошип, маховик и ре­менную передачу.

Рис. 6.4. Переносный горн:

1 – очаг; 2 – маховик;

3 – ножная педаль;

4 – ременная передача;

5 – металлическая рама;

6 – вентилятор

Рис. 6.5. Переносной горн с пылесосом:

1 – постамент; 2 – фурма; 3 – зольник;

4 – пылесос

Конструкция легкого переносного горна с бытовым пылесосом показана на рис. 6.5. Горн представляет собой металлическую раму, сваренную из уголков. Постамент выложен огнеупорным кирпичом. На верхних уголках расположена фурма, к которой приварен патрубок. В этот патрубок вставляется носок шланга пылесоса.

Для нагрева заготовок часто применяют простейшие устройства с паяльной лампой.

Камерные печи применяют для нагрева сравнительно мелких деталей, главным об­разом, при термической обработке. Пламенные камерные печи работают в основном на жидком и газообразном топ­ливе. Реже применяют камерные печи, работающие на твердом топливе, пре­имущественно для нагрева заготовок перед ковкой (о камерных электрических печах см. далее).

Рис. 6.6. Камерная печь, работающая на твердом топливе: 1 – окно;

2 – колосниковая решетка;

3 – зольник; 4 – отверстие для воздуха, поступающего в топку

Камерные печи с успехом могут использоваться и для выполнения различных технологических операций при изготовлении художественных изделий.

На рис. 6.6 показана камерная печь, работающая на твердом топливе.

Слой твердого топлива при горении на колоснико­вой решетке распадается на три зоны (рис. 6.7)

В верх­ней зоне I свежезаброшен нос топливо подогревается и готовится для горения. Здесь испаряется влага и выделяются летучие.

Рис. 6.7. Схема горения твердого топлива: I – зона свежего топлива; II – зона раскаленного кокса; III – зона шлака и золы; 1 – надслойное пламя; 2 – колосники;

3 – рост температуры; 4 – падение избытка воздуха

В средней зоне II горит кокс, образовавшийся из кусков твердого топлива. Нижняя зона III состоит из шлака, золы и недогоревшего кокса. Над слоем топлива горят выделившиеся летучие в виде так называемого надслойного пламени.