Кузнечные горны
Ковать металлы можно только в нагретом состоянии, именно до той температуры, когда металл получит достаточную для обработки его молотком степень мягкости и способность изменять форму по произволу кузнеца.
Наши обыкновенные печи, даже при самом усиленном накаливании их, для этой цели не годятся, ибо не в состоянии развить требуемую высокую температуру, а потому употребляется специальная печь – кузнечный горн, в котором энергия горения поддерживается искусственно, посредством особых воздуходувных приборов – мехов и вентиляторов.
Для отковки металлов употребляются два рода горнов – постоянные и переносные. Те и другие служат для одной и той же цели, но различаются по своей конструкции. Постоянный горн складывается из кирпича на постоянном месте.
Что же касается переносных горнов, то они обыкновенно покупаются готовыми; их можно ставить в любом помещении, а также на открытом воздухе. Неудобство их заключается только в том, что в них нельзя нагреть крупную вещь, но для мелких отковок и других кузнечных работ слесарного производства переносный горн является вполне пригодным.
Постоянный горн. Кузницу с постоянным горном можно устроить в холодном помещении, иногда даже для нее отводят просто сарай с потолком и прочною крышею, стены которого собраны из пластин. Пол в кузнице выстилается плитами или же, в крайнем случае, делается из щебня, который должен быть плотно утрамбован.
Горн для экономии иногда срубают из дерева и только верхнюю часть складывают из кирпича, но такой способ постройки, однако, рекомендовать нельзя, так как дерево, усыхая и давая осадку, может ослабить кладку, а чрез образовавшиеся щели может проникнуть огонь и сделаться пожар. Удобнее и практичнее устраивать горн на бутовом фундаменте для того, чтобы горн стоял твердо и при осадке не дал трещин. Такой горн показан в поперечном разрезе на рис. 1. Он состоит из продолговатого очага А, выложенного на своде Б для уменьшения тяжести горна.
Рис. 1
Существенную часть горна составляет углубление В, называемое горновым гнездом. Здесь сосредоточивается горение угля и развивается высокая температура, необходимая для накаливания металла. Гнездо имеет продолговатую форму с полукруглым дном, понижающимся к задней стенке горна. Гнездо выкладывается из огнеупорного кирпича, так как простой кирпич, вследствие сильного жара, развиваемого в гнезде, скоро прогорает. В задней стенке горна вставлена чугунная плита Д (рис. 2), проходящая до дна ямы и предназначенная для предохранения этой стенки от прогорания. В плиту Д, фурменную, вставляется металлическая трубка, называемая фурмой и показанная на рис. 3.
Рис. 2, 3
Что касается верхней (горизонтальной) площадки горна, то она также покрывается чугунной плитой Е с соответствующим вырезом для гнезда.
Над горном укрепляется железный колпак К с отводною трубою для вытягивания газообразных продуктов горения топлива в дымовую трубу.
Позади горна устанавливается кузнечный мех М, называемый клинчатым; наружный вид такого меха отдельно изображен на рис. 4. Он служит для вдувания чрез фурму в гнездо воздуха для усиления горения топлива. Мех приводится в движение посредством рычага, один конец которого соединен с мехом, а на другом (у горна) привязана веревка с рукояткою так, что кузнец может раздувать огонь, не отходя от горна.
Рис. 4
Кузнечный мех представляет род гармоники, составленной из трех деревянных щитов: верхнего, нижнего и среднего, обитых (по кромкам) мягкою складчатою кожею. Кожа эта должна плотно прилегать краями к дереву для того, чтобы в местах скрепления не проникал вовнутрь мехов атмосферный воздух, так как иначе мех не будет действовать. Кожу прибивают к щитам небольшими гвоздями с широкими конусообразными шляпками, располагая их вплотную одна к другой. Для того же, чтобы в случае необходимости для починки меха можно было вынуть гвозди, не испортив кожи, надо их прибить по узкой кожаной полоске (ремешку, прошивке). Для меха идет юфтевый[3] товар, достаточно толстый и мягкий, без прорезов, пробоин и вообще каких-либо недостатков и пороков.
В продольном разрезе клинчатый мех изображен на рис. 5. К деревянной колодке А приделан наглухо щиток Г, тогда как другие щиты В и Д соединены с колодкою посредством шарниров и, следовательно, могут подниматься и опускаться. Щит В делит внутреннее пространство мехов, ограниченное кожею, на две полости, верхнюю О и нижнюю Н. Колодка А оканчивается железною трубкою или соплом Б, которое вставляется в фурменное отверстие стенки горна. В щитах Г и В имеются отверстия квадратного сечения с клапанами б и а, к дощечкам которых приделаны ремешки, позволяющие открываться и закрываться. Мех приводится в действие следующим образом: если ослабить рычаг i (рис. 1), а следовательно, и веревку Л (рис. 5), то груз М, прикрепленный к щиту Д, своею тяжестью потянет этот щит вниз, отчего нижняя полость мехов разрядится и внешний воздух войдет через клапан а в эту полость. Если затем посредством того же рычага i потянуть веревку Л кверху, то щит Д, приподнимаясь и постепенно уменьшая объем нижней полости, неминуемо погонит заключенный в ней воздух через клапан б в верхнюю полость. При новом опускании веревки груз М, давя на верхний щит, заставит сжиматься верхнюю полость, клапан б закроется, и сжатый воздух, не находя другого выхода, направится через сопло в горн.
Рис. 5
Таким образом, при каждом поднятии и опускании веревки происходит всасывание воздуха мехами и вытекание сжатого воздуха, то есть дутье. Такой мех называется мехом простого действия, так как дутье, производимое им, будет неравномерное, прерывистое. Для устранения этого недостатка иногда устраивают меха с тремя внутренними полостями, тогда средняя полость своим запасом воздуха уравнивает приток воздуха в горне.
Только что описанный нами постоянный горн имеет один очаг и называется одноогневым в отличие от горна с двумя очагами – двухогневого. Устройство последнего ничем не отличается от одноогневого, кроме только того, что делается два горновых гнезда, расположенных рядом (по длине очага), и два меха: один по одну сторону очага, другой – по другую.
Постоянные горны отличаются продолжительностью службы и требуют незначительного ежегодного ремонта. Но такие горны занимают много места и к тому же требуют особого помещения для кузницы. Все это, однако, вполне окупается удобством работы, когда нужна постоянная работа нескольких кузнецов, для отковки вещей более или менее значительных размеров, чего нельзя сделать при переносном горне.
Переносный горн. Такой горн (рис. 6) состоит из металлической круглой или овальной коробки с несколько возвышающимся задком, соединенным с переднею частью посредством заклепок. Коробка устанавливается на трех толстых железных подставках, привинченных внизу к общей основной металлической плите, служащей в то же время для помещения цилиндрического меха. Качательное движение меха производится посредством коленчатого рычага, вращающегося около неподвижного шкворня. Короткое колено этого рычага соединено железным прутом с нижней доской цилиндрического меха, так что вдувание воздуха происходит снизу вверх, для чего в верхней доске имеется отверстие с металлической трубочкой, пропущенной в коробку горна. В последней имеется горновое гнездо, в которое насыпается уголь, необходимый для горения во время действия горна.
Рис. 6
Кроме описанных нами двух родов кузнечных горнов, существует много других, как постоянных, так и переносных, различающихся как по внешнему виду, так и по устройству воздуходувных приборов. Так, клинчатый мех может быть заменен в постоянном горне цилиндрическим, и наоборот, переносный горн устраивается иногда с клинчатым мехом. Вместо меха устанавливают вентилятор, но все эти видоизменения не составляют существенной разницы и мало влияют на кузнечную работу.
Не в том дело, какой способ дутья будет избран, – посредством меха или вентилятора. Для успешного и правильного нагревания в горне металла необходимо, чтобы дутье было возможно ровное, не порывистое, что достигается равномерным и правильным движением рукоятки или педали, где таковая заменяет рукоять.
Мы уже сказали выше, что для усиления накаливания металла в горновом гнезде необходимо впускать туда непрерывную струю воздуха, для чего служат меха и вентиляторы. Трудно сказать, который из этих воздуходувных приборов лучше исполняет свое назначение. Устройство вентилятора несколько сложнее меха, зато первый не так скоро портится, как мех, который требует частой починки, особенно если он сделан не из доброкачественной кожи.
Вентиляторы чаще всего устраиваются в переносных горнах и приводятся в движение посредством небольшого маховика и педали. Что же касается постоянных горнов, то вентиляторы ставят только тогда, когда в мастерской имеется механический двигатель.
Горючий материал. Для разогревания металла в кузнечном горне обыкновенно употребляется каменный уголь, хотя для той же цели могут служит древесный уголь и кокс. Причина, почему каменный уголь является едва ли не единственным материалом в кузнечном деле, заключается в сравнительной дешевизне этого горючего материала против древесного угля и кокса. К сожалению, каменный уголь редко бывает чист и, кроме других примесей, часто содержит серу, которая вредно действует на обрабатываемый металл, делая его хрупким. Донецкий антрацит, как свободный от примеси серы, с выгодою может заменить обыкновенный каменный уголь в тех местностях России, где он доступен по цене.
Хороший каменный уголь должен быть тверд, совершенно черного цвета и, зажженный в горне, даже при умеренном дутье мехов должен обращаться в сплошную массу – спекаться. Это качество угля, то есть спекаемость, составляет одно из необходимых условий для развития при горении угля в горне высокой температуры, при которой производятся все кузнечные работы.
Кусок железа, который нужно разогреть, зарывают в уголь, температура горения которого должна быть достаточно высока для этой операции, чего можно достигнуть только сосредоточением жара в горновом гнезде. В этом гнезде горящая кучка угля в различных точках имеет различную температуру: самый сильный жар сосредоточивается в средине кучки и постепенно уменьшается к наружным и верхним слоям, охлаждаемым внешним холодным воздухом кузницы. Уголь, спекаясь, образует собою как бы предохранительную кору, которая окружает накаливаемый металл в виде непроницаемого для наружного воздуха свода, чем достигается возможность сосредоточения внутри гнезда сильного жара. Для увеличения плотности этой коры необходимо развить в горне очень высокую температуру, для чего поверхность горящего угля спрыскивают намоченной в воде шваброй с короткой ручкой.
Древесный уголь может быть рекомендован для кузнечных работ только в некоторых случаях, например для накаливания мелких вещей из стали при выделке инструментов. Древесный уголь не спекается и не содержит в себе никаких вредных для металла примесей; накаливание металла происходит в нем много медленнее, чем в каменном угле и коксе.
Не следует упускать из виду при суждении о качестве древесного угля и пригодности его для кузнечного дела, что он должен быть плотен и сравнительно тяжел.
Легкий уголь, выжженный из сосны и ели, не дает большого жара сравнительно с углями твердых пород дерева. По цене древесный уголь обходится много дороже каменного угля, хотя его идет несколько меньше, чем последнего.
Кокс, если он не содержит примесей серы и других вредных веществ, может дать большую экономию в топливе, так как сравнительно с каменным углем кокса расходуется в час приблизительно на 40 % менее.
Принадлежности горна. Во всякой кузнице с постоянным горном необходимо иметь несколько вещей, предназначенных для хранения угля и управления огнем. К числу таких принадлежностей относятся:
• Железный ящик, предназначенный для хранения в нем каменного угля, необходимого для засыпки в горн. Такие ящики ставят у стенки горна, чтобы уголь был под руками у кузнеца.
• Железное ведро. Вода, необходимая для кузнечных работ, должна быть всегда наготове. В маленьких кузницах держат воду в ведрах, а в больших – в особых чанах.
• Кочерга служит для размешивания угля и выгребания скопившейся в гнезде золы.
• Пика предназначена для протыкания спекшейся массы угля.
• Лопата употребляется для засыпки угля. Вместо лопаты можно делать засыпку железным совком с деревянною ручкою.
