Estufa de hierro fundido

Antecedentes

Una estufa de hierro fundido es un dispositivo, construido a partir de un material compuesto de hierro mezclado con carbono, en el que se quema un combustible sólido como la madera o el carbón para producir calor para calentar o cocinar. La estufa generalmente consta de una rejilla, que contiene el combustible, un interior hueco en el que se quema el combustible, conductos por los que fluye el aire caliente y deflectores para ralentizar el flujo de aire caliente, lo que permite que la estufa produzca más calor.

Los seres humanos han quemado madera y otros combustibles naturales para proporcionar calor y cocinar alimentos desde tiempos prehistóricos. Al principio, se utilizaron fuegos abiertos. Un gran inconveniente de este método simple era el hecho de que gran parte del calor del fuego se desperdiciaba al escapar en forma de aire caliente y ascendente. Los pueblos prehistóricos pronto aprendieron a construir el fuego contra una roca plana erguida de tal manera que reflejara el calor. Para cocinar, el fuego se puede utilizar para calentar un hoyo cavado en el suelo o un hogar hecho de rocas delgadas y planas.

Los antiguos romanos desarrollaron un sistema de calefacción conocido como hipocausto, que consistía en una serie de conductos de humos debajo de un piso de baldosas, que llevaban aire caliente del fuego a todas las partes de una habitación. Un hipocausto también podría usarse para calentar un caldero de agua para cocinar o bañarse. Todavía se utilizan sistemas de calefacción similares en China y Corea.

A pesar del desarrollo temprano de este sofisticado dispositivo, hasta la Edad Media, la mayoría de los europeos confiaban en chimeneas abiertas en un hogar central debajo de un agujero en el techo para dejar salir el humo. Las chimeneas con chimeneas comenzaron a aparecer en los castillos del norte de Europa alrededor del año 1000 A.D. Durante cientos de años, las chimeneas se limitaron a las grandes casas propiedad de los ricos. En Inglaterra, hasta 1600 A.D. , las chimeneas eran todavía bastante infrecuentes.

Los propietarios más ricos tenían chimeneas con chimeneas de piedra o ladrillo, mientras que los menos prósperos tenían chimeneas de barro y zarzo. La acacia, un material que consiste en varillas o postes de madera verticales entrelazados con palos o cañas horizontales, era peligroso porque era inflamable. A pesar de este peligro, las chimeneas de barro y acacia eran comunes en los Estados Unidos hasta 1800.

Las chimeneas no eran mucho más eficientes que los fuegos abiertos porque gran parte del calor salía por la chimenea con el humo caliente y ascendente. Las chimeneas pequeñas con fuegos que arden suavemente eran más eficientes que las grandes chimeneas con fuegos que ardían rápidamente. Se podría usar un dispositivo conocido como toque de queda, que consiste en una hoja de latón o estaño, para limitar el flujo de aire caliente, lo que da como resultado un fuego constante y lento. Los toques de queda se utilizaron para mantener el fuego encendido durante toda la noche sin ser atendido.

La primera estufa que aparece en los registros históricos se construyó con ladrillos y tejas en 1490 en Alsacia, una parte de Europa en la frontera entre Francia y Alemania. En Escandinavia, las estufas se construían con altos conductos de humos de hierro y deflectores de hierro. En Rusia, se colocaron estufas de hasta 2,4 m (8 pies) de altura que contenían hasta seis conductos de humos de mampostería de paredes gruesas en la intersección de las paredes para calentar cuatro habitaciones a la vez.

El hierro fundido se produjo por primera vez en China en el siglo VI a. C. y en Europa durante el siglo XII, pero no se utilizó en gran medida hasta el siglo XVII. La primera estufa de hierro fundido se fabricó en Lynn, Massachusetts, en 1642. Las primeras estufas de hierro fundido consistían en placas rectangulares planas atornilladas o fijadas con alfileres para formar una caja. Las placas se fabricaron vertiendo hierro fundido en moldes hechos de arena, un método que todavía se utiliza en la actualidad.

En 1744, Benjamin Franklin inventó una estufa de hierro fundido más eficiente conocida como chimenea de Pensilvania. Este dispositivo controlaba el flujo de aire caliente para que el humo del fuego se quemara más completamente, lo que resultó en la liberación de más calor. Este diseño tuvo un gran éxito y todavía se utiliza en la actualidad. Un dispositivo más complejo inventado por Franklin en 1786 no tuvo tanto éxito, pero su diseño anticipó las modernas estufas de hierro fundido, que queman casi todo el humo del fuego.

Las estufas de hierro fundido se mantuvieron casi sin cambios en el diseño básico durante aproximadamente 200 años. En la década de 1970, los grandes aumentos en el precio del combustible para calefacción llevaron a un aumento en el uso de estufas de leña. La contaminación producida por estas estufas llevó a la Agencia de Protección Ambiental (EPA) a emitir regulaciones en 1988, que requerían que todas las estufas de leña recién fabricadas cumplieran con los estándares de emisiones. Los fabricantes de estufas desarrollaron una tecnología mejorada para producir estufas de hierro fundido que eran muy eficientes y que producían muy poca contaminación.

Materias primas

El hierro fundido es una sustancia formada por hierro y entre un 2% y un 4% de carbono. También están presentes varias pequeñas cantidades de silicio, manganeso, azufre y fósforo. Para aplicaciones especiales, se pueden incluir varias cantidades de níquel, cromo y molibdeno para producir hierro fundido que sea resistente al calor, al desgaste y a la corrosión.

Una estufa de hierro fundido moderna puede contener tan solo un tercio de hierro fundido. El resto de la estufa se compone principalmente de acero. El acero es una sustancia que consta de hierro y, en la mayoría de los casos, entre un 0,01 y un 1,2% de carbono. Algunas formas especiales de acero pueden contener tan solo un 0,003% de carbono o hasta un 2% de carbono. El acero también puede contener varias cantidades de manganeso, silicio, aluminio, níquel, cromo, cobalto, molibdeno, vanadio, tungsteno, titanio, niobio, circonio, nitrógeno, azufre, cobre, boro, plomo, telurio y selenio.

Una estufa de hierro fundido producida por Michigan Stove Co. en 1882. (De las colecciones del Museo Henry Ford y Greenfield Village, Dearborn, Michigan.)

Muchos de nosotros nos lamimos los labios ante la idea de despertarnos con un desayuno estilo granja hecho en una cocina de hierro fundido. Después de la década de 1850, los fabricantes de estufas produjeron modelos grandes en los que un ama de campo podía cocinar tocino, huevos, papas fritas y picadillo de carne de maíz encima, con rollos de canela en la estufa. La posición de los quemadores en estas estufas dictaba la temperatura de los quemadores, por lo que el cocinero sabía cuál era el mejor quemador para "hervir el café a fuego lento". Como no había termostato en la estufa, el cocinero aprendió a regular la temperatura en función del aspecto y el tacto del fuego (leña o carbón, según el modelo).

También se utilizaron estufas de hierro fundido para mantener las habitaciones calientes. Las chimeneas son formas notoriamente ineficientes de calentar habitaciones sin calefacción central. Para 1860, muchas familias talaron la chimenea y colocaron una estufa de salón como esta en el hogar y ventilaron la estufa a través de la chimenea. Este modelo de "guirnalda de arte" se llamaba así debido a sus volutas decorativas de hierro fundido, su níquel y su forma moderna. Producida por Michigan Stove Co. en 1882, incluye una cola de pescado o láminas de mica en rodajas finas, que sirve como vidrio en las rejillas de hierro del frente para que se pueda ver el resplandor de las llamas pero no sentir la intensidad total de las mismas. calor.

Nancy EV Bryk

Otros materiales que pueden usarse en estufas de hierro fundido incluyen:cerámica (varios materiales hechos de sustancias no metálicas sometidas a altas temperaturas), ladrillo refractario (un tipo de ladrillo hecho de arcilla resistente al calor), La estufa se forma mediante un proceso llamado fundición en arena. Una vez que la arena se endurece en un molde en forma de estufa, se vierte hierro fundido en la cavidad y se deja enfriar. y platino o paladio (elementos metálicos usados ​​en convertidores catalíticos que hacen que el humo se queme a una temperatura más baja, lo que resulta en la liberación de menos contaminación).

El
proceso de fabricación

Fabricación de hierro fundido

• 1 El mineral de hierro se extrae de la tierra en minas a cielo abierto. El mineral se obtiene en trozos que varían en tamaño desde más de 40 pulgadas (1 m) de diámetro hasta menos de 0,04 pulgadas (1 mm) de diámetro. Para producir hierro fundido o acero, los trozos deben tener un diámetro de 0,3 a 1 pulgada (7 a 25 mm). Los trozos de mineral, que son demasiado grandes, se trituran y pasan a través de tamices, que separan el material resultante por tamaño. Los grumos que son demasiado pequeños, conocidos como finos, se funden juntos en grumos más grandes, un proceso conocido como sinterización.
• 2 Los trozos de mineral de hierro se mezclan con coque, una sustancia rica en carbono que se produce al calentar carbón a alta temperatura en ausencia de aire. Una cinta transportadora mueve la mezcla, conocida como carga, hasta la parte superior de un alto horno. Un alto horno es un eje de acero alto, vertical, revestido con ladrillo refractario y grafito. El aire se calienta a una temperatura de 1.650-2.460 ° F (900-1.350 ° C) y se sopla en el alto horno. A medida que la carga desciende, el coque se quema en el aire caliente para producir monóxido de carbono y calor. El monóxido de carbono reacciona con los óxidos de hierro del mineral de hierro para producir hierro y dióxido de carbono libres. El resultado final de este proceso es fundido arrabio, que consta de al menos 90% de hierro, 3-5% de carbono y diversas impurezas.
• 3 El arrabio fundido se vierte en moldes grandes y se deja enfriar hasta formar un sólido. Luego se mezcla con chatarra, que se ha seleccionado para dar a la mezcla la combinación deseada de materias primas. Esta mezcla se traslada mediante una cinta transportadora a la parte superior de una cúpula, que se asemeja a un pequeño alto horno. El arrabio y la chatarra caen sobre un lecho de coque caliente a través del cual se sopla aire caliente. Este proceso elimina las impurezas y una pequeña cantidad de carbono, lo que da como resultado hierro fundido fundido.

Dar forma a hierro fundido

• 4 El hierro fundido, como su nombre indica, generalmente se moldea vertiendo el metal fundido en un molde, un proceso conocido como fundición. El método más común se conoce como fundición en arena. Un patrón con la forma del producto final deseado se forma en madera, metal o plástico. Luego se empaqueta firmemente en arena unida con varias sustancias conocidas como agentes aglutinantes. La arena se endurece por calor o por unión química con varias sustancias conocidas como agentes de unión. La arena se endurece por calor o por enlaces químicos producidos al incluir silicato de sodio en la mezcla de arena original. Después del endurecimiento, se elimina el patrón, dejando una cavidad en la arena. Se vierte hierro fundido en la cavidad y se deja enfriar, lo que da como resultado hierro fundido sólido en la forma deseada.

Montaje de la estufa

• 5 Los componentes de hierro fundido y de acero se envían desde la empresa siderúrgica al fabricante de la estufa y se inspeccionan. Antes del montaje, los componentes de hierro fundido deben pulirse. Se utiliza una amoladora de superficie para eliminar aproximadamente un dieciseisavo de pulgada (1.6 mm) de hierro fundido, lo que da como resultado una superficie muy lisa y brillante. Una trituradora de superficie típica es una capa de aproximadamente 14 pulgadas (35,6 cm) de ancho que consta de un material duro y abrasivo conocido como roca trituradora. Gira a unas 1.800 revoluciones por minuto mientras tritura la superficie del hierro fundido.
• 6 Los componentes de hierro fundido pulido se ensamblan con pernos de acero. Los pernos se inician a mano y luego se aprietan con una máquina para garantizar que los componentes de hierro fundido estén unidos firmemente sin fugas. Varios otros componentes, como revestimientos de ladrillos refractarios o convertidores catalíticos, se ensamblan en la estufa al mismo tiempo.
• 7 Se vuelve a inspeccionar la estufa terminada para detectar cualquier agrietamiento que pudiera haber tenido lugar durante el apriete de los pernos. Luego se trata con aceite para evitar la oxidación y se empaqueta con espuma de poliestireno expandido (una espuma plástica muy ligera pero fuerte) en cajas de cartón para ser enviadas al consumidor.

Control de calidad

Durante la fabricación de hierro fundido, el factor más importante en la producción de metal con las características deseadas es controlar la cantidad de elementos distintos del hierro y el carbono presentes en el producto final. En particular, la cantidad de silicio presente produce dos formas muy diferentes de hierro fundido.

El hierro fundido blanco (llamado así por las superficies brillantes que se ven cuando se fractura el metal) contiene más del 2% de silicio. No es tan duro como el hierro fundido blanco, pero es más fácil de fundir y moldear con máquinas. El hierro fundido gris es el material utilizado para fabricar estufas de hierro fundido.

Durante el montaje de la estufa, los componentes de hierro fundido se inspeccionan en busca de picaduras, grietas y óxido. Después de atornillar los componentes, se inspecciona la estufa para asegurarse de que sea hermética. Esto evita que el humo se escape del cuerpo de la estufa en lugar de pasar a través de los conductos de humos. Cuando se aceita la estufa para evitar la oxidación, se inspecciona para ver si se filtra aceite a través del metal, lo que indica que hay una grieta.

El futuro

Las regulaciones de la EPA introducidas en la década de 1980 exigían a los fabricantes de estufas de leña que redujeran la cantidad de emisiones producidas. Los fabricantes han cumplido con estas normativas de tres formas. Algunos han instalado convertidores catalíticos, en los que un panal de abejas de cerámica recubierto de platino o paladio hace que el humo se queme más completamente. Algunos han creado las denominadas estufas de "alta tecnología", que mejoran la tecnología existente para que el combustible se queme de manera más eficiente.

El cambio más radical es el desarrollo de estufas de pellets. En lugar de madera ordinaria, estas estufas queman pequeños gránulos formados a partir de astillas de madera, aserrín, corteza y otros desechos de madera, que se secan, pulverizan y comprimen. Debido a que son mucho más secos que la madera común, estos pellets se queman de manera extremadamente limpia. Las estufas de pellets también son más fáciles de usar que las estufas de leña tradicionales. El propietario solo necesita comprar los pellets y cargarlos en la tolva automática de la estufa, que controla la velocidad a la que se agrega combustible al fuego. Esta reciente innovación en la tecnología de las estufas de leña asegura que la estufa de hierro fundido aparentemente anticuada se seguirá utilizando hasta bien entrado el siglo XXI.