Fogão de ferro fundido

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Antecedentes

Um fogão de ferro fundido é um dispositivo, construído com um material constituído de ferro misturado com carbono, no qual um combustível sólido, como madeira ou carvão, é queimado para produzir calor para aquecer ou cozinhar. O fogão geralmente consiste em uma grelha, que contém o combustível, um interior oco no qual o combustível é queimado, canais pelos quais o ar quente flui e defletores para diminuir o fluxo de ar quente, permitindo que o fogão produza mais calor.

Os seres humanos queimam madeira e outros combustíveis naturais para fornecer calor e cozinhar alimentos desde os tempos pré-históricos. No início, foram utilizadas fogueiras. Uma grande desvantagem desse método simples era o fato de que grande parte do calor do fogo era desperdiçado, pois escapava na forma de ar quente ascendente. Os povos pré-históricos logo aprenderam a acender o fogo contra uma rocha plana que se erguia de modo a refletir o calor de volta. Para cozinhar, o fogo pode ser usado para aquecer uma cova cavada no solo ou uma lareira feita de pedras finas e planas.

Os antigos romanos desenvolveram um sistema de aquecimento conhecido como hipocausto, consistindo em uma série de condutos sob um piso de ladrilhos, que transportava o ar quente do fogo para todas as partes de uma sala. Um hipocausto também pode ser usado para aquecer um caldeirão de água para cozinhar ou tomar banho. Sistemas semelhantes de aquecimento ainda são usados ​​na China e na Coréia.

Apesar do desenvolvimento inicial deste dispositivo sofisticado, até a Idade Média, a maioria dos europeus confiava em fogueiras em uma lareira central sob um buraco no telhado para soltar a fumaça. Lareiras com chaminés começaram a aparecer nos castelos do norte da Europa por volta de 1000 d.C. Por centenas de anos, as lareiras foram limitadas a grandes casas pertencentes aos ricos. Na Inglaterra, ainda em 1600 A.D. , as lareiras ainda eram bastante incomuns.

Os proprietários mais ricos tinham lareiras com chaminés de pedra ou tijolo, enquanto os menos prósperos tinham lareiras de barro e vime. Wattle, um material que consiste em hastes verticais de madeira ou postes entrelaçados com varas ou juncos horizontais, era perigoso porque era inflamável. Apesar desse perigo, lama e chaminés de vime eram comuns nos Estados Unidos ainda em 1800.

As lareiras não eram muito mais eficientes do que o fogo aberto, porque grande parte do calor saía pela chaminé com a fumaça quente que subia. Pequenas lareiras com fogo suave eram mais eficientes do que grandes lareiras com fogo rápido. Um dispositivo conhecido como toque de recolher, consistindo de uma folha de latão ou estanho, poderia ser usado para limitar o fluxo de ar quente, resultando em um fogo constante e lento. Os toques de recolher eram usados ​​para manter uma fogueira acesa durante toda a noite, sem serem atendidos.

O primeiro fogão a aparecer nos registros históricos foi construído com tijolos e ladrilhos em 1490 na Alsácia, uma parte da Europa na fronteira entre a França e a Alemanha. Na Escandinávia, os fogões foram construídos com canos altos de ferro e defletores de ferro. Na Rússia, fogões de até 2,4 m de altura contendo até seis canos de alvenaria com paredes grossas foram colocados na intersecção das paredes para aquecer quatro cômodos de uma vez.

O ferro fundido foi produzido pela primeira vez na China no século VI a.C. e na Europa durante o século XII, mas não foi muito usado até o século XVII. O primeiro fogão de ferro fundido foi fabricado em Lynn, Massachusetts, em 1642. Os primeiros fogões de ferro fundido consistiam em placas retangulares planas aparafusadas ou fixadas juntas para formar uma caixa. As placas foram feitas despejando ferro fundido derretido em moldes feitos de areia, um método usado ainda hoje.

Em 1744, Benjamin Franklin inventou um fogão de ferro fundido mais eficiente, conhecido como lareira da Pensilvânia. Esse dispositivo controlava o fluxo de ar quente para que a fumaça do fogo queimasse mais completamente, resultando na liberação de mais calor. Este projeto foi extremamente bem-sucedido e ainda é usado hoje. Um dispositivo mais complexo inventado por Franklin em 1786 não teve tanto sucesso, mas seu projeto antecipou fogões modernos de ferro fundido, que queimam quase toda a fumaça do fogo.

Os fogões de ferro fundido permaneceram praticamente inalterados em seu design básico por cerca de 200 anos. Na década de 1970, grandes aumentos no preço do óleo para aquecimento levaram a um aumento no uso de fogões a lenha. A poluição produzida por esses fogões levou a Agência de Proteção Ambiental (EPA) a emitir regulamentos em 1988, que exigia que todos os fogões a lenha recém-fabricados atendessem aos padrões de emissões. Os fabricantes de fogões desenvolveram uma tecnologia aprimorada para produzir fogões de ferro fundido altamente eficientes e que produziam muito pouca poluição.

Matérias-primas

O ferro fundido é uma substância que consiste em ferro e entre 2 a 4% de carbono. Várias pequenas quantidades de silício, manganês, enxofre e fósforo também estão presentes. Para aplicações especiais, várias quantidades de níquel, cromo e molibdênio podem ser incluídas para produzir ferro fundido que é resistente ao calor, desgaste e corrosão.

Um fogão moderno de ferro fundido pode conter apenas um terço de ferro fundido. O resto do fogão consiste principalmente em aço. O aço é uma substância constituída por ferro e, na maioria dos casos, entre 0,01-1,2% de carbono. Algumas formas especiais de aço podem conter apenas 0,003% de carbono ou até 2% de carbono. O aço também pode conter várias quantidades de manganês, silício, alumínio, níquel, cromo, cobalto, molibdênio, vanádio, tungstênio, titânio, nióbio, zircônio, nitrogênio, enxofre, cobre, boro, chumbo, telúrio e selênio.

Um fogão de ferro fundido produzido pela Michigan Stove Co. em 1882. (Das coleções do Museu Henry Ford e Greenfield Village, Dearborn, Michigan.)

Muitos de nós lambem os lábios ao pensar em acordar com um café da manhã estilo fazenda feito em um fogão de ferro fundido. Após a década de 1850, os fabricantes de fogões produziram grandes modelos nos quais uma dona de fazenda cozinhava bacon, ovos, batatas fritas e carne de milho por cima, com pãezinhos de canela subindo no fogão. A posição dos queimadores nesses fogões ditava a temperatura dos queimadores, então o cozinheiro sabia o melhor queimador para "cozinhar o café". Como não havia termostato no fogão, o cozinheiro aprendeu a regular a temperatura com base na aparência do fogo (lenha ou carvão, dependendo do modelo).

Fogões de ferro fundido também eram usados ​​para manter os ambientes aquecidos. Lareiras são maneiras notoriamente ineficientes de aquecer ambientes sem aquecimento central. Em 1860, muitas famílias fecharam a lareira com tábuas e colocaram um fogão de sala como este na lareira e ventilaram o fogão pela chaminé. Este modelo de "guirlanda de arte" foi assim chamado por causa de seus arabescos decorativos de ferro fundido, níquel e forma moderna. Produzido pela Michigan Stove Co. em 1882, inclui isinglass, ou folhas de mica em fatias finas, que servem como vidro nas grades de ferro na frente para que se possa ver o brilho das chamas, mas não sentir a intensidade total do calor.

Nancy EV Bryk

Outros materiais que podem ser usados ​​em fogões de ferro fundido incluem:cerâmica (vários materiais feitos de substâncias não metálicas sujeitas a altas temperaturas), tijolo refratário (um tipo de tijolo feito de argila resistente ao calor), O fogão é formado através de um processo denominado fundição em areia. Depois que a areia é endurecida em um molde no formato de um fogão, o ferro fundido derretido é despejado na cavidade e deixado esfriar. e platina ou paládio (elementos metálicos usados ​​em conversores catalíticos que fazem a fumaça queimar a uma temperatura mais baixa, resultando na liberação de menos poluição).

O processo de fabricação

Fabricação de ferro fundido

• 1 O minério de ferro é extraído da terra em minas de superfície. O minério é obtido em pedaços que variam em tamanho de mais de 40 pol. (1 m) de diâmetro a menos de 0,04 pol. (1 mm) de diâmetro. Para produzir ferro fundido ou aço, os caroços devem ter 0,3-1 pol. (7-25 mm) de diâmetro. Os torrões de minério, que são muito grandes, são triturados e passam por peneiras, que separam o material resultante por tamanho. Grânulos muito pequenos, conhecidos como finos, são fundidos juntos em pedaços maiores, um processo conhecido como sinterização.
• 2 Os pedaços de minério de ferro são misturados ao coque, uma substância rica em carbono produzida pelo aquecimento do carvão a alta temperatura na ausência de ar. Uma correia transportadora move a mistura, conhecida como carga, para o topo de um alto-forno. Um alto-forno é um eixo alto e vertical de aço revestido de tijolos refratários e grafite. O ar é aquecido a uma temperatura de 1.650-2.460 ° F (900-1.350 ° C) e soprado no alto-forno. À medida que a carga desce, o coque queima no ar quente para produzir monóxido de carbono e calor. O monóxido de carbono reage com os óxidos de ferro do minério de ferro para produzir ferro e dióxido de carbono livres. O resultado final deste processo é fundido ferro gusa, que consiste em pelo menos 90% de ferro, 3-5% de carbono e várias impurezas.
• 3 O ferro-gusa derretido é despejado em grandes moldes e resfriado até formar um sólido. Em seguida, é misturado à sucata, que foi selecionada para dar à mistura a combinação desejada de matérias-primas. Essa mistura é movida por uma correia transportadora para o topo de uma cúpula, que se assemelha a um pequeno alto-forno. O ferro-gusa e a sucata caem em uma camada de coque quente, através da qual o ar quente é soprado. Este processo remove as impurezas e uma pequena quantidade de carbono, resultando em ferro fundido fundido.

Moldar ferro fundido

• 4 O ferro fundido, como o próprio nome sugere, geralmente é moldado despejando o metal fundido em um molde, um processo conhecido como fundição. O método mais comum é conhecido como fundição em areia. Um padrão na forma do produto final desejado é moldado em madeira, metal ou plástico. Em seguida, ele é firmemente embalado em areia mantida junto com várias substâncias conhecidas como agentes de ligação. A areia é endurecida por calor ou por ligação química com várias substâncias conhecidas como agentes de ligação. A areia é endurecida por calor ou por ligação química produzida pela inclusão de silicato de sódio na mistura original de areia. Após o endurecimento, o padrão é removido, deixando uma cavidade na areia. O ferro fundido derretido é despejado na cavidade e resfriado, resultando em ferro fundido sólido no formato desejado.

Montagem do fogão

• 5 Componentes de ferro fundido e componentes de aço são despachados da empresa de ferro e aço para o fabricante do fogão e inspecionados. Antes da montagem, os componentes de ferro fundido devem ser polidos. Um amolador de superfície é usado para remover cerca de um dezesseis avos de uma polegada (1,6 mm) do ferro fundido, resultando em uma superfície muito lisa e brilhante. Um triturador de superfície típico é uma lâmina com cerca de 14 pol. (35,6 cm) de largura, consistindo de um material duro e abrasivo conhecido como pedra de moagem. Ele gira a cerca de 1.800 rotações por minuto enquanto retifica a superfície do ferro fundido.
• 6 Os componentes de ferro fundido polido são montados com parafusos de aço. Os parafusos são iniciados manualmente e, em seguida, apertados por máquina para garantir que os componentes de ferro fundido estejam firmemente unidos e sem vazamentos. Vários outros componentes, como revestimentos de tijolo refratário ou conversores catalíticos, são montados no fogão ao mesmo tempo.
• 7 O recuperador acabado é inspecionado novamente quanto a fissuras que possam ter ocorrido durante o aperto dos parafusos. Em seguida, é tratado com óleo para evitar ferrugem e embalado com espuma de poliestireno expandido (uma espuma de plástico muito leve, mas forte) em caixas de papelão para serem enviadas ao consumidor.

Controle de qualidade

Durante a fabricação do ferro fundido, o fator mais importante na produção do metal com as características desejadas é o controle da quantidade de outros elementos além do ferro e do carbono presentes no produto final. Em particular, a quantidade de silício presente produz duas formas muito diferentes de ferro fundido.

Ferro fundido branco (nomeado para as superfícies brilhantes vistas quando o metal é fraturado) contém mais de 2% de silício. Não é tão duro quanto o ferro fundido branco, mas é mais fácil de fundir e modelar com máquinas. Ferro fundido cinzento é o material usado para fazer fogões de ferro fundido.

Durante a montagem do fogão, os componentes de ferro fundido são inspecionados quanto a fossas, rachaduras e ferrugem. Depois de aparafusar os componentes, o fogão é inspecionado para garantir que está hermético. Isso evita que a fumaça saia do corpo do fogão, em vez de passar pelos canos. Quando o fogão é oleado para evitar ferrugem, ele é inspecionado para ver se há vazamento de óleo através do metal, indicando que há uma rachadura.

O Futuro

Os regulamentos da EPA introduzidos na década de 1980 exigiam que os fabricantes de fogões a lenha reduzissem a quantidade de emissões produzidas. Os fabricantes cumprem esses regulamentos de três maneiras. Alguns instalaram conversores catalíticos, nos quais um favo de mel de cerâmica revestido com platina ou paládio faz a fumaça queimar mais completamente. Alguns criaram os chamados fogões de "alta tecnologia", que melhoram a tecnologia existente para que o combustível seja queimado com mais eficiência.

A mudança mais radical é o desenvolvimento de fogões a pellets. Em vez de lenha comum, esses fogões queimam pequenos pellets formados a partir de aparas de madeira, serragem, cascas e outras aparas de madeira, que são secas, pulverizadas e comprimidas. Por serem muito mais secos do que a madeira comum, esses pellets queimam de forma extremamente limpa. Os fogões a pellets também são mais fáceis de usar do que os fogões a lenha tradicionais. O proprietário só precisa comprar os pellets e colocá-los na tremonha automática do fogão, que controla a taxa de adição de combustível ao fogo. Esta recente inovação na tecnologia de fogões a lenha garante que o fogão de ferro fundido aparentemente antiquado continuará a ser usado até o século XXI.