Чугунная печь

<час />

Фон

Чугунная печь - это устройство, построенное из материала, состоящего из железа, смешанного с углеродом, в котором сжигается твердое топливо, такое как древесина или уголь, для получения тепла для тепла или приготовления пищи. Печь обычно состоит из решетки, в которой находится топливо, полой внутренней части, в которой горит топливо, дымоходов, через которые проходит горячий воздух, и перегородок, замедляющих поток горячего воздуха, позволяя печи производить больше тепла.

С доисторических времен люди сжигали древесину и другое природное топливо, чтобы согреться и приготовить пищу. Сначала использовался открытый огонь. Основным недостатком этого простого метода был тот факт, что большая часть тепла огня растрачивалась, поскольку оно уходило в виде горячего поднимающегося воздуха. Вскоре доисторические люди научились разводить огонь на плоском камне, стоящем так, чтобы отражать тепло. Для приготовления пищи огонь можно использовать для обогрева вырытой в земле ямы или очага из тонких плоских камней.

Древние римляне разработали систему обогрева, известную как гипокауст, состоящую из серии дымоходов под плиточным полом, по которым горячий воздух от огня переносился во все части комнаты. Гипокауст также можно использовать для нагрева котла с водой для приготовления пищи или купания. Подобные системы отопления до сих пор используются в Китае и Корее.

Несмотря на раннюю разработку этого сложного устройства, до средневековья большинство европейцев полагалось на открытый огонь в центральном очаге под отверстием в крыше, чтобы выпускать дым. Камины с дымоходами начали появляться в замках Северной Европы около 1000 нашей эры . Сотни лет камины использовались только в больших домах, принадлежащих богатым. В Англии еще в 1600 AD , камины все еще были довольно редкостью.

У самых богатых домовладельцев были камины с дымоходами из камня или кирпича, а у менее зажиточных - из глины и плетня. Плетение, материал, состоящий из вертикальных деревянных прутьев или шестов, переплетенных с горизонтальными палками или тростником, был опасен, потому что он был легковоспламеняющимся. Несмотря на эту опасность, дымоходы из глины и плетня были обычным явлением в Соединенных Штатах еще в 1800 году.

Камины были не намного эффективнее открытого огня, потому что большая часть тепла уходила в дымоход вместе с горячим поднимающимся дымом. Маленькие камины с мягко горящими кострами были более эффективными, чем большие камины с быстро горящими кострами. Устройство, известное как комендантский час, состоящее из листа латуни или олова, могло использоваться для ограничения потока горячего воздуха, что приводило к устойчивому, медленно горящему огню. Комендантский час использовался, чтобы поддерживать огонь в течение ночи без присмотра.

Первая печь, которая упоминается в исторических записях, была построена из кирпича и плитки в 1490 году в Эльзасе, части Европы на границе между Францией и Германией. В Скандинавии печи строили с высокими железными дымоходами и железными перегородками. В России печи высотой 8 футов (2,4 м) с шестью толстостенными каменными дымоходами размещались на пересечении стен для обогрева сразу четырех комнат.

Чугун впервые начали производить в Китае в <небольшом> шестом веке до нашей эры. и в Европе в двенадцатом веке, но он не использовался в значительной степени до семнадцатого века. Первая чугунная печь была изготовлена ​​в Линне, штат Массачусетс, в 1642 году. Ранние чугунные печи состояли из плоских прямоугольных пластин, скрепленных болтами или скрепленных вместе, чтобы сформировать коробку. Пластины были изготовлены путем заливки расплавленного чугуна в формы из песка, метод, используемый до сих пор.

В 1744 году Бенджамин Франклин изобрел более эффективную чугунную печь, известную как пенсильванский камин. Это устройство контролировало поток горячего воздуха, чтобы дым от огня горел более полно, что приводило к выделению большего количества тепла. Этот дизайн был чрезвычайно успешным и используется до сих пор. Более сложное устройство, изобретенное Франклином в 1786 году, не имело такого успеха, но его конструкция предвосхитила современные чугунные печи, которые сжигают почти весь дым от огня.

Чугунные печи оставались в основном неизменными в основном дизайне около 200 лет. В 1970-х годах значительное повышение цен на мазут привело к увеличению использования дровяных печей. Загрязнение, производимое этими печами, привело к тому, что в 1988 году Агентство по охране окружающей среды (EPA) приняло постановление, согласно которому все вновь производимые дровяные печи должны соответствовать стандартам выбросов. Производители печей разработали улучшенную технологию производства чугунных печей, которые были высокоэффективными и производили очень мало загрязнения.

Сырье

Чугун - это вещество, состоящее из железа и от 2 до 4% углерода. Также присутствуют различные небольшие количества кремния, марганца, серы и фосфора. Для специальных применений могут быть включены различные количества никеля, хрома и молибдена для производства чугуна, устойчивого к нагреванию, износу и коррозии.

Современная чугунная печь может содержать всего треть чугуна. Остальная часть печи состоит в основном из стали. Сталь - это вещество, состоящее из железа и, в большинстве случаев, от 0,01 до 1,2% углерода. Некоторые специальные виды стали могут содержать от 0,003% до 2% углерода. Сталь также может содержать различные количества марганца, кремния, алюминия, никеля, хрома, кобальта, молибдена, ванадия, вольфрама, титана, ниобия, циркония, азота, серы, меди, бора, свинца, теллура и селена.

Чугунная печь, произведенная Michigan Stove Co. в 1882 году. (Из собраний Музея Генри Форда и Гринфилд Виллидж, Дирборн, Мичиган.)

Многие из нас облизываются при мысли о том, что просыпаются от завтрака в фермерском стиле, приготовленного на чугунной кухонной плите. После 1850-х годов производители печей выпускали большие модели, на которых хозяйка могла готовить сверху бекон, яйца, картофельные оладьи и кукурузную говядину, а булочки с корицей поднимались в плите. Расположение конфорок на этих плитах определяло температуру конфорок, поэтому повар знал лучшую конфорку для «кипячения кофе». Поскольку на плите не было термостата, повар научился регулировать температуру в зависимости от внешнего вида огня (дрова или уголь, в зависимости от модели).

Чугунные печи также использовались для обогрева помещений. Камины - общеизвестно неэффективный способ обогрева помещений без центрального отопления. К 1860 году многие семьи закололи камин и поставили в гостиной такую ​​же печь, а печь вентилировали через дымоход. Эта модель «художественной гирлянды» получила свое название из-за своей декоративной чугунной завитки, никеля и модной формы. Произведенный Michigan Stove Co. в 1882 году, он включает в себя изинглас, или листы тонко нарезанной слюды, которая служит стеклом в железных решетках впереди, чтобы можно было видеть свечение пламени, но не ощущать всю его интенсивность. нагревать.

Нэнси Э.В. Брик

Другие материалы, которые могут быть использованы в чугунных печах, включают:керамику (различные материалы, изготовленные из неметаллических веществ, подвергающихся воздействию высоких температур), огнеупорный кирпич (тип кирпича из жаропрочной глины), Формовка печи осуществляется с помощью процесса, называемого литьем в песчаные формы. Когда песок затвердевает в форме в форме печи, расплавленный чугун заливается в полость и дает ему остыть. и платина или палладий (металлические элементы, используемые в каталитических нейтрализаторах, которые вызывают горение дыма при более низкой температуре, что приводит к меньшему выбросу загрязняющих веществ).

Производственный
процесс

Изготовление чугуна

• 1 Железная руда выкапывается из земли в открытых рудниках. Руду получают в виде кусков размером от более 40 дюймов (1 м) в диаметре до менее 0,04 дюйма (1 мм) в диаметре. Для производства чугуна или стали куски должны иметь диаметр 0,3–1 дюйма (7–25 мм). Слишком большие куски руды измельчаются и проходят через сита, которые разделяют полученный материал по размеру. Слишком маленькие куски, известные как мелочь, плавятся вместе в более крупные куски - процесс, известный как спекание.
• 2 Куски железной руды смешиваются с коксом - богатым углеродом веществом, получаемым при нагревании угля до высокой температуры в отсутствие воздуха. Ленточный конвейер перемещает смесь, известную как шихта, в верхнюю часть доменной печи. Доменная печь представляет собой высокую вертикальную стальную шахту, облицованную огнеупорным кирпичом и графитом. Воздух нагревается до температуры 1 650–2460 ° F (900–1350 ° C) и вдувается в доменную печь. По мере опускания шихты кокс горит в горячем воздухе с выделением окиси углерода и тепла. Монооксид углерода реагирует с оксидами железа в железной руде с образованием свободного железа и диоксида углерода. Конечный результат этого процесса - расплавленный чушковый чугун, который состоит как минимум на 90% из железа, 3-5% углерода и различных примесей.
• 3 Расплавленный чугун разливают в большие формы и дают ему остыть до состояния твердого вещества. Затем он смешивается с металлоломом, который был выбран для получения смеси желаемого сочетания исходных материалов. Эта смесь перемещается конвейерной лентой к вершине вагранки, напоминающей небольшую доменную печь. Чугун и металлолом падают на слой горячего кокса, через который продувается горячий воздух. Этот процесс удаляет примеси и небольшое количество углерода, в результате чего получается расплавленный чугун.

Формовка чугуна

• 4 Чугун, как следует из названия, обычно формируется путем заливки расплавленного металла в форму. Этот процесс известен как литье. Самый распространенный метод известен как литье в песчаные формы. Узор в форме желаемого конечного продукта формируется из дерева, металла или пластика. Затем его плотно упаковывают в песок, который удерживают вместе с различными веществами, известными как связующие. Песок затвердевает под действием тепла или химической связи с различными веществами, известными как связующие вещества. Песок затвердевает под действием тепла или химической связи, полученной путем включения силиката натрия в исходную смесь песка. После застывания узор удаляется, оставляя в песке полость. Расплавленный чугун заливают в полость и дают ему остыть, в результате чего твердый чугун приобретает желаемую форму.

Сборка печи

• 5 Чугунные и стальные компоненты поставляются металлургической компанией производителю печи и проходят проверку. Перед сборкой чугунные детали необходимо отполировать. Плоскошлифовальный станок используется для удаления примерно 1,6 мм чугуна, в результате чего получается очень гладкая глянцевая поверхность. Типичный плоскошлифовальный станок представляет собой полотно шириной около 14 дюймов (35,6 см), состоящее из твердого абразивного материала, известного как шлифовальный камень. Он вращается со скоростью около 1800 оборотов в минуту, стирая поверхность чугуна.
• 6 Детали из полированного чугуна крепятся стальными болтами. Болты заводятся вручную, а затем затягиваются машиной, чтобы гарантировать, что чугунные компоненты прочно соединены между собой без утечек. Одновременно в печь устанавливаются различные другие компоненты, такие как облицовка из огнеупорного кирпича или каталитические нейтрализаторы.
• 7 Готовую печь снова осматривают на предмет трещин, которые могли возникнуть во время затяжки болтов. Затем его обрабатывают маслом для предотвращения ржавления и упаковывают пенополистиролом (очень легкий, но прочный пенополистирол) в картонные коробки для отправки потребителю.

Контроль качества

Во время производства чугуна наиболее важным фактором при производстве металла с желаемыми характеристиками является контроль количества других элементов, помимо железа и углерода, присутствующих в конечном продукте. В частности, количество присутствующего кремния дает две очень разные формы чугуна.

Белый чугун (названный в честь ярких поверхностей, видимых при разрушении металла) содержит более 2% кремния. Он не такой твердый, как белый чугун, но его легче отливать и формировать на станках. Серый чугун - это материал, из которого делают чугунные печи.

Во время сборки печи чугунные детали проверяются на наличие ямок, трещин и ржавчины. После соединения компонентов болтами печь проверяется на герметичность. Это предотвращает выход дыма из корпуса печи, а не прохождение через дымоходы. Когда печь смазывают маслом для предотвращения ржавления, ее осматривают, чтобы увидеть, не просачивается ли масло через металл, что указывает на наличие трещины.

Будущее

Правила EPA, введенные в 1980-х годах, требовали от производителей дровяных печей сокращать количество производимых выбросов. Производители соблюдают эти правила тремя способами. Некоторые установили каталитические нейтрализаторы, в которых керамические соты, покрытые платиной или палладием, заставляют дым более полно гореть. Некоторые создали так называемые «высокотехнологичные» печи, которые улучшают существующие технологии, чтобы топливо сгорало более эффективно.

Самым радикальным изменением является разработка печей на гранулах. Вместо обычных дров в этих печах сжигаются маленькие гранулы, образованные из древесной щепы, опилок, коры и других древесных отходов, которые сушат, измельчают и прессуют. Поскольку они намного суше, чем обычная древесина, эти гранулы горят очень чисто. Пеллетные печи также проще в использовании, чем традиционные дровяные печи. Владельцу нужно только купить пеллеты и загрузить их в автоматический бункер печи, который контролирует скорость добавления топлива в огонь. Это недавнее нововведение в технологии дровяных печей гарантирует, что чугунная печь, кажущаяся старомодной, будет использоваться и в двадцать первом веке.