Gietijzeren kachel

De rijkste huiseigenaren hadden open haarden met schoorstenen van steen of baksteen, terwijl de minder welvarende open haarden hadden van modder en lel. Wattle, een materiaal bestaande uit verticale houten staven of palen verweven met horizontale stokken of riet, was gevaarlijk omdat het brandbaar was. Ondanks dit gevaar waren schoorstenen van modder en vlechtwerk in de Verenigde Staten pas in 1800 gebruikelijk.

Haarden waren niet veel efficiënter dan open haarden, omdat veel van de warmte met de hete, opstijgende rook de schoorsteen uitging. Kleine haarden met zacht brandend vuur waren efficiënter dan grote haarden met snel brandend vuur. Een apparaat dat bekend staat als een avondklok, bestaande uit een plaat van messing of tin, kan worden gebruikt om de stroom van hete lucht te beperken, wat resulteert in een stabiel, langzaam brandend vuur. Avondklokken werden gebruikt om een ​​vuur de hele nacht te laten branden zonder te worden verzorgd.

De eerste kachel die in historische archieven voorkomt, werd in 1490 gebouwd van baksteen en tegels in de Elzas, een deel van Europa op de grens tussen Frankrijk en Duitsland. In Scandinavië werden kachels gebouwd met hoge ijzeren rookkanalen en ijzeren schotten. In Rusland werden kachels met een hoogte tot 2,4 m (8 ft) met maar liefst zes dikwandige gemetselde rookkanalen op de kruising van muren geplaatst om vier kamers tegelijk te verwarmen.

Gietijzer werd voor het eerst geproduceerd in China in de zesde eeuw v.Chr. en in Europa in de twaalfde eeuw, maar het werd pas in de zeventiende eeuw in grote mate gebruikt. De eerste gietijzeren kachel werd in 1642 in Lynn, Massachusetts vervaardigd. Vroege gietijzeren kachels bestonden uit platte rechthoekige platen die aan elkaar waren vastgeschroefd of vastgemaakt om een ​​doos te vormen. De platen werden gemaakt door gesmolten gietijzer in mallen van zand te gieten, een methode die nog steeds wordt gebruikt.

In 1744 vond Benjamin Franklin een efficiëntere gietijzeren kachel uit, bekend als een Pennsylvania-haard. Dit apparaat regelde de stroom van hete lucht zodat de rook van het vuur vollediger verbrandde, waardoor er meer warmte vrijkwam. Dit ontwerp was zeer succesvol en wordt nog steeds gebruikt. Een complexer apparaat uitgevonden door Franklin in 1786 was niet zo succesvol, maar het ontwerp anticipeerde op moderne gietijzeren kachels, die bijna alle rook van het vuur verbranden.

Gietijzeren kachels bleven ongeveer 200 jaar grotendeels onveranderd in basisontwerp. In de jaren zeventig leidden grote prijsstijgingen van stookolie tot een toename van het gebruik van houtkachels. De vervuiling die door deze kachels werd veroorzaakt, bracht de Environmental Protection Agency (EPA) ertoe in 1988 voorschriften uit te vaardigen, die voorzagen dat alle nieuw vervaardigde houtkachels moesten voldoen aan de emissienormen. Kachelfabrikanten ontwikkelden verbeterde technologie om gietijzeren kachels te produceren die zeer efficiënt waren en zeer weinig vervuiling veroorzaakten.

Grondstoffen

Gietijzer is een stof die bestaat uit ijzer en tussen 2-4% koolstof. Verschillende kleine hoeveelheden silicium, mangaan, zwavel en fosfor zijn ook aanwezig. Voor speciale toepassingen kunnen verschillende hoeveelheden nikkel, chroom en molybdeen worden toegevoegd om gietijzer te produceren dat bestand is tegen hitte, slijtage en corrosie.

Een moderne gietijzeren kachel kan slechts een derde gietijzer bevatten. De rest van de kachel bestaat grotendeels uit staal. Staal is een stof die bestaat uit ijzer en in de meeste gevallen tussen 0,01-1,2% koolstof. Sommige speciale vormen van staal kunnen slechts 0,003% koolstof of zelfs 2% koolstof bevatten. Staal kan ook verschillende hoeveelheden mangaan, silicium, aluminium, nikkel, chroom, kobalt, molybdeen, vanadium, wolfraam, titanium, niobium, zirkonium, stikstof, zwavel, koper, boor, lood, tellurium en selenium bevatten.

Een gietijzeren kachel geproduceerd door de Michigan Stove Co. in 1882. (Uit de collecties van Henry Ford Museum &Greenfield Village, Dearborn, Michigan.)

Velen van ons likken onze lippen bij de gedachte wakker te worden met een boerenontbijt gemaakt op een gietijzeren keukenfornuis. Na de jaren 1850 produceerden kachelfabrikanten grote modellen waarop een boerin spek, eieren, hash browns en corn beef hash bovenop kon koken, met kaneelbroodjes die in de kachel rijzen. De positie van de branders op deze fornuizen bepaalde de temperatuur van de branders, dus de kok kende de beste brander om 'de koffie te laten sudderen'. Omdat er geen thermostaat op het fornuis zat, leerde de kok de temperatuur te regelen op basis van de look en feel van het vuur (hout of kolen, afhankelijk van het model).

Gietijzeren kachels werden ook gebruikt om kamers warm te houden. Open haarden zijn notoir inefficiënte manieren om kamers te verwarmen zonder centrale verwarming. In 1860 hebben veel gezinnen de open haard dichtgetimmerd en een salonkachel zoals deze op de haard geplaatst en de kachel via de schoorsteen geventileerd. Dit "kunstslinger"-model werd zo genoemd vanwege zijn decoratieve gietijzeren krulwerk, nikkel en modieuze vorm. Geproduceerd door de Michigan Stove Co. in 1882, omvat het isinglass, of platen van dun gesneden mica, dat dient als glas in de ijzeren roosters aan de voorkant, zodat men de gloed van de vlammen kon zien maar niet de volledige intensiteit van de warmte.

Nancy EV Bryk

Andere materialen die in gietijzeren kachels kunnen worden gebruikt, zijn onder meer:​​keramiek (verschillende materialen gemaakt van niet-metalen stoffen die aan hoge temperaturen worden blootgesteld), vuursteen (een soort baksteen gemaakt van hittebestendige klei), De kachel wordt gevormd door een proces dat zandgieten wordt genoemd. Zodra zand is uitgehard tot een mal in de vorm van een kachel, wordt gesmolten gietijzer in de holte gegoten en afgekoeld. en platina of palladium (metalen elementen die worden gebruikt in katalysatoren die ervoor zorgen dat rook bij een lagere temperatuur verbrandt, waardoor er minder vervuiling vrijkomt).

Het fabricageproces

Gietijzer maken

• 1 IJzererts wordt in oppervlaktemijnen uit de aarde gedolven. Het erts wordt verkregen in brokken die in grootte variëren van meer dan 40 in (1 m) in diameter tot minder dan 0,04 in (1 mm) in diameter. Om gietijzer of staal te produceren, moeten de brokken een diameter van 7-25 mm hebben. Ertsbrokken, die te groot zijn, worden vermalen en gaan door zeven, die het resulterende materiaal op grootte scheiden. Te kleine klonten, ook wel fijne deeltjes genoemd, worden samengesmolten tot grotere klonten, een proces dat sinteren wordt genoemd.
• 2 De brokken ijzererts worden vermengd met cokes, een koolstofrijke stof die ontstaat door steenkool in afwezigheid van lucht tot hoge temperatuur te verhitten. Een transportband verplaatst het mengsel, de zogenaamde lading, naar de top van een hoogoven. Een hoogoven is een hoge, verticale, stalen schacht bekleed met vuurvaste stenen en grafiet. Lucht wordt verwarmd tot een temperatuur van 1.650-2.460 ° F (900-1.350 ° C) en in de hoogoven geblazen. Terwijl de lading daalt, verbrandt de cokes in de hete lucht om koolmonoxide en warmte te produceren. Het koolmonoxide reageert met de ijzeroxiden in het ijzererts om vrij ijzer en kooldioxide te produceren. Het eindresultaat van dit proces is gesmolten ruwijzer, dat bestaat uit ten minste 90% ijzer, 3-5% koolstof en verschillende onzuiverheden.
• 3 Het gesmolten ruwijzer wordt in grote vormen gegoten en afgekoeld tot een vaste stof. Vervolgens wordt het gemengd met schroot, dat is geselecteerd om het mengsel de gewenste combinatie van grondstoffen te geven. Dit mengsel wordt via een transportband naar de top van een koepel gebracht, die lijkt op een kleine hoogoven. Het ruwijzer en schroot vallen op een bed van hete cokes waar hete lucht doorheen wordt geblazen. Dit proces verwijdert de onzuiverheden en een kleine hoeveelheid koolstof, wat resulteert in gesmolten gietijzer.

Gietijzer vormen

• 4 Gietijzer, zoals de naam al doet vermoeden, wordt meestal gevormd door het gesmolten metaal in een mal te gieten, een proces dat bekend staat als gieten. De meest gebruikelijke methode is zandgieten. Een patroon in de vorm van het gewenste eindproduct wordt gevormd uit hout, metaal of kunststof. Het wordt vervolgens stevig verpakt in zand dat bij elkaar wordt gehouden met verschillende stoffen die bekend staan ​​​​als bindmiddelen. Het zand wordt uitgehard door hitte of door chemische binding met verschillende stoffen die bekend staan ​​​​als bindmiddelen. Het zand wordt gehard door hitte of door chemische binding die wordt geproduceerd door natriumsilicaat in het oorspronkelijke zandmengsel op te nemen. Na het uitharden wordt het patroon verwijderd, waardoor er een holte in het zand achterblijft. Gesmolten gietijzer wordt in de holte gegoten en afgekoeld, wat resulteert in massief gietijzer in de gewenste vorm.

De kachel in elkaar zetten

• 5 Gietijzeren onderdelen en stalen onderdelen worden van het ijzer- en staalbedrijf naar de kachelfabrikant verscheept en gekeurd. Voor montage moeten de gietijzeren onderdelen gepolijst worden. Een vlakslijper wordt gebruikt om ongeveer 1,6 mm (1,6 mm) van het gietijzer te verwijderen, wat resulteert in een zeer glad, glanzend oppervlak. Een typische vlakslijpmachine is een schijf van ongeveer 14 inch (35,6 cm) breed, bestaande uit een hard, schurend materiaal dat bekend staat als slijpsteen. Het draait met ongeveer 1.800 omwentelingen per minuut terwijl het het oppervlak van het gietijzer wegslijpt.
• 6 De gepolijste gietijzeren onderdelen worden gemonteerd met stalen bouten. De bouten worden met de hand gestart en vervolgens machinaal aangedraaid om ervoor te zorgen dat de gietijzeren componenten stevig aan elkaar worden gehecht zonder lekken. Verschillende andere componenten, zoals vuurvaste bekledingen of katalysatoren, worden tegelijkertijd in de kachel gemonteerd.
• 7 De afgewerkte kachel wordt opnieuw gecontroleerd op eventuele scheurtjes die kunnen zijn ontstaan ​​tijdens het aandraaien van de bouten. Het wordt vervolgens behandeld met olie om roesten te voorkomen en verpakt met geëxpandeerd polystyreenschuim (een zeer licht maar sterk plastic schuim) in kartonnen dozen om naar de consument te worden verzonden.

Kwaliteitscontrole

Tijdens de productie van gietijzer is de belangrijkste factor bij het produceren van metaal met de gewenste eigenschappen het beheersen van de hoeveelheid andere elementen dan ijzer en koolstof die in het eindproduct aanwezig zijn. Met name de aanwezige hoeveelheid silicium levert twee zeer verschillende vormen van gietijzer op.

Wit gietijzer (genoemd naar de heldere oppervlakken die te zien zijn wanneer het metaal breekt) bevat meer dan 2% silicium. Het is niet zo hard als wit gietijzer, maar het is gemakkelijker te gieten en te vormen met machines. Grijs gietijzer is het materiaal dat wordt gebruikt om gietijzeren kachels te maken.

Tijdens de montage van de kachel worden de gietijzeren onderdelen gecontroleerd op putjes, scheuren en roest. Nadat de onderdelen aan elkaar zijn vastgeschroefd, wordt de kachel gecontroleerd om er zeker van te zijn dat de kachel luchtdicht is. Dit voorkomt dat rook uit het lichaam van de kachel ontsnapt in plaats van door de rookkanalen te gaan. Wanneer de kachel geolied is om roesten te voorkomen, wordt gecontroleerd of er olie door het metaal sijpelt, wat aangeeft dat er een scheur aanwezig is.

De Toekomst

EPA-voorschriften die in de jaren tachtig werden ingevoerd, verplichtten fabrikanten van houtkachels om de hoeveelheid geproduceerde uitstoot te verminderen. Fabrikanten hebben op drie manieren aan deze regelgeving voldaan. Sommigen hebben katalysatoren geïnstalleerd, waarin een keramische honingraat bedekt met platina of palladium ervoor zorgt dat de rook vollediger verbrandt. Sommigen hebben zogenaamde "high-tech" kachels gemaakt, die de bestaande technologie verbeteren zodat de brandstof efficiënter verbrandt.

De meest ingrijpende verandering is de ontwikkeling van pelletkachels. In plaats van gewoon hout branden deze kachels kleine pellets gevormd uit houtsnippers, zaagsel, schors en ander houtafval, dat wordt gedroogd, verpulverd en samengeperst. Doordat ze veel droger zijn dan gewoon hout, branden deze pellets extreem schoon. Pelletkachels zijn ook gemakkelijker in gebruik dan traditionele houtkachels. De eigenaar hoeft alleen de pellets te kopen en ze in de automatische trechter van de kachel te laden, die de snelheid regelt waarmee brandstof aan het vuur wordt toegevoegd. Deze recente innovatie in de technologie van houtkachels zorgt ervoor dat de schijnbaar ouderwetse gietijzeren kachel tot ver in de eenentwintigste eeuw zal worden gebruikt.