铸铁炉
背景
铸铁炉是一种装置，由铁和碳混合而成的材料制成，其中燃烧木材或煤等固体燃料以产生热量以取暖或烹饪。炉子通常由容纳燃料的炉排、燃料在其中燃烧的中空内部、热空气流过的烟道和减缓热空气流动的挡板组成，使炉子产生更多热量。
自史前时代以来，人类就通过燃烧木材和其他天然燃料来取暖和烹饪食物。起初，使用明火。这种简单方法的一个主要缺点是，火的大部分热量在以热空气的形式逸出时被浪费了。史前人类很快就学会了在一块直立的平坦岩石上生火，以反射热量。做饭时，火可以用来加热挖入地下的坑或由薄而平坦的岩石制成的壁炉。
古罗马人开发了一种称为“hypocaust”的供暖系统，它由瓷砖地板下的一系列烟道组成，这些烟道将热空气从火中输送到房间的所有部分。火堆也可以用来加热一锅水来做饭或洗澡。中国和韩国仍在使用类似的供暖系统。
尽管这种复杂装置的早期发展，直到中世纪，大多数欧洲人都依靠屋顶上一个洞下面的中央壁炉上的明火来散发烟雾。带烟囱的壁炉在公元 1000 年左右开始出现在北欧的城堡中 数百年来，壁炉仅限于富人拥有的大房子。在英格兰，迟至公元 1600 年 ，壁炉仍然相当罕见。
最富有的房主的壁炉带有石头或砖砌的烟囱，而不太富裕的房主则使用泥土和荆条制成的壁炉。荆条是一种由垂直木棒或木杆与水平木棍或芦苇交织而成的材料，它是危险的，因为它易燃。尽管存在这种危险，但直到 1800 年，泥浆和荆棘烟囱在美国还是很常见的。
壁炉的效率并不比明火高多少，因为大部分热量随着热腾腾的烟雾从烟囱中排出。火势轻柔的小壁炉比火势迅速燃烧的大壁炉更有效。一种称为宵禁的装置，由一片黄铜或锡组成，可用于限制热空气的流动，从而产生稳定、缓慢燃烧的火。宵禁被用来让火在没有人照料的情况下整夜燃烧。
历史记录中出现的第一个炉灶是 1490 年在阿尔萨斯用砖瓦建造的，阿尔萨斯是欧洲的一部分，位于法国和德国之间的边界。在斯堪的纳维亚半岛，炉子是用高大的铁制烟道和铁制挡板建造的。在俄罗斯，高达 8 英尺 (2.4 m) 的炉子包含多达 6 个厚壁砖石烟道，被放置在墙壁的交叉处，以同时加热四个房间。
铸铁于公元前 6 世纪首次在中国生产。 并在 12 世纪在欧洲使用，但直到 17 世纪才被广泛使用。第一个铸铁炉于 1642 年在马萨诸塞州林恩制造。早期的铸铁炉由用螺栓或销钉在一起形成盒子的扁平矩形板组成。这些板是通过将熔融铸铁倒入砂制模具制成的，这种方法今天仍在使用。
1744 年，本杰明富兰克林发明了一种更高效的铸铁炉，称为宾夕法尼亚壁炉。该装置控制热空气的流动，使火灾产生的烟雾燃烧得更充分，从而释放出更多的热量。这种设计非常成功，至今仍在使用。富兰克林在 1786 年发明的一种更复杂的装置并没有那么成功，但它的设计预示了现代铸铁炉的出现，这种炉几乎可以燃烧所有的烟雾。
大约 200 年来，铸铁炉的基本设计基本保持不变。在 1970 年代，取暖油价格的大幅上涨导致燃木炉灶的使用增加。这些炉灶产生的污染导致美国环境保护署 (EPA) 于 1988 年颁布法规，要求所有新制造的燃木炉灶都符合排放标准。炉子制造商开发了改进的技术来生产高效且污染极少的铸铁炉子。
原材料
铸铁是一种由铁和 2-4% 的碳组成的物质。还存在各种少量的硅、锰、硫和磷。对于特殊应用，可以加入不同量的镍、铬和钼来生产耐热、耐磨和耐腐蚀的铸铁。
现代铸铁炉可能只含有三分之一的铸铁。炉子的其余部分主要由钢制成。钢是一种由铁和在大多数情况下介于 0.01-1.2% 之间的碳组成的物质。一些特殊形式的钢可能含有低至 0.003% 的碳或高达 2% 的碳。钢还可能含有不同量的锰、硅、铝、镍、铬、钴、钼、钒、钨、钛、铌、锆、氮、硫、铜、硼、铅、碲和硒。
1882 年密歇根炉公司生产的铸铁炉。 （来自密歇根州迪尔伯恩亨利福特博物馆和格林菲尔德村的藏品。）
我们中的许多人一想到要醒来享用在铸铁厨房炉灶上烹制的农家式早餐，都会舔嘴唇。 1850 年代之后，炉灶制造商生产了大型模型，农妇可以在上面煮培根、鸡蛋、土豆煎饼和玉米牛肉土豆泥，肉桂卷在炉子中升起。这些炉子上燃烧器的位置决定了燃烧器的温度，因此厨师知道“煮咖啡”的最佳燃烧器。由于炉子上没有恒温器，厨师学会了根据火的外观和感觉（木材或煤，取决于型号）调节温度。
铸铁炉也被用来保持房间温暖。众所周知，壁炉是在没有中央供暖的情况下加热房间的低效方式。到了 1860 年，许多家庭用木板把壁炉架起来，把像这样的客厅炉灶放在壁炉上，并通过烟囱排气。这种“艺术花环”模型因其装饰性铸铁卷轴、镍和时尚的造型而得名。密歇根炉灶公司于 1882 年生产，它包括鱼胶，或切成薄片的云母片，用作前面铁烤架中的玻璃，这样人们可以看到火焰的光芒，但感觉不到火焰的全部强度。热。
南希 EV 布赖克
可用于铸铁炉的其他材料包括：陶瓷（由经受高温的非金属物质制成的各种材料）、耐火砖（一种由耐热粘土制成的砖）、 
炉子是通过称为砂型铸造的过程形成的。一旦沙子硬化成炉子形状的模具，将熔融的铸铁倒入型腔并冷却。 和铂或钯（催化转化器中使用的金属元素，可在较低温度下使烟雾燃烧，从而减少排放的污染）。
制造
过程
制作铸铁
- 1 铁矿石是从地表矿山中挖掘出来的。矿石以块状形式获得，大小从直径超过 40 英寸（1 米）到直径小于 0.04 英寸（1 毫米）不等。要生产铸铁或钢，块的直径必须为 0.3-1 英寸（7-25 毫米）。太大的矿石块被压碎并通过筛子，筛子按大小分离所得材料。太小的团块（称为细粉）会一起熔化成更大的团块，这一过程称为烧结。
- 2 铁矿石块与焦炭混合，焦炭是一种通过在没有空气的情况下将煤加热至高温而产生的富含碳的物质。传送带将混合物（称为装料）移动到高炉顶部。高炉是一种高大、垂直的钢竖井，内衬耐火砖和石墨。空气被加热到 1,650-2,460° F (900-1,350° C) 的温度并吹入高炉。随着装料下降，焦炭在热空气中燃烧，产生一氧化碳和热量。一氧化碳与铁矿石中的氧化铁反应生成游离铁和二氧化碳。这个过程的最终结果是熔化
生铁，由至少90%的铁、3-5%的碳和各种杂质组成。 - 3 将熔化的生铁倒入大模具中，冷却成固体。然后将其与废金属混合，废金属已被选择为混合物提供所需的原材料组合。这种混合物通过传送带移动到类似于小型高炉的冲天炉顶部。生铁和废金属落在热焦炭床上，热空气吹过它。这个过程去除了杂质和少量的碳，从而产生了熔融的铸铁。
铸铁成型
- 4 铸铁，顾名思义，通常是通过将熔融金属倒入模具中成型，这一过程称为铸造。最常见的方法是砂型铸造。所需最终产品形状的图案由木材、金属或塑料制成。然后将其牢固地装入沙子中，沙子与各种称为粘合剂的物质结合在一起。沙子通过加热或通过与各种称为粘合剂的物质化学结合而硬化。沙子通过加热或通过在原始沙子混合物中包含硅酸钠产生的化学键而硬化。硬化后，图案被移除，在沙子中留下一个空洞。将熔融铸铁倒入型腔并冷却，从而制成所需形状的固体铸铁。
组装炉子
- 5 铸铁部件和钢部件从钢铁公司运到炉具制造商并检查。组装前，必须对铸铁部件进行抛光。平面磨床用于去除约十六分之一英寸（1.6 毫米）的铸铁，从而形成非常光滑、有光泽的表面。典型的平面磨床是一块约 14 英寸（35.6 厘米）宽的薄板，由称为磨石的坚硬磨蚀材料组成。当它磨掉铸铁表面时，它以每分钟约 1,800 转的速度旋转。
- 6 抛光铸铁部件用钢螺栓组装。螺栓用手拧紧，然后用机器拧紧，以确保铸铁部件牢固地粘合在一起，无泄漏。各种其他组件，如耐火砖衬里或催化转化器，同时组装到炉子中。
- 7 再次检查完成的炉子是否有任何裂纹，这可能是在拧紧螺栓期间发生的。然后用油处理以防止生锈，并用发泡聚苯乙烯泡沫（一种非常轻但坚固的塑料泡沫）包装到纸板箱中运送给消费者。
质量控制
在铸铁的制造过程中，生产具有所需特性的金属的最重要因素是控制最终产品中除铁和碳之外的其他元素的含量。特别是，存在的硅量会产生两种截然不同的铸铁形式。
白口铸铁（以金属断裂时看到的光亮表面命名）含有超过 2% 的硅。它不像白口铸铁那么硬，但更容易用机器铸造和成型。灰铸铁是用于制造铸铁炉灶的材料。
在炉子的组装过程中，要检查铸铁部件是否有凹坑、裂纹和锈蚀。将部件用螺栓连接在一起后，检查炉子以确保炉子是密封的。这可以防止烟雾从炉体中逸出，而不是通过烟道。当炉子上油防止生锈时，检查是否有油渗入金属，表明存在裂缝。
未来
1980 年代引入的 EPA 法规要求燃木炉灶制造商减少产生的排放量。制造商以三种方式遵守了这些规定。有些人安装了催化转化器，其中涂有铂或钯的陶瓷蜂窝使烟雾燃烧得更彻底。有些人创造了所谓的“高科技”炉灶，改进了现有技术，使燃料燃烧更有效。
最根本的变化是颗粒燃烧炉的发展。这些炉子不是用普通的木材，而是燃烧由木屑、锯末、树皮和其他木屑形成的小颗粒，这些颗粒经过干燥、粉碎和压缩。因为它们比普通木材干燥得多，所以这些颗粒燃烧起来非常干净。颗粒燃烧炉也比传统的燃木炉更容易使用。业主只需购买颗粒并将它们装入炉子的自动料斗中，该料斗控制向火中添加燃料的速度。燃木炉技术的最新创新确保了看似老式的铸铁炉将继续使用到 21 世纪。
制造工艺