História
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El hierro fundido y el hierro forjado pudieron producirse accidentalmente al fundir cobre utilizando mineral de hierro como fundente.[4].
Los primeros artefactos de hierro fundido datan del siglo a. C., y fueron descubiertos por los arqueólogos en el actual condado de Luhe, Jiangsu, en China, durante el período de los reinos combatientes. Esto se basa en un análisis de las microestructuras de los objetos hallados.[2].
Debido a que el hierro fundido es comparativamente frágil, no es adecuado para fines que requieran un borde afilado o flexibilidad. Es resistente a la compresión, pero no a la tensión. El hierro fundido se inventó en China en el siglo a. C. y se vertió en moldes para fabricar rejas de arado y ollas, así como armas y pagodas.[5] Aunque el acero era más deseable, el hierro fundido era más barato y, por lo tanto, se utilizaba en la antigua China más comúnmente para producir objetos cotidianos, mientras que el hierro forjado o el acero se utilizaban para fabricar armas.[2] Los chinos desarrollaron un método de recocido del hierro fundido manteniendo las piezas fundidas calientes en una atmósfera oxidante durante una semana o más con el fin de quemar algo de carbono cerca de la superficie, con el fin de evitar que la capa superficial fuera demasiado frágil.[6].
En Occidente, donde no estuvo disponible hasta el siglo , sus primeros usos fueron el cañón y las armas de fuego. Enrique VIII inició la fundición de cañones "Cañón (artillería)") en Inglaterra. Pronto, los trabajadores del hierro ingleses que utilizaban altos hornos desarrollaron la técnica de producir cañones de hierro fundido, que, aunque eran más pesados que los cañones de bronce predominantes, eran mucho más baratos y permitieron a Inglaterra armar mejor a su marina de guerra. La tecnología del hierro fundido fue transferida desde China. Al-Qazvini, en el siglo , y otros viajeros observaron posteriormente una industria del hierro en los Alburz al sur del Mar Caspio. Esto está cerca de la ruta de la seda, por lo que es concebible el uso de tecnología derivada de China.[7] Los maestros metalúrgicos del Weald continuaron produciendo hierros fundidos hasta la década de 1760, y el armamento fue uno de los principales usos de los hierros después de la restauración inglesa.
En muchos altos hornos ingleses se fabricaban entonces ollas de hierro fundido. En 1707, Abraham Darby patentó un nuevo método para fabricar ollas (y marmitas) más finas y, por tanto, más baratas que las fabricadas por métodos tradicionales. Esto significó que sus hornos de Coalbrookdale se convirtieron en proveedores dominantes de ollas, actividad a la que se unieron en las décadas de 1720 y 1730 un pequeño número de otros altos hornos de coque.
La aplicación de la máquina de vapor para accionar los fuelles de fundición (indirectamente mediante el bombeo de agua a una rueda hidráulica) en Gran Bretaña, que comenzó en 1743 y se incrementó en la década de 1750, fue un factor clave para aumentar la producción de hierro fundido, que se disparó en las décadas siguientes. Además de superar la limitación de la energía hidráulica, el alto horno accionado por agua bombeada a vapor proporcionó temperaturas más altas a los hornos, lo que permitió el uso de mayores proporciones de cal, permitiendo la conversión del carbón vegetal, cuyos suministros de madera eran inadecuados, al coque.[8].
pontes de ferro fundido
O uso do ferro fundido para fins estruturais começou no final da década de 1770, quando Abraham Darby III construiu a Ponte de Ferro, embora já tivessem sido utilizadas vigas curtas, como nos altos-fornos de Coalbrookdale. Seguiram-se outras invenções, incluindo uma patenteada por Thomas Paine. As pontes de ferro fundido tornaram-se comuns à medida que a Revolução Industrial se acelerava. Thomas Telford adotou o material para sua ponte rio acima em Buildwas, e mais tarde para o Aqueduto Longdon-on-Tern, um canal de aqueduto navegável em Longdon-on-Tern, no Canal de Shrewsbury. Seguiu-se o Aqueduto Chirk e o Aqueduto Pontcysyllte, que ainda estão em uso após restaurações recentes.
A melhor forma de utilizar o ferro fundido na construção de pontes foi por meio de arcos, para que todo o material fique comprimido. O ferro fundido, assim como a alvenaria, é muito resistente à compressão. O ferro forjado, como a maioria dos outros tipos de ferro e, de fato, como a maioria dos metais em geral, é forte à tensão e também resistente à fratura. A relação entre o ferro forjado e o ferro fundido, para fins estruturais, pode ser considerada análoga à relação entre a madeira e a pedra.
As pontes de vigas de ferro fundido foram amplamente utilizadas pelas primeiras ferrovias, como a Water Street Bridge em 1830, no terminal Manchester do ramal Liverpool-Manchester, mas os problemas de seu uso tornaram-se muito aparentes quando uma nova ponte que transportava a ferrovia Chester e Holyhead através do rio Dee em Chester desabou, matando cinco pessoas em maio de 1847, menos de um ano após sua inauguração. O desastre da Ponte Dee foi causado pela carga excessiva no centro da viga por um trem que passava, e muitas pontes semelhantes tiveram que ser demolidas e reconstruídas, muitas vezes em ferro forjado. A ponte foi mal desenhada, tendo sido construída com travessas de ferro forjado, que foram erroneamente pensadas para reforçar a estrutura. Os centros das vigas foram colocados em flexão, com a borda inferior em tensão, onde o ferro fundido, como a alvenaria, é muito fraco.
No entanto, o ferro fundido continuou a ser usado de forma inadequada em estruturas, até que o desastre da Ponte Ferroviária Tay em 1879 questionou seriamente o uso do material. As alças cruciais para proteger as barras de ligação e os suportes da ponte Tay foram integralmente fundidas às colunas e falharam nos estágios iniciais do acidente. Além disso, os furos dos parafusos também foram moldados, em vez de perfurados. Assim, devido ao ângulo de inclinação das peças fundidas, a tensão nos tirantes ficava localizada na borda do furo ao invés de ser distribuída ao longo dele. A ponte substituta foi construída em ferro forjado e aço.
No entanto, ocorreram novos colapsos de pontes, culminando no acidente ferroviário de Norwood Junction em 1891. Milhares de pontes de vigas de ferro fundido foram eventualmente substituídas por equivalentes de aço por volta de 1900 devido à preocupação generalizada com pontes de ferro fundido na rede ferroviária britânica.
Edifícios
Colunas de ferro fundido, usadas pela primeira vez em edifícios de fábricas, permitiram aos arquitetos construir edifícios de vários andares sem as paredes extremamente espessas exigidas por edifícios de alvenaria de qualquer altura. Eles também nos permitiram expandir o espaço da fábrica e as linhas de visão em igrejas e auditórios. Em meados do século, colunas de ferro fundido eram comuns em armazéns e edifícios industriais, combinadas com vigas de ferro forjado ou fundido, levando eventualmente ao desenvolvimento de arranha-céus com estrutura de aço. O ferro fundido às vezes também era usado para fachadas decorativas, especialmente nos Estados Unidos, e o bairro do Soho, em Nova York, tem vários exemplos. Também foi ocasionalmente usado para edifícios pré-fabricados completos, como o histórico Iron Building (Watervliet Arsenal) em Watervliet, Nova York, Estados Unidos.
Fábricas têxteis
Outro uso importante foi nas fábricas têxteis. O ar nas fábricas continha fibras inflamáveis de algodão, cânhamo ou lã fiadas. Portanto, as fábricas têxteis tinham uma propensão alarmante para pegar fogo. A solução foi construí-los totalmente com materiais incombustíveis, e encontrou-se a conveniência de dotar o edifício de uma estrutura de ferro, em grande parte fundida, em substituição à madeira inflamável. O primeiro edifício deste tipo foi o Ditherington Flax Mill em Shrewsbury, Shropshire. Muitos outros armazéns foram construídos com colunas e vigas de ferro fundido, embora projetos inadequados, vigas defeituosas ou sobrecargas às vezes levassem ao colapso dos edifícios e falhas estruturais.
Durante a Revolução Industrial, o ferro fundido também foi amplamente utilizado em estruturas e outras peças fixas de máquinas, incluindo máquinas de fiação e, posteriormente, tecelagem em fábricas têxteis. O uso do ferro fundido generalizou-se e muitas cidades contaram com fundições que produziam máquinas industriais e agrícolas.