Historia
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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].
Puentes de hierro fundido
El uso del hierro fundido con fines estructurales comenzó a finales de la década de 1770, cuando Abraham Darby III construyó el Puente de Hierro, aunque ya se habían utilizado vigas cortas, como en los altos hornos de Coalbrookdale. Le siguieron otros inventos, entre ellos uno patentado por Thomas Paine. Los puentes de hierro fundido se convirtieron en algo habitual a medida que la Revolución Industrial se aceleraba. Thomas Telford adoptó el material para su puente aguas arriba en Buildwas, y luego para el Acueducto de Longdon-on-Tern, un canal de Acueducto navegable en Longdon-on-Tern en el Canal de Shrewsbury. Le siguieron el Acueducto de Chirk y el Acueducto de Pontcysyllte, que siguen en uso tras las recientes restauraciones.
La mejor manera de utilizar el hierro fundido para la construcción de puentes era mediante el uso de arcos, de manera que todo el material está en compresión. El hierro fundido, al igual que la mampostería, es muy resistente a la compresión. El hierro forjado, como la mayoría de los otros tipos de hierro y, de hecho, como la mayoría de los metales en general, es fuerte en tensión, y también duro - resistente a la fractura. La relación entre el hierro forjado y el hierro fundido, a efectos estructurales, puede considerarse análoga a la relación entre la madera y la piedra.
Los puentes de vigas de hierro fundido fueron utilizados ampliamente por los primeros ferrocarriles, como el puente de Water Street en 1830 en la terminal de Mánchester del ramal de tren Liverpool-Mánchester, pero los problemas de su uso se hicieron demasiado evidentes cuando un nuevo puente por el que pasaba el tren de Chester y Holyhead a través del río Dee en Chester se derrumbó matando a cinco personas en mayo de 1847, menos de un año después de su inauguración. El desastre del puente del Dee fue causado por una carga excesiva en el centro de la viga por el paso de un tren, y muchos puentes similares tuvieron que ser demolidos y reconstruidos, a menudo en hierro forjado. El puente había sido mal diseñado, ya que se había construido con tirantes de hierro forjado, que se pensó erróneamente que reforzaban la estructura. Los centros de las vigas se pusieron en flexión, con el borde inferior en tensión, donde el hierro fundido, como la mampostería, es muy débil.
No obstante, el hierro fundido siguió utilizándose de forma inadecuada en las estructuras, hasta que el desastre del puente del ferrocarril del Tay de 1879 puso seriamente en duda el uso del material. Las orejetas cruciales para sujetar las barras de unión y los puntales en el puente de Tay se habían fundido de forma integral con las columnas, y fallaron en las primeras fases del accidente. Además, los orificios para pasar los pernos también se habían moldeado, en vez de perforarse. Así, debido al ángulo de inclinación de las piezas de fundición, la tensión de las barras de unión se localizaba en el borde del orificio en lugar de repartirse a lo largo del mismo. El puente de sustitución se construyó en hierro forjado y acero.
Edificios
Las columnas de hierro fundido, que se utilizaron por primera vez en los edificios de los molinos, permitieron a los arquitectos construir edificios de varias plantas sin los muros enormemente gruesos que requieren los edificios de mampostería de cualquier altura. También permitieron ampliar el espacio de las fábricas y las líneas de visión en iglesias y auditorios. A mediados del siglo , las columnas de hierro fundido eran habituales en los almacenes y edificios industriales, combinadas con vigas de hierro forjado o fundido, lo que finalmente condujo al desarrollo de los rascacielos con estructura de acero. El hierro fundido también se utilizó a veces para fachadas decorativas, especialmente en Estados Unidos, y el distrito del Soho de Nueva York cuenta con numerosos ejemplos. También se utilizó ocasionalmente para edificios prefabricados completos, como el histórico Edificio de Hierro "Iron Building (Watervliet Arsenal)") en Watervliet "Watervliet (Nueva York)"), Nueva York (Estados Unidos).
Fábricas textiles
Otro uso importante era en las fábricas textiles. El aire de las fábricas contenía fibras inflamables procedentes del algodón, el cáñamo o la lana que se hilaba. Por ello, las fábricas textiles tenían una alarmante propensión a incendiarse. La solución fue construirlas completamente con materiales incombustibles, y se encontró la conveniencia de dotar al edificio de una estructura de hierro, en gran parte de fundición, en sustitución de la madera inflamable. El primer edificio de este tipo fue el Molino de Lino de Ditherington en Shrewsbury, Shropshire.[9] Muchos otros almacenes se construyeron utilizando columnas y vigas de hierro fundido, aunque diseños inadecuados, vigas defectuosas o la sobrecarga a veces provocaron derrumbes en los edificios y fallos estructurales.
Durante la Revolución Industrial, el hierro fundido también se utilizó ampliamente para los bastidores y otras piezas fijas de la maquinaria, incluidas las máquinas de hilar y posteriormente de tejer en las fábricas textiles. El uso del hierro fundido se generalizó, y muchas ciudades tenían fundiciones que producían maquinaria industrial y agrícola.