주철 스토브

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배경

주철 스토브는 철과 탄소를 혼합한 재료로 만든 장치로, 나무나 석탄과 같은 고체 연료를 태워 보온이나 요리를 위한 열을 생성합니다. 스토브는 일반적으로 연료를 담는 화격자, 연료가 연소되는 속이 빈 내부, 뜨거운 공기가 흐르는 굴뚝, 뜨거운 공기의 흐름을 늦추어 스토브가 더 많은 열을 생성할 수 있도록 하는 배플로 구성됩니다.

인간은 선사 시대부터 따뜻함을 제공하고 음식을 요리하기 위해 나무와 기타 천연 연료를 태워 왔습니다. 처음에는 모닥불이 사용되었습니다. 이 간단한 방법의 주요 단점은 불의 열이 뜨겁고 상승하는 공기의 형태로 빠져나가면서 낭비된다는 사실이었습니다. 선사 시대 사람들은 다시 열을 반사하는 방식으로 서 있는 평평한 바위에 불을 피우는 법을 곧 배웠습니다. 요리를 위해 불은 땅을 파낸 구덩이나 얇고 평평한 암석으로 만든 난로를 데우는 데 사용할 수 있습니다.

고대 로마인들은 타일 바닥 아래에 일련의 굴뚝으로 구성된 하이포코스트(hypocaust)로 알려진 난방 시스템을 개발했습니다. 이 난방 시스템은 화재에서 방의 모든 부분으로 뜨거운 공기를 운반했습니다. hypocaust는 또한 요리나 목욕을 위해 가마솥에 물을 데우는 데 사용될 수 있습니다. 유사한 난방 시스템이 중국과 한국에서 여전히 사용됩니다.

이 정교한 장치의 초기 개발에도 불구하고 중세까지 대부분의 유럽인은 연기를 내뿜기 위해 지붕의 구멍 아래 중앙 난로에서 열린 불에 의존했습니다. 굴뚝이 있는 벽난로는 서기 1000년경 북유럽의 성에 나타나기 시작했습니다. 수백 년 동안 벽난로는 부유한 사람들이 소유한 큰 집으로 제한되었습니다. 영국에서는 늦어도 1600년 서기 , 벽난로는 여전히 상당히 드물었습니다.

가장 부유한 집주인은 돌이나 벽돌로 만든 굴뚝이 있는 벽난로를 가지고 있었고 덜 부유한 집주인은 진흙과 욋가지로 만든 벽난로를 가지고 있었습니다. 와틀(Wattle)은 수직 나무 막대나 막대를 수평 막대나 갈대로 엮어 만든 재료로 가연성 때문에 위험했습니다. 이러한 위험에도 불구하고 진흙과 와틀 굴뚝은 1800년까지만 해도 미국에서 흔했습니다.

벽난로는 뜨거운 연기와 함께 많은 열이 굴뚝으로 나가기 때문에 벽난로보다 훨씬 더 효율적이지 않았습니다. 부드럽게 타는 불이 작은 벽난로는 빠르게 타는 큰 벽난로보다 더 효율적이었습니다. 통금으로 알려진 장치는 황동이나 주석으로 구성된 시트로 뜨거운 공기의 흐름을 제한하여 안정적이고 천천히 타는 불을 만드는 데 사용할 수 있습니다. 통금 시간은 돌보는 일 없이 밤새 불이 꺼지지 않도록 하는 데 사용되었습니다.

역사 기록에 처음 등장한 난로는 1490년 프랑스와 독일 국경에 있는 유럽의 일부인 알자스에서 벽돌과 타일로 지어졌습니다. 스칸디나비아에서는 스토브가 키가 큰 철제 굴뚝과 철판으로 만들어졌습니다. 러시아에서는 최대 8피트(2.4m) 높이의 스토브에 두꺼운 벽으로 된 석조 굴뚝 6개를 포함하는 스토브를 벽의 교차점에 설치하여 한 번에 4개의 방을 가열했습니다.

주철은 기원전 6세기 <소> 중국에서 처음 생산되었습니다. 그리고 12세기 동안 유럽에서는 17세기까지 많이 사용되지 않았습니다. 최초의 주철 스토브는 1642년 매사추세츠 주 린에서 제조되었습니다. 초기 주철 스토브는 볼트로 조이거나 핀으로 고정된 평평한 직사각형 판으로 구성되어 상자를 형성합니다. 주철을 녹인 모래를 주형에 부어 만든 판은 오늘날에도 여전히 사용되는 방법입니다.

1744년에 벤자민 프랭클린은 펜실베니아 벽난로로 알려진 보다 효율적인 주철 스토브를 발명했습니다. 이 장치는 뜨거운 공기의 흐름을 제어하여 화재로 인한 연기가 더 완전히 연소되어 더 많은 열을 방출합니다. 이 디자인은 매우 성공적이었고 오늘날에도 여전히 사용됩니다. 1786년 프랭클린이 발명한 더 복잡한 장치는 성공하지 못했지만 그 디자인은 화재로 인한 거의 모든 연기를 태우는 현대식 주철 스토브를 예상했습니다.

주철 스토브는 약 200년 동안 기본 설계에서 대부분 변경되지 않았습니다. 1970년대에는 난방유 가격이 크게 상승하여 장작 난로 사용이 증가했습니다. 이 스토브에서 발생하는 오염으로 인해 환경 보호국(EPA)은 1988년에 규정을 발표했습니다. 이 규정은 새로 제조된 모든 장작 난로가 배출 기준을 충족하도록 요구했습니다. 스토브 제조업체는 효율성이 높고 공해를 거의 발생시키지 않는 주철 스토브를 생산하기 위해 개선된 기술을 개발했습니다.

원자재

주철은 철과 2~4%의 탄소로 구성된 물질입니다. 다양한 소량의 규소, 망간, 황 및 인도 존재합니다. 특수 용도의 경우 다양한 양의 니켈, 크롬 및 몰리브덴을 포함하여 열, 마모 및 부식에 강한 주철을 생산할 수 있습니다.

현대식 주철 스토브에는 3분의 1 정도의 주철이 포함될 수 있습니다. 스토브의 나머지 부분은 대부분 강철로 구성되어 있습니다. 강철은 철과 대부분의 경우 0.01-1.2%의 탄소로 구성된 물질입니다. 일부 특수 형태의 강철에는 0.003%만큼 적은 탄소 또는 최대 2%의 탄소가 포함될 수 있습니다. 강철은 또한 다양한 양의 망간, 규소, 알루미늄, 니켈, 크롬, 코발트, 몰리브덴, 바나듐, 텅스텐, 티타늄, 니오븀, 지르코늄, 질소, 황, 구리, 붕소, 납, 텔루르 및 셀레늄을 포함할 수 있습니다.

1882년 Michigan Stove Co.에서 생산한 주철 스토브 (미시간 주 디어본에 있는 헨리 포드 박물관 및 그린필드 빌리지 컬렉션에서)

우리 중 많은 사람들이 주철 주방 스토브에서 만든 농장 스타일의 아침 식사를 생각하면 입술을 핥습니다. 1850년대 이후, 스토브 제조업체는 농가가 스토브에서 시나몬 롤을 올려서 그 위에 베이컨, 계란, 해시 브라운, 옥수수 쇠고기 해시를 요리할 수 있는 대형 모델을 생산했습니다. 이 스토브의 버너 위치는 버너의 온도를 결정하므로 요리사는 "커피 끓이기"에 가장 적합한 버너를 알고 있었습니다. 스토브에 온도 조절기가 없었기 때문에 요리사는 불의 모양과 느낌(모델에 따라 나무 또는 석탄)에 따라 온도를 조절하는 방법을 배웠습니다.

방을 따뜻하게 유지하기 위해 주철 스토브도 사용되었습니다. 벽난로는 중앙 난방 없이 방을 데우는 데 매우 비효율적인 방법입니다. 1860년까지 많은 가족이 벽난로에 올라와 이와 같은 응접실 난로를 난로 위에 놓고 굴뚝을 통해 난로를 환기시켰습니다. 이 "아트 화환" 모델은 장식적인 주철 두루마리, 니켈 및 세련된 모양 때문에 그렇게 불렸습니다. 1882년 Michigan Stove Co.에서 생산된 이 유리는 얇게 썬 운모 시트를 포함합니다. 이 유리는 앞의 철 그릴에서 유리 역할을 하여 화염의 빛을 볼 수 있지만 불꽃의 전체 강도는 느낄 수 없습니다. 열.

낸시 EV 브릭

주철 스토브에 사용할 수 있는 기타 재료:세라믹(고온에 노출된 비금속 물질로 만든 다양한 재료), 내화 벽돌(내열 점토로 만든 벽돌 유형), 스토브는 모래 주조라는 과정을 통해 형성됩니다. 모래가 스토브 모양의 주형으로 굳어지면 용융된 주철을 캐비티에 붓고 냉각시킵니다. 및 백금 또는 팔라듐(촉매 변환기에 사용되는 금속 원소로 낮은 온도에서 연기가 연소되어 오염 물질이 덜 배출됨).

제조
프로세스

주철 만들기

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1 철광석은 지표 광산에서 땅에서 파냅니다. 광석은 직경이 40인치(1m) 이상에서 직경이 0.04인치(1mm) 미만인 덩어리로 얻습니다. 주철 또는 강철을 생산하려면 덩어리의 직경이 7-25mm(0.3-1인치)여야 합니다. 너무 큰 광석 덩어리는 분쇄되어 체를 통과하여 결과 물질을 크기별로 분리합니다. 미세 입자라고 하는 너무 작은 덩어리는 함께 녹아서 더 큰 덩어리로 되는데, 이를 소결이라고 합니다.

2 철광석 덩어리는 석탄을 공기 없이 고온으로 가열하여 생성되는 탄소가 풍부한 물질인 코크스와 혼합됩니다. 컨베이어 벨트는 장입물로 알려진 혼합물을 용광로의 상단으로 옮깁니다. 용광로는 내화 벽돌과 흑연이 늘어서 있는 키가 크고 수직인 강철 샤프트입니다. 공기는 1,650-2,460°F(900-1,350°C)의 온도로 가열되어 고로로 불어넣습니다. 장약이 내려감에 따라 코크스는 뜨거운 공기에서 연소되어 일산화탄소와 열을 생성합니다. 일산화탄소는 철광석의 산화철과 반응하여 유리 철과 이산화탄소를 생성합니다. 이 과정의 최종 결과는 용융 90% 이상의 철, 3-5%의 탄소 및 다양한 불순물로 구성된 선철.

3 용융된 선철을 큰 틀에 붓고 냉각시켜 고체로 만듭니다. 그런 다음 원하는 원료 조합을 제공하도록 선택된 고철과 혼합됩니다. 이 혼합물은 컨베이어 벨트에 의해 작은 용광로와 유사한 큐폴라의 상단으로 이동됩니다. 선철과 고철은 뜨거운 공기가 통과하는 뜨거운 코크스 침대에 떨어집니다. 이 공정은 불순물과 소량의 탄소를 제거하여 주철을 용탕으로 만듭니다.

주철 성형

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4 주철은 이름에서 알 수 있듯 일반적으로 주물이라고 하는 주형에 녹인 금속을 부어 모양을 만듭니다. 가장 일반적인 방법은 모래 주조로 알려져 있습니다. 원하는 최종 제품 모양의 패턴은 목재, 금속 또는 플라스틱으로 형성됩니다. 그런 다음 결합제로 알려진 다양한 물질과 함께 고정된 모래에 단단히 포장됩니다. 모래는 열에 의해 또는 결합제로 알려진 다양한 물질과의 화학적 결합에 의해 경화됩니다. 모래는 열에 의해 또는 원래의 모래 혼합물에 규산나트륨을 포함하여 생성된 화학적 결합에 의해 경화됩니다. 경화 후 패턴이 제거되어 모래에 구멍이 남습니다. 용융된 주철을 캐비티에 붓고 냉각하면 원하는 모양의 고체 주철이 생성됩니다.

스토브 조립

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5 주철 부품 및 철강 부품은 철강 회사에서 스토브 제조업체로 배송되어 검사됩니다. 조립하기 전에 주철 부품을 연마해야 합니다. 표면 그라인더를 사용하여 주철의 약 16분의 1인치(1.6mm)를 제거하여 매우 매끄럽고 광택 있는 표면을 만듭니다. 일반적인 표면 그라인더는 연삭 암석으로 알려진 단단한 연마 재료로 구성된 폭이 약 14인치(35.6cm)인 판입니다. 주철의 표면을 갈면서 분당 약 1,800회 회전합니다.

6 연마된 주철 부품은 강철 볼트로 조립됩니다. 볼트는 손으로 시작한 다음 기계로 조여 주철 부품이 누출 없이 단단히 결합되도록 합니다. 내화벽돌 라이닝 또는 촉매 변환기와 같은 다양한 기타 구성 요소가 동시에 스토브에 조립됩니다.

7 완성된 스토브는 볼트를 조이는 동안 발생할 수 있는 균열이 있는지 다시 검사합니다. 그런 다음 녹을 방지하기 위해 오일로 처리하고 발포 폴리스티렌 폼(매우 가볍지만 강한 플라스틱 폼)으로 판지 상자에 포장하여 소비자에게 배송합니다.

품질 관리

주철을 제조할 때 원하는 특성의 금속을 생산하기 위한 가장 중요한 요소는 최종 제품에 존재하는 철과 탄소 이외의 원소의 양을 조절하는 것입니다. 특히, 존재하는 규소의 양은 매우 다른 두 가지 형태의 주철을 생성합니다.

백색 주철(금속이 부서졌을 때 보이는 밝은 표면의 이름)은 2% 이상의 규소를 함유합니다. 백주철만큼 단단하지는 않지만 기계로 주조하고 성형하는 것이 더 쉽습니다. 회주철은 주철 난로를 만드는 데 사용되는 재료입니다.

스토브를 조립하는 동안 주철 부품에 구덩이, 균열 및 녹이 있는지 검사합니다. 구성 요소를 볼트로 결합한 후 스토브가 기밀 상태인지 확인하기 위해 스토브를 검사합니다. 이렇게 하면 연기가 굴뚝을 통해 이동하는 대신 스토브 본체에서 새는 것을 방지할 수 있습니다. 스토브가 녹슬지 않도록 기름칠을 할 때 금속을 통해 기름이 스며드는지 검사하여 균열이 있음을 나타냅니다.

미래

1980년대에 도입된 EPA 규정은 장작 난로 제조업체가 배출되는 배출량을 줄이도록 요구했습니다. 제조업체는 세 가지 방법으로 이러한 규정을 준수했습니다. 일부는 백금이나 팔라듐으로 코팅된 세라믹 벌집이 연기를 더 완전하게 연소시키는 촉매 변환기를 설치했습니다. 일부는 연료가 더 효율적으로 연소되도록 기존 기술을 개선하는 소위 "첨단 기술" 스토브를 만들었습니다.

가장 급진적인 변화는 펠릿 연소 스토브의 개발입니다. 이 난로는 일반 목재 대신에 나무 조각, 톱밥, 나무 껍질 및 기타 목재 스크랩으로 형성된 작은 알갱이를 태우고 건조, 분쇄 및 압축합니다. 일반 목재보다 훨씬 건조하기 때문에 이 펠릿은 매우 깨끗하게 연소됩니다. 펠렛 연소 스토브는 또한 전통적인 장작 난로보다 사용하기 쉽습니다. 소유자는 펠릿을 구입하여 스토브의 자동 호퍼에 로드하기만 하면 됩니다. 이 호퍼는 연료가 불에 추가되는 속도를 제어합니다. 장작 난로 기술의 이 최근 혁신은 겉보기에 구식으로 보이는 주철 난로가 21세기까지 계속해서 잘 사용될 것임을 보장합니다.