Un florero es un tipo de horno metalúrgico que alguna vez se usó ampliamente para fundir hierro a partir de sus óxidos . El florero fue la primera forma de fundición capaz de fundir hierro. Los florecimientos producen una masa porosa de hierro y escoria llamada florecimiento . La mezcla de escoria y hierro en flor, denominada hierro esponja , generalmente se consolida y luego se forja en hierro forjado . Los altos hornos , que producen arrabio , han reemplazado en gran medida a los hornos.
Un florecimiento consiste en un foso o chimenea con paredes resistentes al calor hechas de tierra, arcilla o piedra . Cerca del fondo, uno o más tubos (hechos de arcilla o metal) entran a través de las paredes laterales. Estos tubos, llamados toberas , permiten la entrada de aire al horno, ya sea por tiro natural o forzado con fuelle o trampantojo . Se puede usar una abertura en la parte inferior de la flor para quitar la flor, o se puede volcar la flor y quitar la flor de la parte superior.
El primer paso que se da antes de poder utilizar el florecimiento es la preparación del carbón y el mineral de hierro. El carbón vegetal es carbono casi puro que, cuando se quema, produce la alta temperatura necesaria para el proceso de fundición y proporciona el monóxido de carbono necesario para la reducción del metal.
El mineral se rompe en trozos pequeños y generalmente se tuesta al fuego para hacer que los minerales de roca sean más fáciles de romper, eliminar algunas impurezas y (en menor medida) eliminar la humedad del mineral. Cualquier impureza grande (como sílice) en el mineral se puede eliminar a medida que se tritura. El tamaño de partícula deseado depende principalmente de cuál de los varios tipos de mineral puede estar disponible, lo que también tendrá una relación con el diseño y operación del horno, del cual existen varias formas regionales, históricas/tradicionales. Los minerales de hierro naturales pueden variar considerablemente en forma de óxido ( Fe
2oh
3/ fe
3oh
4/ FeO(OH) ), y de manera importante en el contenido relativo de hierro. Dado que la escoria de floraciones anteriores puede tener un alto contenido de hierro, también se puede descomponer y reciclar en la floración con el nuevo mineral.
En funcionamiento, después de calentar el florero, generalmente con un fuego de leña, se pasa a quemar carbón de leña, se introduce mineral de hierro y carbón adicional a través de la parte superior. Nuevamente, los métodos tradicionales varían, pero normalmente se agregan cargas más pequeñas de mineral al comienzo de la secuencia de fundición principal, aumentando a cantidades mayores a medida que avanza la fundición. En general, una proporción típica de carbón total con respecto al mineral agregado es aproximadamente de uno a uno. Dentro del horno, el monóxido de carbono procedente de la combustión incompleta del carbón reduce los óxidos de hierro del mineral a hierro metálico sin fundir el mineral; esto permite que el florero funcione a temperaturas más bajas que la temperatura de fusión del mineral. Como el producto deseado de un florero es hierro que se puede falsificar fácilmente , requiere un bajo contenido de carbono. La temperatura y la proporción entre el carbón y el mineral de hierro deben controlarse cuidadosamente para evitar que el hierro absorba demasiado carbono y, por lo tanto, se vuelva imposible de falsificar. El hierro fundido se produce cuando el hierro absorbe entre un 2% y un 4% de carbono. Debido a que el florecimiento es autofundente , no es necesario agregar piedra caliza para formar una escoria.
Las pequeñas partículas de hierro producidas de esta manera caen al fondo del horno, donde se combinan con escoria fundida, a menudo compuesta de fayalita , un compuesto de silicio , oxígeno y hierro mezclado con otras impurezas del mineral. La escoria líquida caliente, que corre hacia el fondo del horno, se enfría contra la base y las paredes laterales inferiores del horno, formando efectivamente un recipiente que todavía contiene escoria fluida. A medida que se forman las partículas de hierro individuales, caen en este recipiente y se sinterizan juntas bajo su propio peso, formando una masa esponjosa denominada flor . Debido a que la flor es típicamente porosa y sus espacios abiertos pueden estar llenos de escoria, la masa extraída debe golpearse con martillos pesados para comprimir los huecos y expulsar la escoria fundida restante. Este proceso puede requerir varios ciclos adicionales de calentamiento y compactación, trabajando a altas temperaturas de 'soldadura'. El hierro tratado de esta manera se dice forjado (trabajado), y el hierro resultante, con cantidades reducidas de escoria, se llama hierro forjado o barra de hierro. Debido al proceso de creación, las flores individuales a menudo pueden tener diferentes contenidos de carbono entre las superficies superior e inferior originales, diferencias que también se mezclarán de alguna manera a través de las secuencias de aplanamiento, plegado y soldadura con martillo. También es posible producir flores recubiertas de acero (con mayor contenido de carbono) manipulando la carga y el flujo de aire hacia la flor. [1]
Cuando comenzó la era de la fabricación de acero comercial moderna , la palabra "floración" se extendió a otro sentido que se refiere a una pieza de acero de etapa intermedia , de un tamaño comparable a muchas flores de hierro tradicionales, que estaba lista para ser transformada en palanquilla .
El inicio de la Edad del Hierro en la mayor parte del mundo coincide con el primer uso generalizado de la flor. Si bien se encuentran ejemplos anteriores de hierro, su alto contenido de níquel indica que se trata de hierro meteórico . Es posible que otras muestras tempranas de hierro se hayan producido mediante la introducción accidental de mineral de hierro en operaciones de fundición de cobre. Parece que el hierro se fundió en Oriente Medio ya en el año 3000 a. C., pero los caldereros, al no estar familiarizados con el hierro, no lo utilizaron hasta mucho más tarde. En Occidente, el hierro comenzó a utilizarse alrededor del año 1200 a.C. [2]
China ha sido considerada durante mucho tiempo la excepción al uso generalizado de flores. Se cree que los chinos se saltaron por completo el proceso de floración, comenzando con el alto horno y la forja más fina para producir hierro forjado; En el siglo V a. C., los trabajadores metalúrgicos del estado sureño de Wu habían inventado el alto horno y los medios para fundir hierro y descarburar el arrabio rico en carbono producido en un alto horno hasta convertirlo en un material similar al hierro forjado con bajo contenido de carbono. . Sin embargo, evidencia reciente muestra que los floreros se utilizaron antes en la antigua China , migrando desde el oeste ya en el año 800 a. C., antes de ser suplantados por los altos hornos desarrollados localmente. Apoyando esta teoría estaba el descubrimiento de "más de diez" implementos de excavación de hierro encontrados en la tumba del duque Jing de Qin (muerto en 537 a. C.), cuya tumba se encuentra en el condado de Fengxiang , Shaanxi (hoy existe un museo en el sitio). . [3]
Los primeros registros de hornos tipo flor en África Oriental son descubrimientos de hierro fundido y carbón en Nubia, en el antiguo Sudán, que datan al menos del siglo VII al VI a.C. Las antiguas florerías que producían herramientas de metal para los nubios y kushitas produjeron un excedente para la venta. Todos los procesos tradicionales de fundición de hierro del África subsahariana son variantes del proceso de floración. [4] Existe un debate considerable sobre los orígenes de la metalurgia del hierro en África . La fundición en hornos tipo flor en África occidental y la forja de herramientas aparecieron en la cultura Nok del centro de Nigeria al menos en el año 550 a. C. y posiblemente varios siglos antes. [5] [6] Además, la evidencia indica que la fundición de hierro con hornos estilo florero data del 750 a. C. en Opi (Augustin Holl 2009) y Lejja data del 2000 a. C. (Pamela Eze-Uzomaka 2009), ambos sitios en la región de Nsukka en el sureste. Nigeria en lo que hoy es Igboland . [7] [8] [6] El sitio de Gbabiri, en la República Centroafricana , también ha arrojado evidencia de metalurgia del hierro, de un horno de reducción y un taller de herrería, con fechas más tempranas de 896–773 y 907–796 a.C., respectivamente. . [6]
Durante el proyecto de una central hidroeléctrica, en las estribaciones meridionales de las Tierras Altas Centrales, Samanalawewa, en Sri Lanka , se encontró un horno impulsado por el viento en un sitio de excavación. Estos hornos funcionaban con los vientos monzónicos y se fecharon en el año 300 a. C. mediante técnicas de datación por radiocarbono. Estos antiguos hornos de Lanka podrían haber producido el acero de mejor calidad para las legendarias espadas de Damasco, como se menciona en registros sirios anteriores. [9] Las pruebas de campo utilizando réplicas de hornos confirmaron que este tipo de horno utiliza un principio de suministro de aire basado en el viento que es distinto del tiro forzado o natural, y muestran también que son capaces de producir acero con alto contenido de carbono. [10]
El hierro forjado se utilizó en la construcción de monumentos como el pilar de hierro de Delhi , construido en el siglo III d.C. durante el Imperio Gupta . Este último se construyó utilizando una serie imponente de flores de hierro en forma de disco. Al igual que en China, el acero con alto contenido de carbono se utilizó finalmente en la India, aunque el hierro fundido no se utilizó en arquitectura hasta los tiempos modernos. [11]
Los primeros Bloomeries europeos eran relativamente pequeños, principalmente debido a los límites mecánicos de los fuelles de propulsión humana y la cantidad de fuerza posible de aplicar con mazos impulsados a mano. Los conocidos arqueológicamente de la Edad del Hierro prerromana suelen rondar los 2 kg y se producen en hornos de cuba baja. La producción de la época romana a menudo utilizaba hornos lo suficientemente altos como para crear un efecto de tiro natural (en el rango de 200 cm de altura) y tamaños de floración crecientes en el rango de 10 a 15 kg. [12] Los experimentadores contemporáneos habían hecho floraciones de forma rutinaria utilizando hornos de "eje corto" derivados del norte de Europa con suministros de aire soplado en el rango de 5 a 10 kg [13] El uso de ruedas hidráulicas , que se extendió hacia el cambio de milenio y solía El poder de fuelles más masivos permitió que la flor se volviera más grande y más caliente, con martillos de viaje asociados que permitieron la consolidación de la forja de las flores más grandes creadas. A finales del siglo XIV se construyeron floreros cada vez más grandes, con una capacidad de unos 15 kg en promedio, aunque existían excepciones. El tamaño medio de las flores en Europa aumentó rápidamente a 300 kg, donde se estabilizaron hasta la desaparición de las flores.
A medida que aumenta el tamaño de una flor, el mineral de hierro queda expuesto a la quema de carbón durante más tiempo. Cuando se combina con la fuerte ráfaga de aire necesaria para penetrar la gran pila de mineral y carbón, esto puede causar que parte del hierro se derrita y se sature con carbono en el proceso, produciendo arrabio no falsificable, que requiere oxidación para reducirse a hierro fundido. acero y hierro. Este arrabio se consideraba un producto de desecho que restaba rendimiento a las mayores florerías, y los primeros altos hornos , idénticos en construcción, pero dedicados a la producción de hierro fundido, no se construyeron hasta el siglo XIV. [14] [15]
Los hornos tipo Bloomery normalmente producían una variedad de productos de hierro, desde hierro con muy bajo contenido de carbono hasta acero que contenía alrededor de 0,2 a 1,5% de carbono. El maestro herrero tuvo que seleccionar piezas de hierro con bajo contenido de carbono, carburarlas y soldarlas entre sí para hacer láminas de acero. Incluso cuando se aplicó a una capa no carburada, este proceso de golpear, doblar y soldar dio como resultado un producto más homogéneo y eliminó gran parte de la escoria. El proceso debía repetirse hasta 15 veces cuando se necesitaba acero de alta calidad, como para una espada. La alternativa era cementar la superficie de un producto terminado. El calor de cada soldadura oxida algo de carbono, por lo que el maestro herrero tuvo que asegurarse de que hubiera suficiente carbono en la mezcla inicial. [16] [17]
En Inglaterra y Gales, a pesar de la llegada del alto horno a Weald alrededor de 1491, las forjas de flores, que probablemente utilizaban energía hidráulica para el martillo y los fuelles, estuvieron funcionando en la región de West Midlands más allá de 1580. En Furness y Cumberland , operaron en principios del siglo XVII y el último en Inglaterra (cerca de Garstang ) no cerró hasta aproximadamente 1770. [18] [19]
En Lapphyttan , Suecia , se ha encontrado uno de los altos hornos más antiguos conocidos de Europa ; el carbono-14 data del siglo XII. [20] [ cita completa necesaria ] La flor más antigua de Suecia, que también se encuentra en la misma zona, data del año 700 a. C. con carbono 14. [21]
Las flores sobrevivieron en España y el sur de Francia como forjas catalanas hasta mediados del siglo XIX, [22] y en Austria como Stückofen [fr] hasta 1775.
La fundición del hierro era desconocida en la América precolombina .
Las excavaciones en L'Anse aux Meadows , Terranova, han encontrado evidencia considerable del procesamiento de hierro de pantano y la producción de hierro en florería por parte de los nórdicos. [23] El grupo de la era vikinga ( c. 1000 –1022 d. C.) en L'Anse aux Meadows está situado en una terraza marina elevada, entre una turbera de juncia y el océano. Las estimaciones de la menor cantidad de escoria recuperada arqueológicamente sugieren que se produjeron 15 kg de escoria durante lo que parece haber sido un único intento de fundición. Al comparar el contenido de hierro del mineral de hierro primario del pantano que se encuentra en la 'cabaña del horno' construida expresamente con el hierro que queda en esa escoria, se produjo aproximadamente 3 kg de florecimiento de hierro. Con un rendimiento de, en el mejor de los casos, el 20% de lo que es un buen mineral rico en hierro, esto sugiere que los trabajadores que procesaban el mineral no estaban particularmente capacitados. [23] Esto apoya la idea de que el conocimiento sobre el procesamiento del hierro estaba generalizado y no restringido a los principales centros de comercio y comercio. [23] Los arqueólogos también encontraron 98 clavos y, lo que es más importante, fragmentos de remaches de barcos, en el sitio, así como evidencia considerable de carpintería, lo que apunta a que se están realizando reparaciones de barcos o posiblemente de barcos en el sitio. [23] [24] (Una consideración importante sigue siendo que una potencial floración bruta de 3 kg ciertamente no produce suficiente barra refinada para fabricar los 3 kg de clavos y remaches recuperados).
En la colonización española de América , los bombachos o "forjas catalanas" formaban parte de la "autosuficiencia" en algunas de las misiones , encomiendas y pueblos . Como parte de las misiones franciscanas españolas en Alta California , las "forjas catalanas" en la Misión San Juan Capistrano de la década de 1790 son las instalaciones más antiguas de su tipo existentes en el actual estado de California . El letrero de los bombachos proclama que el sitio es "parte del primer complejo industrial del condado de Orange ".
La arqueología de Jamestown Virginia ( alrededor de 1610-1615 [ cita necesaria ] ) había recuperado los restos de un simple horno de floración de eje corto, probablemente destinado a ser otra "prueba de recursos" más como la de Vinland mucho antes. A los colonos ingleses de las Trece Colonias se les prohibía por ley fabricar; Durante un tiempo, los británicos intentaron ubicar la mayor parte de la artesanía calificada en lugares nacionales. De hecho, este fue uno de los problemas que llevaron a la revolución. [ cita necesaria ] Falling Creek Ironworks fue la primera en los Estados Unidos. Neabsco Iron Works es un ejemplo del primer esfuerzo de Virginia por formar una industria estadounidense viable.
La primera forja de hierro en la Pensilvania colonial fue la florería de Thomas Rutter cerca de Pottstown , fundada en 1716. [25] En Adirondacks , Nueva York, en el siglo XIX se construyeron nuevas florerías que utilizaban la técnica de explosión en caliente . [26]
La versión definitiva de este tipo de hogar floral sobrevivió en España hasta el siglo XIX.
Medios relacionados con Bloomeries en Wikimedia Commons