Uzer. Iron. Ijzer en ijzerconstructies. drs. ing. D. J. de Vries 1. Inleiding UDC69J.71

Transcriptie

1 UDC69J.71 Iron Ijzer en ijzerconstructies drs. ing. D. J. de Vries 1. Inleiding 'Als

2 IJzer geforceerde luchtstroom uit blaasbalgen van huiden wordt de inhoud langzaam op temperatuur gebracht. Vanaf C komt de reductie op gang (Fe,O, + CO geeft Fe0 + CO,). Houtskool heeft in dit proces meerdere functies; door verbranding levert het de vereiste temperatuur, waarbij tevens CO-gas vrijkomt, dat als reducerend middel werkzaam is. Daarnaast levert de uit houtskool afkomstige koolstof een onmisbare bijdrage aan de struktuurverbetering van het ijzer. Lager in de oven is de temperatuur maximaal C en vormt zich zuiver metaal (Fe0 + CO geeft Fe + CO,). Bij een temperatuur van 1250 o C kan ijzer niet smelten, want daarvoor is een temperatuur van ca o C nodig. Het enige dat smelt, zijn de aard-achtige elementen die een vloeibare slakkenbrij vormen, waarin de ijzerdeeltjes naar onderen zakken en tot een deeg-achtige klomp (wolf, loep) samenkitten. Op die manier wordt in ca. 5 uur een wolf gevormd, die door de smid net zo lang behamerd moet worden tot alle slak er uit gedreven is. Het ijzer, dat aldus ontstaat, is vrij zuiver (ferritisch) en bevat zeer weinig C (koolstof). In een koolstofrijke omgeving - zoals in de oven het geval is - kan ijzer aan het oppervlak koolstof opnemen vanaf een temperatuur van ca. 910 C; dit proces wordt ook wel carboneren genoemd. De eigenschappen van ijzer worden in belangrijke mate bepaald door het element 3. Het verband tussen koolstof(c)% en resp. treksterkte, rek en hardheid (v.l.n.r.) koolstof. Bij een toenemend koolstofgehalte wordt ijzer (staal) harder en sterker maar ook brosser en daarmee minder rekbaar afb. 3. De kennis over de rol van koolstof was tot de 18de eeuw niet bekend; de smid beheerste het proces vanuit ervaring, waarbij de natuurlijke kwaliteit van erts en brandstof ook belangrijk waren voor de eigenschappen van het eindprodukt. Vóór de jaartelling waren Europese smeden al op de hoogte van het carboneren en konden de eigenschappen van het staal doen variëren door korter of langer te verhitten bij een hoge temperatuur in een koolstofrijke omgeving. Zo ontstonden plakken met een verschillend koolstofgehalte die aaneen werden gesmeed. Op die manier kon een voorwerp ontstaan, bijvoorbeeld een bijl, met een hard oppervlak en een relatief taaie kern; dit proces noemt men bundelen. Het werd nog tot in de 19de eeuw door smeden toegepast afb. 4. Veel steenbeitels waren tot het begin van deze eeuw ingelegd, dat wil zeggen dat op de ijzeren beitel een stalen snijkant geweld werd. Vanaf een zekere hoeveelheid (enkele tienden van procenten) kan koolstofhoudend smeedijzer in gehard staal veranderd worden door het plotseling af te koelen -te schrikken - in water. De eerste geschreven vermelding van dit proces is afkomstig van de monnik Theophilus, die omstreeks 1100 het fabriceren van stalen vijlen RVblad 01-2 beschrijft. Tegenwoordig wordt al het ijzer met een laag koolstofgehalte staal genoemd, ook als het niet is gehard. In de middeleeuwen was staal ongeveer zes.maal duurder dan het gewone smeedijzer, dat vrijwel geen koolstof bevatte. Het bundelen werd dus niet alleen vanuit een technisch oogmerk toegepast, maar bracht kennelijk ook financiële voordelen met zich mee. In de 14de eeuw werd vanuit de schachtoven de zogenaamde hoogoven ontwikkeld, waarschijnlijk voor het eerst in de Harz en niet lang daarna ook in andere delen van Noordwest-Europa. Deze hoge ovens zijn mogelijk, omdat men in die tijd al beschikking had over blaasbalgen die door middel van waterkracht werden aangedreven; ook smeedhamers en ertsbrekers konden op het mechanisme van watermolens worden aangesloten. In die tijd werd overal intensief 4. Doorsnede van smeedgzeren staaf (62 x 75 mm) samengesteld door bundeling van acht kleinere staven (foto RDMZ)

3 naar ijzererts gezocht om, wat de ijzerproduktie betreft, niet afhankelijk van andere, eventueel vijandige, gebieden te zijn. Als brandstof werd

4 nagels

5 8. Smeedijzeren sierankers uit Delft, van na de stadsbrand van 1536; l en 8 uit ca, 1615 versiering, vaak C i)» S?

6

7 de 18de eeuw diverse oventypen bekend voor hersmelting

8

9 IJzer RVblad 01-9 in plaats van houtskool. De Coalbrookdale Comp. moet in 1791 een mogelijk vergelijkbare brug naar Nederland geëxporteerd hebben; helaas weten we niet waar die terecht gekomen is. De oudste bekende gietijzeren bruggen in Nederland dateren uit het tweede kwart van de 19de eeuw en hebben doorgaans niet zo n grote overspanning. In de Bouwkundige Bijdragen van 1847 wordt door de architekt L. Looman een beschrijving gegeven van een gietijzeren ophaalbrug te Goor, die in 1845 door de fa. Nederburgh, Nering-Bögel & Comp. te Deventer gegoten is. Dit zou het eerste exemplaar van zo n type brug zijn, vijf jaar nadat de eerste Franse gietijzeren ophaalbrug over de Lyse Estaires werd gebouwd. Spoedig daarna zien we overal in ons land dergelijke bruggen verschijnen, in Alphen aan den Rijn in 1846, te Schiedam in 1849, en een dubbele te Dordrecht, waarvan de gietijzeren priemen in 1855 braken door de schok waarmee de brug werd neergelaten. Over de gracht in de Voorstraat te Delft werd in 1869 een witgeschilderd voetgangersbrugje van gietijzer gelegd. Een iets ouder voorbeeld bevindt zich te s-gravenhage aan de Boomsluiterskade. Net boven het verhoogde brugdek kan gelezen worden: L. J. ENTHOVEN & C TE S HAGE Tot even na het midden van de 19de eeuw, zal men voor onderdelen die op druk belast worden, bij voorkeur gietijzer nemen; gietijzer was per gewichtseenheid twee maal zo goedkoop als smeedijzer. Een balk van smeedijzer kan echter half zo zwaar zijn als een balk van gietijzer met dezelfde overspanning, omdat smeedijzer een aanzienlijk hogere treksterkte heeft. Wat de kosten betreft maakte het tot niet zo veel uit of men voor dit doel smeed- of gietijzer gebruikte, omdat smeedijzer tot die tijd ongeveer twee keer zo duur was. Vanaf ca. i860 is smeedijzer voordeliger (Bessemer staal) en zal gietijzer alleen voor specifieke doeleinden gebruikt worden, vooral wanneer het onderdelen met een wat moeilijker vorm betreft. In dergelijke gevallen kon met behulp van één set mallen een vrijwel onbeperkt aantal afgietsels gemaakt worden. Deze produkten werden vaak als imitatie natuursteenwerk verkocht, bijvoorbeeld standbeelden die na het schilderen met zand bestrooid werden, waardoor ze van zandsteen leken te zijn. Rond 1800 zijn er gebouwtypen waarbij - om verschillende redenen - ijzer een belangrijke rol als constructiemateriaal gaat spelen: de broeikas en het fabrieksgebouw. Broeikassen (wintertuinen) werden gebruikt voor het opslaan van palmen en andere niet-wintervaste planten. De tropische hitte binnen de oudere houten kassen deed de draagstruktuur al snel wegrotten; ijzer bleek beter tegen deze extreme omstandigheden bestand te zijn. In de eerste kassen werd veel gietijzer verwerkt, namelijk voor kolommen, gootbalken en dakspanten. De Engelse (landschaps/tuin)-architekt J. C. Loudon deed omstreeks 1816 al pogingen kassen te maken met boogvormige draagkonstrukties, waarbij de wand en het dak één doorlopend ijzer/glasgewelf vormden. De tuinier J. Paxton bouwde in het absolute hoogtepunt in deze traditie: het Crystal Palace, een expositiegebouw voor de wereldtentoonstelling van 1851 te Londen. Het ontwerp voor het gebouw met een grondoppervlak van 124 x 563 meter werd hem gegund. In enkele maanden tijds moest de produktie van alle onderdelen georganiseerd worden: 3500 ton gietijzer en ft2 glas, hetgeen % van de gehele Britse jaarproduktie was. Een dergelijk, maar dan veel kleiner, expositiegebouw van ijzer en glas heeft ook in Nederland gestaan, namelijk het in 1861 door C. Outshoorn gebouwde Paleis voor Volksvlijt te Amsterdam (zie afb. 17). Restaurants kregen in de tweede helft van de vorige eeuw ook wel eens zogenaamde wintertuinen. In Amsterdam bijvoorbeeld café-restaurant Roetemeyer in 1876 en Krasnapolsky in Paleis voor Volksvlijt te Amsterdam van C. Outshoorn 185% 64 (foto RDMZ, z.j.) RDMZ RV 1985/1-54

10 De ontwikkeling van de broeikasbouw

11 RVbladOl-ll verscheept. Deze torens werden opgebouwd uit segmenten van elk ongeveer l m 2, die door middel van bouten

12

13 wanneer die atmosfeer door zwaveldioxide (SO 2 ) verontreinigd is.

14 reinigingsgraad. Daarna

15 De bekendste kunstmatige cement is

16 volledig te belasten, hetgeen zonder enige scheurvorming

17 Iron making