Etterklangsovn

En etterklangsovn er en ovn der varmen reflekteres (etterklang) av taket på ovnen. I denne typen ovner brennes drivstoffet (kull, gass, fyringsolje osv.) I et annet kammer enn det som er behandlet. Dette begrenser uønskede interaksjoner mellom forbrenningen og materialene som skal behandles.

Disse ovnene gamle prinsippet har vært forbedringer i XVIII th og XIX th  århundrer særlig å forbedre metallurgiske produksjonsmetoder. En av de første applikasjonene er pudding av støpejern , en viktig prosess for den første industrielle revolusjonen . Disse ovnene har vært, og blir brukt, i metallindustrien, keramisk avfyring og kjemikalier.

Historisk

Bruken av etterklangsovn er knyttet til behovet for å erstatte kullet til kull , rikelig og billigere. Imidlertid var de svoveldampene som plaget de som brukte kull, riktig forbundet med svoveljernets sprøhet. Den engelske metallurg John Percy , sporer bruk av flammeovn i metallurgi til et patent gitt av Jacques VI og jeg st Jean Rovenzon i 1613. Den henter rettighetene til et patent Simon Sturtevant, som ikke hadde klart å bringe ideen å realiseres:

“Det sies at Rovenzon 'praktiserte tilfredsstillende' det Sturtevant hadde lovet og ikke hadde holdt; men det er ingen bevis som støtter faktum. Den nye patentinnehaveren hadde komponert en avhandling av Metallica , "forskjellig fra den som ble utgitt av Simon Sturtevant på hans patent". Rovenzon ser ut til å være oppfinneren av “forstørrelsesovner; raffinaderibrann og utarbeidelse av fyrrom (sic), der "materialene som skal smeltes eller smides kan holdes atskilt fra drivstoffet"; og det beskriver tydelig etterklangskaminen. Han avslutter sin lille avhandling og kunngjør at “[…] denne nye oppfinnelsen (hans) [...] vil gi de“ samme resultatene med sjøkull og dens nye ovner, hvis det er en egnet fabrikk for å etablere ovnen der. ”. Oppfinnelsen han snakker om var sannsynligvis bruk av etterklangskomfyren ... ”

- John Percy, Komplett avhandling om metallurgi, t.  3 , s.  14-15

Begrepet etterklangsovn er nevnt i kjemien til traktater eller skulpturer fra det XVII -  tallet for å betegne en ovn for å smelte glasuret eller bryte ned stofflaboratoriet, der flammen ikke påføres direkte på produktets varme, men etterklang av et hvelv.

I metallurgi vises etterklangsovnen slik vi forstår den i dag i Storbritannia , og mer presist på grensen til Wales og England i den siste tredjedelen av XVII -  tallet . Fra det øyeblikket er det preget av skillet mellom varmeren og produktet som skal varmes opp, og av en høy skorstein som gjør at peisen kan aktiveres med naturlig trekk. Det foretrukne drivstoffet er kull . Den brukes både til utvinningsmetallurgi (reduksjon av kobber eller blymalm , raffinering av sølvbærende bly) og til omsmelting av jernsmelting (spesielt gamle våpen) for å produsere støpte gjenstander.

Den ble brukt i Frankrike for reduksjon av bly så tidlig som på 1730-tallet , sannsynligvis med en tre- sparken varmeapparat  ; de lavere temperaturene oppnådd på denne måten forklarer sannsynligvis hvorfor den ikke ble brukt til smelting på den tiden.

Fra 1750 var etterklangsovnen forbundet med koksblåsovner for å produsere store støpejernsdeler (artilleri, sylinderkropper) i fabrikker som Carron (Skottland) eller Bersham (Wales). I 1775 hentet den franske marinen en britisk smed, William Wilkinson , for å bygge en etterklangsovn for produksjon av støpejernsartilleri: dette skulle være Indret-støperiet . Ovner av samme type ble senere bygget i Ruelle , i Angoumois og i Creusot (Bourgogne).

grunnlov

Etterklangsovner har tatt forskjellige former. Den første var en forbedring av sjaktovner. De tillot bruk av drivstoff som tre som ga flammer. I primitive etterklangovner opptar flammene hele ovnens hulrom og materialene som skal varmes opp, plasseres i midten. Forbedringen av etterklangsovnen besto i å skille drivstoffene fra materialene som skulle varmes opp, og spesielt å utføre oppvarmingen på den ene siden av ovnen. Dermed skilles drivstoffene og materialene som skal varmes opp. I tillegg til å forbedre oppvarmingen, unngår dette å blande metalliske materialer med drivstoffene og derfor forurense eller modifisere metallet. Etterklangsovnen består derfor av en ildsted der drivstoffet blir brent, og et laboratorium hvor metallene eller mineralene plasseres.

Konstitueringen av en flammeovn av XVIII th til XIX th  århundre

En etterklangsovn består av følgende:

Varmen som oppstår ved forbrenningen passerer over alteret, passerer gjennom laboratoriet etter hvelvet og evakueres deretter av ranken og skorsteinen.

Nett

Risten er bare til stede i ovner som bruker fast drivstoff: kull , tre. Den støtter drivstoffet. Avstanden mellom stengene og formene gjør at asken kan strømme inn i den nedre delen som kalles askebeger, hvor det vil være enkelt å fjerne dem. Dette rommet tillater også luftsirkulasjon.

Grillene kan være vannrette, skrå eller tråkket. Det horisontale rutenettet har den store ulempen ved diskontinuerlig manuell lasting. "Driveren" må åpne den gammeldags måten å laste ovnen på. Denne åpningen får ovnen til å avkjøles. Grüner nevner et sammenligningseksperiment mellom drift av en ovn av forskjellige operatører. Resultatet viser en 25% forskjell i drivstofforbruk mellom de forskjellige operatørene. De skrå eller trinnvise ristene kan mates automatisk av en anordning plassert utenfor ovnen slik at kullet kan strømme av tyngdekraften eller ved handling av en person.

Alteret

Alteret er veggen som skiller gulvet (og derfor materialene som skal behandles) fra drivstoffet. Noen ganger er det en viss tvetydighet med hensyn til den eksakte definisjonen av denne delen. Gaspard Monge i sitt arbeid med produksjon av kanoner definerer det som: "... den delen av ovnen som massen av metallet er plassert på" og ikke som separasjonen. Grüner kaller det i sin avhandling om metallurgi broen eller det store alteret . Den alter (eller den lille bro ) er en liten demning som skiller sålen fra utbredt. Denne separasjonen eksisterer i tilfelle der sålen er konkav og dermed forhindrer at det flytende metallet strømmer inn i rampen.

Alteret er utsatt for høye temperaturer, derfor er det laget av ildfaste materialer . Den kan valgfritt utstyres med kjøleinnretninger. Høyden avhenger av bruken. Når vi ønsker å beskytte metallet fra flammen og dermed unngå en kjemisk handling som vil modifisere dens natur, blir den bygget høyere. Men på den annen side mister ovnen sin brennende effektivitet.

Såle

Herdet er også laget av ildfaste materialer. Dens natur, form og dimensjoner avhenger nøye av bruken av ovnen.

For pudding, fra 1818 , er sålen laget av støpejern avkjølt av sirkulerende vann. Den er dekket med basisslagg som forbedrer raffinering av støpejernet.

Bunnen er flat når ovnen bare brukes til oppvarming. Den er hul (eller konkav) når ovnen er beregnet på å smelte metall. Formen kan være rektangulær hvis operatøren ikke har noe å gjøre under oppvarming eller oval hvis han må gripe inn (tilfelle av puddingovner).

I noen tilfeller brukes restvarmen etter ildstedet ved å utstyre ovnen med andre ildsteder eller ved å føre strømmen gjennom dampkjeler.

Hvelvet

Bruk i metallurgi

Etterklangsovnen kan brukes til flere typer operasjoner, for eksempel steking (oppvarming av fast stoff som malm ), etteroppvarming eller smelting.

Stålindustri

I stål , ble det flammeovn brukes i hele XIX th  tallet i fremgangsmåten dammer , som transformerer gris jernet virker på en metall oppvarmes for å bli deigaktig. Prosessen er forlatt på begynnelsen XX th  -tallet, da omformere tillate både ved fremstillingen av det smeltede stål.

På begynnelsen av XX th  århundre, Siemens-Martin prosessen vises. Det gjør det mulig å raffinere det smeltede jernet, slik at det kan produseres stål av god kvalitet. I 1950 ble over halvparten av verdens stål produsert ved denne prosessen, som forsvant på 1980-tallet da oksygenomformeren ble utbredt.

Metallurgi av ikke-jernholdige metaller

Etterklangsovnen brukes både til steking og til smelting av malmen. I sistnevnte rolle konkurrerer han med masovnen . Det tillater faktisk smelting av veldig fin malm, slik som fra malmanrikningsanlegg, uten å bli dratt av gassene. Siden slutten av det XX th  -tallet, på grunn av miljømessige begrensninger, den flammeovn gradvis forsvinner, erstattes av andre metoder som for eksempel flash-smelting .

Trådnett

Etterklangsovnen er spesielt egnet for steking av pulverformige materialer, som vil bli ført med av gasstrømmen hvis de ble behandlet i en skaftovn, og også fordi deres permeabilitet er utilstrekkelig. Men hvis metoden førte til slutten av XIX -  tallet, var den allerede foreldet i begynnelsen av XX -  tallet. Faktisk er kontakten mellom den varme og oksiderende atmosfæren relativt svak, ristingen er langsom og ufullstendig, selv om lasten regelmessig returneres.

Steking i flammeovn er å ekspandere på ovnen et lag av 8 til 10  cm tykk, og den brygg (for hånd XIX th  århundre, og deretter automatisk ved begynnelsen av det XX th  -tallet, som i ovnen Edwards). Ettersom bare det øverste laget er utsatt for oksidativ steking, er det nødvendig med håndspading eller mekanisk raking , men dette er ofte utilstrekkelig for å oppnå rask og fullstendig steking. I tillegg blir gassene som stammer fra brenningen (svovelholdig gass, sinkoksider  osv. ) Ikke kraftig utvist fra materialet og har en tendens til å forbli i mellomrommene mellom kornene (ved adsorpsjon ), noe som straffer utviklingen. . Imidlertid er dette fenomenet mye mindre straffende i etterklangsovner enn i andre prosesser (akselovn, steking i bås eller hauger  osv. ) Siden gassene forlater ladningen raskere. På grunn av sin fleksibilitet er etterklangsovnen, som tillater temperaturkontroll uavhengig av oksidasjonsgraden, et populært verktøy for avsvovling av malm.

Etterklangovner er fortsatt funksjonshemmede av deres dårlige termiske effektivitet. For å forbedre den og lette tilgangen til lasten, er bunnen av grillovnene lang og smal. I det XIX th  århundre, er det i det minste 10 meter lang og mer enn 2 meter bred. Det er to områder: varmeområdet, i nærheten av brannbroen (eller alteret) og laboratorieområdet, der materialet varmes opp sakte, som er 15 til 20 ganger større. Materialene skyves langs ildstedet, fra skorsteinen mot ildstedet. For å lette bevegelsen deres er gulvet derfor noen ganger skrått eller designet for kaskadestrøm (hylleovn). For å ha et oksiderende rutenett økes luftinntakene. Den kalde luften, mer tett, sirkulerer under røykene, i kontakt med ladningen den oksyderer. Men hvis vi har tenkt å behandle røykene (for eksempel for å gjenvinne svovelet), må overflødig luft begrenses. I dette tilfellet må den hyppige vendingen av produktet spredt på ildstedet gjøres mekanisk, ellers forårsaker tilgang til lasten tilbakevendende luftinntak. Mange systemer er blitt foreslått, fra ovner med skrå hyller der lasten kaskader ( Hasenclever  ovner (de) ) til ovner utstyrt med mekaniske ristesystemer.

Som de fleste stekeprosesser bør sintring unngås for å muliggjøre enkel materialhåndtering. Men for steking av blymalm er det vanlig at sintring eller til og med smelting utføres i samme ovn.

Smelting av kobber eller nikkelmalm til matt

På begynnelsen av XXI -  tallet smeltet blitsen over 60% av kobberproduksjonen. Det er viktig foran etterklangsovnen, først og fremst på grunn av økologiske hensyn, deretter på grunn av energibesparelsene den tillater. Under oljesjokket i 1973 erstatter det det definitivt.

Ettersom etterklangsovnen hovedsakelig forbrenner hydrokarboner , smelter den i et medium fattig med fritt oksygen. Den matte er svakt oksydert, og derfor inneholder lite kobber, mellom 40 og 50%. Utbyttet er lavt fordi badet er lite urolig, varmeutvekslingen er mindre effektiv. På den annen side er skillet mellom metallet og slaggen god: slaggen, som inneholder mindre enn 0,6% kobber, behandles ikke på nytt. Til slutt er røykene fra forbrenningen av hydrokarboner rikelig og inneholder mindre enn 1% SO 2 : denne konsentrasjonen er for lav til å sikre økonomisk avsvovling, og for høy til å frigjøres i atmosfæren.

På begynnelsen av XXI -  tallet overlever etterklangsovnen bare i noen få fabrikker. Således, av de 30 etterklangsovnene som opererte i 1984, er det bare 10 som fortsatt fungerer i 2002. Den brukes til å smelte kobbermalm, muligens inneholdende sink, til matt. En slik ovn er omtrent 40  m lang, og er i det vesentlige bygget med sure ildfaste stoffer (basert på silika). Den er utstyrt med en gjenvinningskjel varme, i stand til å gjenvinne 35 til 50% av den varme fra røkgasser som unnviker fra ovnen ved 1200  ° C . Den dårlige termiske effektiviteten til etterklangsovnen kompenseres av det faktum at den er fornøyd med praktisk talt hvilket som helst drivstoff. Men “en stor ulempe gjør bruken av slike ovner umulig i et stort antall bebodde regioner: det er det enorme volumet av røyk som produseres både ved forbrenningen og ved oksidasjon av sulfider. Støving av røyk er dyrt og ofte ufullstendig på grunn av volumet. De inneholder SO 2- gassforurensende stoff, men i for lav konsentrasjon til å produsere svovelsyre ” . For eksempel er skorsteinen til etterklangsovnene på Hudson Bay Mining and Smelting Co  (en) , i Flin Flon , 250  m høy.

En typisk konfigurasjon av en etterklangsovn til slutten av XX -  tallet er den som ble brukt i støperi Onahama ( Japan ): 2 ovn 9,73 x 33,55 x 3,69 m og 11,1 x 33,27 x 4,0 m produserer 1000 tonn per dag matt med 43% kobber, og den samme slaggen, med 0,6% kobber. Disse ovnene mates med konsentrert kobbermalm og Peirce-Smith omformerslagg i tilsvarende mengde. Gassen blir avsvovlet i en enhet som produserer gips .

Nåværende og fremtidig utvikling

De blitz ovn som sikrer, ved begynnelsen av XXI th  århundre, 50% av verdens produksjon kobber og 30% av nikkelproduksjon, er en direkte videreutvikling av ovnen lampen.

Merknader og referanser

Merknader

  1. Steking av svovelholdige blymalmer er kompleks. Hvis oksidasjonen er for kraftig, dannes bly (II) sulfat (PbSO 4 )), som er smeltbar og knapt oksiderbar. Deretter reduseres det ved å blande det med et karbonholdig materiale ( koks , kull ,  etc. ): PbSO 4 (s) + C (s) → PbO (s) + SO 2 (g) + CO 2 (g). Denne metoden som består av vekslende oksiderende og reduserende oppvarming, gjør det også mulig å kvitte seg med arsen og sink som er tilstede i malmen.

Referanser

  1. p.  31; 100; 106-107
  2. s.  83
  3. s.  115
  4. s.  32
  5. s.  120-121; 128-132
  6. s.  109
  7. s.  113-114
  1. John Percy ( oversatt  oversettelse overvåket av forfatteren), Complete Treaty of Metallurgy , t.  3, Paris, Polytechnic library of Noblet et Baudry editor,1865( les online )
  2. [PDF] (en) “  historiske gjennomgang av luft utslipp fra smelteoperasjoner  ” , SARA Group,Januar 2008, s.  3-6; 3-7
  3. Jacques Corbion ( pref.  Yvon Lamy), Le Savoir ... jern - Ordliste over masovnen: Språket ... (velsmakende, noen ganger) av jernmennene og støpejernssonen, fra gruvearbeideren til ... koks gårsdagens og dagens tre , 5,2003[ detalj av utgaver ] ( les online ) , §  Grillage
  4. (i) Janne Mr. Korhonen og Liisa Välikangas , "  Begrensninger og oppfinnsomhet: Saken om Outokumpu og utviklingen av flashsmelting i kobberindustrien  " [PDF]
  5. (no) William GI Davenport , Matthew J. King , Marc E. Schlesinger og AK Biswas , Extractive Metallurgy of Copper , Oxford / New York / Tokyo, Elsevier ,2002, 4 th  ed. , 432  s. ( ISBN  0-08-044029-0 , leses online ) , s.  403-405
  6. Pierre Blazy og El-Aid Jdid , "Pyrometallurgi og elektro-raffinering av kobber - Pyrometallurgi" , i ingeniørteknikker , tekniske tekniske utgaver ,10. desember 2001( les online )
  7. [PDF] (in) "  Outokumpu Flash Smelting  " , Outokumpu
  8. (i) Paul E. Queneau og Samuel W. Marcuson , "  Oxygen Pyrometallurgy at Copper Cliff A Half Century of Progress  " , The Minerals, Metals & Materials Society ,1996( les online )

Bibliografi

<img src="https://fr.wikipedia.org/wiki/Special:CentralAutoLogin/start?type=1x1" alt="" title="" width="1" height="1" style="border: none; position: absolute;">