Utánhangzó kemence

A zengető kemence olyan kemence, ahol a hőt a kemence teteje visszaverte (visszaverte). Az ilyen típusú kemencében az üzemanyagot (szenet, gázt, fűtőolajat stb.) A kezelt anyagok kamrájától eltérő kamrában égetik el. Ez korlátozza az égés és a kezelendő anyagok közötti nemkívánatos kölcsönhatásokat.

Ezek a kemencék ősi elvei a XVIII . És XIX .  Század fejlesztései voltak, nevezetesen a kohászati ​​feldolgozási módszerek javítása érdekében. Az egyik első alkalmazások a puddling az öntöttvas egy lényeges folyamat az első ipari forradalom . Ezeket a kemencéket a kohászati ​​iparban, kerámiaégetésben és vegyszerekben használták és használják .

Történelmi

Használata reverberatory kemence kapcsolódik, hogy cserélni kell a faszén a szén , bőséges és olcsóbb. Azonban a kéntartalmú gőzök, amelyek zavarták a szenet használókat, joggal társultak a vas kén általi megkönnyebbüléséhez. Az angol kohász John Percy nyomait használata reverberatory kemence kohászat egy szabadalom által nyújtott Jacques VI I st Jean Rovenzon 1613-ban azt beolvassa a jogait a szabadalom Simon Sturtevant, aki nem hozza azt az elképzelést, hogy gyümölcsét:

„Azt mondják, hogy Rovenzon„ kielégítően gyakorolta ”azt, amit Sturtevant megígért és nem tartott be; de nincs bizonyíték a tény alátámasztására. Az új szabadalmazott a Metallica traktátusát állította össze , "amely eltér a Simon Sturtevant által a szabadalmán közzétettől". Úgy tűnik, hogy Rovenzon a „nagyító kályhák; finomítói tüzek és különálló kazánházak [sic], amelyekben "az olvasztandó vagy hamisítandó anyagokat külön lehet tartani az üzemanyagtól"; és világosan leírja az utólagos kályhát. Befejezi kis dolgozatát, és kijelenti, hogy „[...] ez az új találmány (az ő) […] ugyanezeket az eredményeket hozza el tengeri szénnel és új kemencéivel, ha megfelelő gyár áll rendelkezésre ott a kemence létrehozására”. A találmány, amelyről beszél, valószínűleg az utólagos kályha használata volt ...

- John Percy, Teljes traktátus a kohászatról, t.  3 , p.  14-15

A visszhangzó kemence kifejezést a XVII .  Századi szerződések vagy szobrászat kémiája említi, hogy a máz megolvasztására vagy az anyagok lebontására szolgáló kemencét jelölje, ahol a lángot nem közvetlenül a termék hőjére alkalmazzák, hanem egy boltozat visszhangozza.

A kohászatban az általunk értett visszaverő kemence Nagy-Britanniában , pontosabban Wales és Anglia határán , a XVII .  Század utolsó harmadában jelenik meg . Ettől a pillanattól kezdve a fűtőelem és a fűthető termék közötti elválasztás és egy magas kémény jellemzi a kandalló természetes huzat általi aktiválását. Az előnyben részesített tüzelőanyag a kőszén . Mind az extraktív kohászatban ( réz- vagy ólomércek redukciója , az ezüsttartalmú ólom finomítása), mind a vasolvasztás (különösen a régi fegyverek) újraolvasztására szolgál formázott tárgyak előállítására.

Ezt használták Franciaországban csökkentésére irányuló vezethette már a 1730-as , valószínűleg egy fa- tüzelésű fűtőberendezés  ; az így kapott alacsonyabb hőmérsékletek valószínűleg megmagyarázzák, miért nem használták fel olvadáshoz abban az időben.

Től 1750 , a visszhang kemencét társított koksz nagyolvasztók , hogy nagy öntöttvas alkatrészek (tüzér, henger szerveket) gyárak, mint például Carron (Skócia) vagy Bersham (Wales). A 1775 , a francia haditengerészet hozott egy brit kovács, William Wilkinson , hogy építsenek egy visszhangot kemence gyártására öntöttvas tüzérségi: ez volt az a Indret öntödei . Utána ugyanolyan típusú sütőket építettek Ruelle- ben, Angoumois-ban és Creusot-ban (Burgundia).

Alkotmány

Az utólagos sütők különféle formákat öltöttek. Az első a tengelykemencék fejlesztése volt. Megengedték olyan tüzelőanyagok használatát, mint a fa, amely lángot termelt. A primitív visszaverő kemencékben a lángok elfoglalják a kemence teljes üregét, és a melegítendő anyagokat középre helyezik. A visszhangzó kemence fejlesztése abból állt, hogy a tüzelőanyagokat elválasztották a melegítendő anyagtól, és különösen a kemence egyik oldalán végzett fűtést hajtották végre. Így az üzemanyagok és a melegítendő anyagok elválnak. A fűtés javítása mellett ez elkerüli a fémes anyagok keveredését az üzemanyagokkal, és ezáltal a fém szennyezését vagy módosítását. A visszhangzó kemence tehát egy tűzhelyből áll, ahol az üzemanyagot elégetik, és egy laboratóriumból, ahol a fémeket vagy ásványi anyagokat helyezik el.

Alkotmány egy reverberatory kemence a XVIII -én a XIX th  században

A visszhangzó kemence a következőkből áll:

Az égés által létrehozott hő áthalad az oltáron, átmegy a boltozatot követő laboratóriumon, majd a kúszónövény és a kémény kiüríti.

Rács

A rostély csak szilárd tüzelőanyagokat használó kemencékben van: szén , fa. Támogatja az üzemanyagot. A rudak távolsága és alakja lehetővé teszi a hamu áramlását a hamutartónak nevezett alsó részbe, ahol könnyű lesz eltávolítani őket. Ez a tér lehetővé teszi a légáramlást is.

A rácsok lehetnek vízszintesek, ferdeek vagy lépcsősek. A vízszintes rácsnak nagy hátránya a szakaszos kézi terhelés. A "sofőrnek" meg kell nyitnia a sütő betöltésének régi módját. Ez a nyílás a sütő lehűlését eredményezi. Grüner összehasonlító kísérletet említ a kemence különböző üzemeltetők általi működtetése között. Az eredmény 25% -os különbséget mutat az üzemanyag-fogyasztásban a különböző üzemeltetők között. A ferde vagy lépcsős rácsokat a kemencén kívül elhelyezett eszköz automatikusan táplálja, amely lehetővé teszi a szén gravitációval vagy egy ember cselekedetével történő áramlását.

Az oltár

Az oltár az a fal, amely elválasztja a padlót (és ezért a kezelendő anyagokat) az üzemanyagtól. Néha kétértelműség merül fel a rész pontos meghatározását illetően. Gaspard Monge az ágyúgyártásról szóló munkájában a következőképpen határozza meg: "... a kemence azon része, amelyre a fém tömege kerül", és nem elválasztásként. Grüner a kohászatról szóló értekezésében a hídnak vagy a nagy oltárnak nevezi . Az oltár (vagy a kis híd ) egy kis gát, amely elválasztja a talpát a tombolótól. Ez a szétválasztás abban az esetben áll fenn, ha a talp homorú, és így megakadályozza a folyékony fém beáramlását a rámpába.

Az oltár magas hőmérsékletnek van kitéve, ezért tűzálló anyagokból készül . Opcionálisan hűtőeszközökkel is felszerelhető. Magassága a használatától függ. Ha meg akarjuk védeni a fémet a lángtól, és így elkerüljük a kémiai hatást, amely megváltoztatná a természetét, akkor az magasabbra épül. De másrészt a sütő elveszíti fűtőhatékonyságát.

Egyetlen

A kandalló szintén tűzálló anyagokból készül. Jellege, alakja és méretei nagymértékben függenek a sütő használatától.

A tócsáláshoz 1818- tól kezdve a talpa keringő vízzel hűtött öntöttvasból készül. Alap salak borítja, amely javítja az öntöttvas finomítását.

Az alja lapos, ha a sütőt csak újramelegítésre használják. Üreges (vagy konkáv), ha a kemencét fémolvasztásra szánják. Az alak lehet téglalap alakú, ha a kezelőnek nincs teendője fűtés közben, vagy ovális, ha közbe kell lépnie (tócsás kemencék esete).

Bizonyos esetekben a maradék hőt a kandalló után használják fel azzal, hogy a kemencét más kandallókkal látják el, vagy a fluxust gőzkazánokon vezetik át.

A széf

Használat kohászatban

A visszhangzó kemence többféle művelethez használható, például pörköléshez (szilárd anyag melegítése, például ércek ), újrahevítéshez vagy olvasztáshoz.

Acélipar

Az acél , a reverberatory kemencét használják szerte a XIX edik  században a módszer puddling , amely átalakítja a sertés vas dolgozik egy fém felmelegítjük, hogy pépes. A folyamatot a XX .  Század elején felhagyják , amikor a konverterek lehetővé teszik mind az olvadt acél elkészítését.

A XX .  Század elején megjelenik a Siemens-Martin folyamat . Lehetővé teszi az olvadt vas finomítását , jó minőségű acél előállítását lehetővé téve. 1950-ben a világ acéljának több mint a felét állították elő ezzel a folyamattal, amely az 1980-as években eltűnt, amikor az oxigénátalakító elterjedt.

Színesfém kohászat

A visszhangzó kemencét pörkölésre, valamint az érc megolvasztására használják. Ez utóbbi szerepben a kohóval versenyez . Valójában lehetővé teszi nagyon finom, például ércdúsító üzemekből származó ércek olvasztását anélkül, hogy a gázok magával ragadnák. A XX .  Század vége óta a környezeti korlátok miatt az utólagos kemence fokozatosan eltűnik, helyébe más módszerek, például a gyorsolvasztás lépnek .

Dróthálót

A visszhangzó kemence különösen alkalmas por alakú anyagok pörköléséhez , amelyeket a gázáram továbbvinne, ha ezeket aknakemencében kezelnék, és azért is, mert áteresztőképességük nem megfelelő. De ha a módszer a XIX .  Század végéhez vezetett , akkor már a XX .  Század elején elavult volt . Valóban, a forró és az oxidáló atmoszféra közötti kapcsolat viszonylag gyenge, a pirítás lassú és hiányos, még akkor is, ha a terhelést rendszeresen visszatérítik.

Pörkölése a reverberatory kemence bővíteni A sütő egy réteg 8 a 10  cm vastag, és a sört (kézzel XIX th  században, majd automatikusan elején a XX th  században, mint a sütőben Edwards). Mivel csak a felső réteget tesszük oxidatív pörkölésnek, kézi lapátolás vagy mechanikus gereblyézés szükséges, de ez gyakran nem elegendő a gyors és teljes pörkölés eléréséhez. Ezenkívül a pörkölés során keletkező gázokat (kénes gáz, cink-oxidok  stb. ) Nem eresztik ki erőteljesen az anyagágyból, és hajlamosak a szemcsék közötti terekben maradni ( adszorpcióval ), ami hátráltatja az előrehaladást. . Ez a jelenség azonban sokkal kevésbé káros a visszhangzó kemencékben, mint más folyamatokban (aknakemence, pörkölés bódékban vagy cölöpökben  stb. ), Mivel a gázok gyorsabban távoznak a töltésből. Rugalmassága miatt a reverberációs kemence, amely lehetővé teszi az oxidáció mértékétől független hőmérséklet-szabályozást, népszerű eszköz az ércek kéntelenítéséhez.

A visszhangzó kemencék továbbra is hátrányosak a rossz hőhatékonyságuk miatt. Javítása és a rakományhoz való hozzáférés megkönnyítése érdekében a grillező kemencék alja hosszú és keskeny. A XIX .  Században legalább 10 méter hosszú és több mint 2 méter széles. Két terület van: a fűtési terület, a tűzoltó híd (vagy oltár) közelében, és a laboratóriumi terület, ahol az anyag lassan felmelegszik, ami 15-20-szor nagyobb. Az anyagokat a kandalló mentén tolják, a kéménytől a kandalló felé. Mozgásuk megkönnyítése érdekében a padló ezért néha ferde, vagy kaszkádáramláshoz van kialakítva (polckemence). Az oxidáló rács érdekében a levegő beömlőnyílása megnövekszik. A sűrűbb hideg levegő a füst alatt kering, érintkezve az általa oxidált töltettel. De ha a füstöt kezelni kívánjuk (például a kén visszanyerésére), akkor a levegő feleslegét korlátozni kell. Ebben az esetben a terméknek a kandallóra történő gyakori fordítását mechanikusan kell elvégezni, különben a teherhez való hozzáférés visszatérő levegőbemeneteket okoz. Számos rendszert javasoltak, a ferde polcú sütőktől  , amelyekben a teher lépcsőzetes ( Hasenclever kemencék (de) ), a mechanikus rácsos rendszerű kemencékig.

A legtöbb pörkölési folyamathoz hasonlóan, az anyag könnyű kezelhetősége érdekében kerülni kell a szinterelést . De az ólomércek pörköléséhez gyakran előfordul, hogy a szinterelést vagy akár az olvasztást ugyanabban a kemencében hajtják végre.

A réz vagy nikkelérc olvasztása mattra

A XXI .  Század elején a vaku olvadt a réztermelés több mint 60% -áért. Elengedhetetlen a visszhangzó kemence előtt, először ökológiai szempontok miatt, majd az általa megengedett energiamegtakarítás miatt. Az 1973-as olajsokk során végérvényesen kiszorítja.

Mivel a visszhangzó kemence főleg szénhidrogéneket éget , szabad oxigénben szegény közegben olvad meg. A matt kissé oxidálódik, ezért kevés rézet tartalmaz, 40-50% között van. A hozam alacsony, mivel a fürdő kevéssé izgatott, a hőcserék kevésbé hatékonyak. Másrészt a fém és a salak közötti elválasztás jó: a 0,6% -nál kevesebb rézet tartalmazó salakot nem dolgozzák fel újra. Végül a szénhidrogének elégetéséből származó füstök bőségesek és kevesebb mint 1% SO 2 -ot tartalmaznak : ez a koncentráció túl alacsony a gazdaságos kéntelenítés biztosításához, és túl magas ahhoz, hogy a légkörbe kerüljön.

A XXI .  Század elején csak néhány gyárban maradt fenn a visszhangzó kemence. Így az 1984-ben működő 30 visszaverő kemencéből 2002-ben még csak 10 működik. Ezt az esetleges cinket tartalmazó rézércek mattra olvasztására használják. Egy ilyen kemence körülbelül 40  m hosszú, és főként savas tűzálló anyagokkal (szilícium-dioxidon alapul) épül. Visszanyerő kazánhővel van ellátva, amely képes a hő 35-50% -át visszanyerni füstgázokból, amelyek 1200  ° C-on távoznak a kemencéből . A visszhangzó kemence gyenge hőhatékonyságát kompenzálja az a tény, hogy szinte minden üzemanyaggal elégedett. De „egy fő hátrány miatt az ilyen kemencék használata sok lakott régióban lehetetlenné válik: ez a hatalmas füstmennyiség, amelyet mind az égés, mind a szulfidok oxidációja hoz létre. A füst elszívása drága és mennyiségük miatt gyakran hiányos. SO 2 gázt tartalmaznakszennyező, de túl alacsony koncentrációban ahhoz, hogy kénsavat termeljen ” . Például a Flin Flonban található Hudson Bay Mining and Smelting Co  (en) zengető kemencéinek kéménye 250  m magas.

A reverberátor kemence tipikus elrendezése a XX .  Század végéig az Onahama ( Japán ) öntödében használtaké : 2 kemence 9,73 x 33,55 x 3,69 m és 11,1 x 33,27 x 4,0 m napi 1000 tonna matt 43% -os réztartalmat és ugyanolyan salakot termel, 0,6% réztartalommal. Ezeket a kemencéket koncentrált rézérccel és Peirce-Smith konvertersalakkal táplálják egyenértékű mennyiségben. A gázt gipsztermelő egységben kéntelenítik .

Jelenlegi és jövőbeli fejlemények

A villanykemence, amely a XXI .  Század elején biztosítja a világ réztermelésének 50% -át és a nikkeltermelés 30% -át, a kemence lámpájának közvetlen fejlődése.

Megjegyzések és hivatkozások

Megjegyzések

  1. A kénes ólomércek pörkölése összetett. Ha az oxidáció túl erőteljes, ólom (II) -szulfát (PbSO 4 ) képződik), amely infúziós és alig oxidálható. Ezt követően csökken, hogy összekeverjük egy széntartalmú anyag ( koksz , szén ,  stb ): PbSO 4 (s) + C (s) → PbO (ek) + SO 2 (g) + CO 2 (g). Ez a váltakozó oxidáló és redukáló hevítésből álló módszer lehetővé teszi az ércben lévő arzén és cink megszabadulását is .

Hivatkozások

  1. o.  31; 100; 106-107
  2. o.  83.
  3. o.  115
  4. o.  32
  5. o.  120-121; 128-132
  6. o.  109.
  7. o.  113-114
  1. John Percy (a fordítást  a szerző felügyeli), Teljes kohászati ​​szerződés , t.  3, Párizs, a Noblet et Baudry szerkesztõjének politechnikai könyvtára,1865( online olvasás )
  2. [PDF] (en) „  Az olvasztási műveletekből származó levegő kibocsátásának történeti áttekintése  ” , SARA Group,2008. január, P.  3-6; 3-7
  3. Jacques Corbion ( prefektus:  Yvon Lamy), Le Savoir… vas - A kohó szószedete: A vas és öntöttvas öv embereinek nyelve… (ízletes, néha), a bányásztól a… kokszig tegnapi és mai fa , 5,2003[ a kiadások részlete ] ( online olvasható ) , §  Grillage
  4. (in) Janne Mr. Korhonen és Liisa Välikangas , "  Megszorítások és találékonyság: Az ügy Outokumpu fejlesztési és flash olvasztása a Copper Industry  " [PDF]
  5. (en) William GI Davenport , Matthew J. King , Marc E. Schlesinger és AK Biswas , Extractive Metallurgy of Copper , Oxford / New York / Tokió, Elsevier ,2002, 4 th  ed. , 432  p. ( ISBN  0-08-044029-0 , online olvasás ) , p.  403-405
  6. Pierre Blazy és El-Aid Jdid : "Réz pirometallurgiája és elektrofinomítása - pirometallurgia" , mérnöki technikákban , mérnöki műszaki kiadásokban ,2001. december 10( online olvasás )
  7. [PDF] (in) "  Outokumpu Flash Smelting  " , Outokumpu
  8. (in) Paul E. Queneau és Samuel W. Marcuson , "  Oxygen Pyrometallurgy Copper Cliff félszázadnyi Haladás  " , The ásványok, fémek és anyagok Society ,1996( online olvasás )

Bibliográfia

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