A nagyolvasztó egy ipari telepítési célja, hogy egyidejűleg dezoxidál és elolvad a fémek tartalmazott egy érc , az égés a szilárd tüzelőanyag gazdag szén . Jellemzően, a nagyolvasztó átalakítja vasérc be olvadt öntöttvas , égő koksz amely arra szolgál, mint a mindkét tüzelőanyag és a redukáló szer . Bár az öntöttvas előállított anyag önmagában, ez ötvözet általában kívánják finomítani aacélmű .
Nagyolvasztó termel nyersvas olvadék , szemben a kemence alján , amely termel egy lencsét a vas szilárd. Ez azonban közvetlen evolúció, de addig nem terjedt el széles körben, amíg nem tudtuk, hogyan lehet növelni az előállított öntöttvas értékét. Így Kína fejlesztése, a I st század használata nagyolvasztó mentén öntödei . A Nyugat a XII . Század után fogadja el , az öntöttvas természetes acél finomítási módszereinek kifejlesztésével . Ott fejlődött mai formájába, a koksz és az égési levegő előmelegítésének széles körű használata hozzájárult az első ipari forradalomhoz .
Óriási eszközzé vált, anélkül, hogy az alapelve megváltozott volna, a kohó mára a kemencéhez kapcsolódó berendezések összessége. Az elv kora ellenére az egész továbbra is rendkívül összetett és nehezen kezelhető eszköz. A termikus hatásfok és kémiai kivételes lehetővé tette, hogy túlélje, amíg az elején XXI th században a technikai változások már jelezte a történetét acélgyártás .
Legyen szó „tűzkatedrálisról” vagy „gyomorról”, a kohó egy szimbólum, amely gyakran összefoglal egy vas- és acélegyüttest . Mégis csak egy láncszem: az acélgyártás folyamatának középpontjában helyezkedik el , és egy kokszolóüzemhez , egy agglomerációs üzemhez és egy acélgyárhoz kell társulnia, legalább olyan összetett és drága üzemekhez. De ezeknek a gyáraknak az eltűnése, amelyet rendszeresen jelentenek be az elektromos acélgyár előrehaladása és a közvetlen redukció miatt , még mindig nem tervezhető.
A lexikon szempontjából a szó története bizonyos értelemben megelőzi a tárgy történetét. Valóban "kohó" találkozással találkozunk a XV . Században, de a XIX . Századig ez a név rendszeresen más nevek mellett van, például "kemence", "vaskemence", "olvasztókemence", "nagy kemence", "magas kályha" , stb Ezek a nevek mind öntőkemencére utalnak, szemben a nagyító kemencével . De az 5 és 20 méter közötti magasságok nem határozzák meg a nevet. A felmérések során sok kemence magasabb, mint a kohó . A tárgy csak a XIX . Század közepén csatlakozik a névhez. Ahogy Roland Eluerd írja : „A négy évszázados történelem által csiszolt kohó elnevezés a modernség tiszta szimbólumává válhat, egy kiváló jelen a múltból egy acélipar szókincsében, ahol a kemence több mint negyven méterre emelkedett, igaz a vállalat jelzése kétségtelenül nagyolvasztóvá válik . "
A francia így megfelel a megnevezést Hochofen a Francique . Ezzel szemben az angol nagyolvasztó szó a kohó alapvető jellemzőire, az égési levegő kényszerű befecskendezésére, a „szélre” utal.
Az első érc csökkentés eszköz volt a nagyolvasztó . Legprimitívebb formája, az úgynevezett „alacsony kandalló”, mintegy 30 cm átmérőjű lyuk a talajban , tele szénnel és érccel. A tüzet általában a bőr kiegészítéseként kialakított fújtató táplálja . Tíz óra elteltével az ember lebontja a kemencét, és visszanyer egy izzó nagyítót , amely akkora, mint a többé-kevésbé redukált vas és salak ököl, heterogén keveréke. Bár a hőmérséklet elérte a 700 és 900 ° C közötti értéket , elegendő a vasérc redukciójához, messze van a vas olvadási hőmérsékletétől, 1535 ° C-tól .
A „klasszikus” alsó kemence felé történő elmozdulás abból áll, hogy a szerkezetet megemeljük és az aljánál oldalsó nyílást biztosítunk a levegőellátás megkönnyítése érdekében. A rövid kémény megkönnyíti a kemence újratöltését működés közben, miközben a huzatot is aktiválja. Így elérjük az 1000 és 1200 ° C közötti hőmérsékletet, és a folyadékká vált salak a nyíláson keresztül kinyerhető.
Ennek a salaknak, az úgynevezett salaknak a vattartalma a hőmérséklet növekedésével csökken. A tüzet ezután a természetes huzat megerősítésével fokozzák a magasság növelésével, például a lejtőnek támaszkodva. Hasonlóképpen, a fújtató hatékonyabb és jobban szabályozott levegőellátást tesz lehetővé. Ezek a „természetes huzatú” és „fújtatós” kályhák egy 4–20 órás kampány végén néhány kilogrammtól több centiméterig nagyítót eredményeznek . Ezt a nagyítót azonnal megtisztítják a szén- és salakdaraboktól úgy, hogy felváltják a kötést többszörös ismételt melegítéssel, és végül kovácsolják a kívánt tárgyak megszerzéséhez. A Nyugat-Európában , a szolgáltatások és a szomszédos kohók, mondják, hogy „róka gazdaság” továbbra is széles körben elterjedt, míg a XVIII th században. Ezután 5–10 embert alkalmaztak, az akkori kohók kapacitása évente körülbelül 60–120 t burliszt volt, és 100 kg vashoz 270 kg szenet fogyasztottak .
A Japán importálja a kemence alján a kontinens a VIII th században. A technikát a tatárig a XV . Század végéig tökéletesítik . A kemence konfigurációja a keresett terméktől függően változik: a 0,9-1,2 m magas tatarákat acélgyártásra szánják; 1,2 m- en túl fehér öntöttvasat állítanak elő, amelyet csak a szilárdulás után nyernek ki a kemencéből. Az alkalmazott ferrugin homok alacsony áteresztőképessége a magasságot 1,6 m-re korlátozza , és ezért blokkolja a kohó felé történő mozgást. A XX . Század elejéig használt tatara végső formájában egy évelő ipari szerkezet, amelyet kemence alakú kád működtetésére szánnak, és egy körülbelül 70 órás kampány során néhány tonna fémet termel. amihez hozzá kell adni a kemence felépítését.
A Afrikában , a legrégebbi nyomait vas és acél kemencék vas és szén csomókat felfedezett Nubia (nevezetesen Meroe ), és a Aksum , és keltezéssel a 1000-500 ie. Kr . U. Alacsony természetes huzatú kályhákat használnak ezen a kontinensen a XX . Század elejéig. Néhány, 1-3 m magasságú, megfelelően üreges termeszdombokba épül , amelyekbe agyagkemencét építenek. A kemence aljára helyezett kerámia fúvókákból megfelelő levegőellátás lehetséges. Körülbelül húsz óra elteltével betakarítunk egy futball-labda méretű nagyítót. Ilyen nagyolvasztókba jellemző ország Bassar a Togo használja a nagyon tiszta érc Bandjéli .
A kínai kezdik, hogy olvad a vas és a V -én század ie. BC alatt hadviselő államok időszak , amely alatt a mezőgazdasági szerszámok és fegyverek olvasztás váltak általánossá, míg az alapítók a III -én század ie. Az AD több mint kétszáz fős csapatokat foglalkoztat.
A vas, kapott egy nagyító kapott a nagyolvasztó, majd megolvasztjuk kemencékben hasonló kupolás kemencék . De amikor a forró vas érintkezésbe kerül a szénnel, addig elnyeli az üzemanyagban lévő szenet, amíg telítetté nem válik. Ezután öntöttvasat nyernek, könnyebben olvasztható, mint a vas, homogén és mentes a nagyítóban található szennyeződéstől. A kínai fejlődött a fejlesztés valamennyi vas vegyületek: amellett, hogy a finomítási és mazéage öntöttvas, termelődik a I st század ie. AD az acél keverésével vas és öntöttvas.
A 31 AD AD a kínai Du Shi javítja a szellőzést hidraulikus erő alkalmazásával a fújtató mozgatásához. Égési erősebb, és az első nagyolvasztókba termel vasat közvetlenül az érc, meg Kínában az I st században, a Han-dinasztia . Ezek a primitív kohók agyagból épülnek, és folyadékként adalékot, egy foszfort (esetleg vivianitot ) tartalmazó "fekete földet" használnak . A Du Shi fejlesztése lehetővé teszi az égési levegő nagyobb terhelésen való áthaladását is, és a kemencék ekkor elérik az impozáns méreteket: 2,8 × 4 m ovális tégely maradványai 12 × 18 m földalapra helyezve , perifériás berendezéseket (csatorna, ércemelő mechanizmus, fújtató stb. ) találtak. Ez a „kohó” kemencére jellemző méretnövekedés hozzájárul a magasabb hőmérséklet eléréséhez.
A Han-dinasztia idején a technika fejlődött, a vasipart még államosították is . A kohók és a kupolakemencék használata továbbra is széles körben elterjedt a Tang és a Song dinasztiák idején . A IV . Században a kínai vasipar korlátozza az erdőirtást azzal, hogy a szenet a vas és az acél megolvasztására használja fel. Ha azonban a kifejlesztett eljárások garantálják, hogy a fém ne szennyeződjön a szénben lévő kénnel , akkor nincsenek nyomai a szén és a kohó együttes használatának. Valójában csak a szénnek van olyan minősége, amely kompatibilis a kohóban történő felhasználással, mivel annak kapcsolatban kell lennie az érccel, hogy képes legyen ellátni redukálószer szerepét.
A XIX th században, ezeknek a kemencéknek az alakja egy fordított csonka kúpot, 2 m magas, belső átmérője 1,2-0,6 kialakuló m felülről a bázis. A falak agyagból készülnek és vasrácsokkal vannak megerősítve. A kandalló körülbelül 30 ° -kal dönthető a kényelmesebb öntöttvas betakarítás érdekében. Limonittal vagy szén-vasérccel, valamint az építéstől függően szénnel vagy kokszgal töltik fel . A szél dugattyús fúvóval van befecskendezve . Egy ilyen berendezés ezután 450-650 kg öntöttvasat állít elő naponta, 100 kg koksz felhasználásával 100 kg előállított vasra.
Ez a technológia nem tűnik el a XX . Század elején. 1900 körül hasonló nagyolvasztó található a Fülöp-szigeteken , Bulacanban . Még később a Mao Ce-tung által a nagy ugrás során támogatott "kohó az udvarban" ilyen típusú. A tapasztalat csak azokban a régiókban jelent műszaki meghibásodást, ahol a know-how nem létezik, vagy eltűnt.
EurópábanA kemence alacsony a középkor folyamán . Ez egy nomád folyamat, amely az érckivágásoktól és az üzemanyag rendelkezésre állásától függően épít, de a XIII . Század elején a kályhák hatékonyabbnak tűnnek. Ezek, ha hidraulikus energiát használnak az égési levegő fújására, nagyobbak lesznek, és jobban használják az üzemanyagot. Ezek a "tömegkemencék" olyan kohók, amelyek tartálya megmaradt: a nagyítót a kemence alján lévő nagy nyíláson keresztül vonják ki. A sikeres példája az ilyen típusú kemence a Stückofen , négyzet és falazat szakasz, amely 4 m a középkorban, akár 10 m , a XVII th században leírtak Vordernbergben a Stájerországban , akkor a központ a közép-európai öntöttvas Termelés. Ezek a kemencék 1600 ° C körüli hőmérséklet elérésére képesek részben vagy teljesen megolvasztani a fémet. Ez utóbbi esetben Flussofennek (vagyis olvasztókemencéknek) hívják őket, és hiteles kohók, amelyek olvasztott öntöttvasat állítanak elő.
Ez, egy olyan tömegű kemence alsó kemencéje, amely olvadt vasat képes előállítani, Európában a XII . És a XV . Század különböző helyein fordul elő . A pontos helyét és időpontját megjelenése az első nagyolvasztókba még nem állapítható meg teljes bizonyossággal: a legidősebb igazolt Európai Nagyolvasztóknál vannak maradványai Lapphyttan , Svédország , ahol a komplex aktív volt 1150, hogy 1350- . A Noraskog, a svéd plébánia Järnboås , nyomokban még régebbi nagyolvasztókba is találtak, esetleg ből 1100. A kontinentális Európában, ásatások előkerült kohók Svájcban , a völgyben Durstel közel Langenbruck , és dátummal közötti XI th és XIII th évszázadok. Azt is azonosították Németországban kemencében termelő olvadt vas (a Flussofen ) a völgyben Kerspe kelt 1275, és a Sauerland , kohókról és eredeti dátummal XIII th században. Végül Franciaországban és Angliában a ciszterciek a legjobb kohászati technológiákat tanulmányozták és terjesztették: tömegkemencéik hatékonysága nagyon közel állt a kohóéhoz.
A technológia Kínából Európába történő továbbítása lehetséges, de soha nem bizonyított. A XIII . Században Al-Qazwini megjegyzi, hogy az Alborz- hegységben a Kaszpi-tengertől délre van egy vasipar , amelynek technikái a Selyemút mellett történhetnek . Ez a technológia aztán elterjedhetett Európában, Svédországban, a Varègues kereskedelmi útvonal ( Rusz ) nyomán a Volga mentén , vagy Olaszország északi részén, ahol 1226-ban Le Filarète kétütemű folyamatot írt le Ferriere-nél , kohó, amelynek öntöttvasát naponta kétszer öntötték vízbe, hogy pelletet állítsanak elő.
Ha ez több, valószínű, hogy a nagyolvasztó megjelent Skandináviában és másutt függetlenül kínai találmányok, az általánosítás, a nagyolvasztó Európában kezdődött a burgundi Hollandia között Liege és Namur közepén a XIV th században. Az öntöttvas finomítására szolgáló hatékony eljárás , a " vallon módszer " kifejlesztése , amely lehetővé teszi a természetes acél tömeges előállítását . Innen a kohók elterjedtek Franciaországban, Bray (Normandia), majd Angliában, Weald ( Sussex ) országában .
A XVI th század igényeit a tüzérség , növelte a siker a fegyvert a csata Marignan , felgyorsítja a létrehozása nagy kohók melegítjük fával. Évente 20–30 épül, a már meglévő 460 mellett. 1546-ban, François 1 -jén kellett számának csökkentése, hogy korlátozza a megsemmisítése az erdők. Medencék jelennek meg, ennek a tevékenységnek a szakemberei. Liège Európa kohászati központjává válik.
A kínaiaktól eltérően, ha "az európaiak Svédországban készítették a színészt a XIII . Századig, akkor nem szoktak öntvényeket készíteni . Nincsenek edények, serpenyők (főzéshez), harangok vagy kandallótányérok, amelyek ebből az időszakból származnak. " Amellett, hogy a fejlesztés a finomítás op mód (vallon módszerek, Champagne, Osmond , stb ), a tevékenység egyre inkább a tőke . A fa- és ércigény, valamint a vízenergia rendelkezésre állása kritikus fontosságú. 1671-ben, a robbanás kemencék Putanges , az Alsó-Normandia , eladták en bloc a 500 fontot , hogy helyébe egy nagyolvasztó bérelt 1200 fontot évente. Ez a megszorítás magyarázza a továbbfejlesztett kályhák alacsony túlélését, mivel a katalán kovácsműhely , amely Franciaországban a XIX . Század elején eltűnik , amikor Thomas-folyamat terjed.
Az öntöttvas előállítását, csakúgy, mint a vasrá történő átalakítását, továbbra is nagyon korlátozzák faigényei. Az üzemanyag-fogyasztás jelentős: napi 50 kg vas előállításához napi 200 kg ércre és 25 köbméter fára van szükség ; negyven nap alatt egyetlen szénbánya 1 km-es körzetben megtisztítja az erdőt . Ez addig nem jelent problémát, amíg a tisztások hasznosak a mezőgazdaság fejlődésében, de a XIII . Századtól elérkezik egy határ: az erdők fontos ápoló szerepet töltenek be, a fa elengedhetetlen az építkezéshez és a fűtéshez, a nemesség pedig fakitermelésből származik. Következésképpen a fa vágása egyre szabályozottabbá válik.
Szén, az üzemanyag és redukálószer, nem fogadott el a kínai során hadviselő államok időszak a IV th század ie. Kr . U. Noha kifejlesztettek egy szénkemencét, amelyben az üzemanyag nem került érintkezésbe a vassal, és a szenet a kovácsokban a fa mellett a XVIII . Században is széles körben alkalmazták, a szénfa cseréje erre a kőzetre egy kohóban csak rossz minőségű öntöttvasat adott.
Valójában a kőszén olyan elemeket tartalmaz, amelyek megfelelő utókezelés ( rácsozás ) hiányában módosítják az öntöttvas minőségét. A szilícium , amely korlátozza a szén vasban való oldhatóságát , grafit lamellák képződését okozza, amelyek gyengítik a fémet. A kén problémásabb: elkeseredő és gyengülő elem, ha tartalma meghaladja a 0,08% -ot. Ha egyesül a vasércekben gyakori mangánnal , jelentősen rontja az acélok tulajdonságait. A szilíciumtól eltérően a folyékony vasban oldott kén kinyerése nehéz, mert azt nem lehet levegővel elfogyasztani.
Abraham Darby végzett 1709-ben az első casting öntöttvas koksz , a kis nagyolvasztó Coalbrookdale amelyet ő bérelt:
"Eszébe jutott, hogy a kohóban megolvashatja a vasat szénnel, és onnan próbálta először nyers szenet használni, de ez nem működött. Nem csüggedt, hamuvá változtatta a szenet, mint a malátakemencénél szokták , és végül megelégedettségre tett szert. De azt tapasztalta, hogy csak egyféle szén alkalmas a legjobb minőségű vas készítésére ...
- TS Ashton , vas és acél az ipari forradalomban
A folyamat részleteiről nagyon keveset kommunikálva a Darbys folyamatosan javítja az eljárást és az előállított öntöttvas minőségét. 1750 körül Abraham Darby II-nek sikerült kokszöntvényét jó minőségű acéllá alakítani. A XIX . Század eleji tócsázás általánosítása előtt azonban még nincs olyan folyamat, amely bármilyen olvadást meg tudna változtatni. Elfogadása a leadott öntött a gyártás tárgyak tartós és olcsó kulcsfontosságú eleme a ipari forradalom .
A koksz általánosítása lassú, sokszor közepes minősége és egyes kovácsmesterek vonakodása miatt , de a termelő országok (Franciaország, Németország stb.) Által gyakorolt protekcionizmus miatt is Brit acélipar. 1760-ban az Egyesült Királyságban még mindig csak 17 kohó volt kokszal, de 20 évvel később az új folyamat ott terjedt el.
Valójában a brit öntöttvas-termelés felszabadulása az alacsony szénszükséglet miatt robbanásszerű. 1809-ben, egy évszázaddal a kokszolvasztás feltalálása után, az éves termelés elérte a 400 000 tonnát, míg a szénolvasztásé ugyanebben az időszakban 15 000 és 25 000 tonna között ingadozott. Ezen időpont után a szénmagolvasztók eltűntek az országból, míg Franciaországban és Németországban a kokszgyártás néhány biztató teszt ellenére (1769-ben Hayange -ban és 1796-ban Gleiwitzban ) még mindig nagyon marginális volt . De az Angliával folytatott háborúk végétől a folyamat a kontinensen alakult ki. Az amerikai acélipar, amelyet kevésbé korlátoz a fa rendelkezésre állása, kifejleszti a Pennsylvaniában bővelkedő antracit használatát , majd fokozatosan felhagy a koksz javára.
A XIX . Században a koksz használata radikális változást tesz lehetővé a művészetben. Ezen üzemanyag rendelkezésre állása mellett magas hőmérsékleten történő nyomással szembeni ellenállása lehetővé teszi a redukáló gáz jó áteresztőképességének fenntartását . A magasság a nagyolvasztókba ezután eléri a húsz métert, ami jelentősen javítja a termikus hatásfok . A méret növekedése megváltoztatja a kemence megjelenését is: a falazat régi piramisszerkezetét könnyebb és erősebb vasszerkezet váltja fel. Jobban lehűtve a tűzálló bélés is tovább tart.
Minőségének köszönhetően a szénöntvény túlél, azonban nagyon alacsony termeléssel. Bessemer folyamatának fejlesztése során a svéd öntöttvas szénnel történő finomításának szentelte. A XXI . Század elején még mindig létezik néhány kohóknak szánt eukaliptusz főleg Brazíliában .
Meleg szélA kohó termelékenységének növelése előmelegített széllel történő fújásával logikus lépés: a Han-dinasztia idején ( Kr. E. 206-tól Kr . U. 220- ig ) a kínaiak a hő visszanyerésére a torkon fújták az ellátó szelet.
A technika azonban elveszett. Csak 1799-ben védte meg Seddeger nevű mérnök az elképzelést, és egy másik, Leichs 1812–1822 közötti kísérletekkel hitelesítette. De 1828-ban, amikor a skót Neilson szabadalmaztatta az elvet, ezeket a kutatásokat némi szkepticizmus fogadja:
„Elmélete teljesen nem értett egyet a bevett gyakorlattal, amely a lehető leghidegebb levegőt részesítette előnyben, az általánosan elfogadott elképzelés szerint a télen a levegő hidegsége magyarázta az akkor előállított öntöttvas jobb minőségét. Ebből a megfigyelésből kiindulva a kovácsmesterek erőfeszítései mindig a fújt levegő lehűlésére irányultak, és különféle célokat találtak ki erre a célra. Tehát a szabályozókat fehérre festették, a levegőt hideg vízzel engedték át, és néhány esetben a befecskendező csöveket még jég is körülvette. Tehát amikor Neilson azt javasolta, hogy fordítsák meg teljesen a folyamatot, és hideg helyett forró levegőt használjanak, a vasmesterek hitetlensége könnyen elképzelhető…
- R. Chambers , A kiemelkedő skótok életrajzi szótára
Akkor még senki sem értette, hogy a hideg levegő előnye csak abban rejlik, hogy szárazabb. De Neilson, aki iparos volt, meggyőzte a Clyde Vasgyár igazgatóit, hogy végezzenek néhány biztató tesztet 1829-ben. Hamarosan képes elérni a 150 ° C-ot, és három évvel később a Calder Works mintegy 350 ° C-os levegőt vezet be .
Még a csöves fűtőelem üzemanyag-fogyasztását is figyelembe véve, a leadott hő lehetővé teszi a koksz teljes megtakarítását akár egyharmadával, miközben jelentősen csökkenti a salak vaskartalmát. Végül, miközben a kutatók a forró szél kémiai és fizikai viselkedésre gyakorolt hatásáról vitatkoznak, a gyártók gyorsan megértik, hogy a kokszszükséglet korlátozása lehetővé teszi, hogy több ércet töltsenek ugyanabba a tartályba, és csökkentse a kiüríteni kívánt koksz mennyiségét. Ellentétben a koksz használatával, amely csaknem egy évszázadot vett igénybe a szén kiszorítására, a folyamatot gyorsan elfogadták.
A Neilson készülék egyik előnye, hogy rossz minőségű szénnel rendelkezik. Azonban a fűtőértéke a nagyolvasztó gáz , öngyulladó, amikor elhagyják a torok , megszökött senki meg: 1814-ben a francia Aubertot vissza őket hő néhány további kemencék gyárát. Valójában ezek a gázok kis részben (akkoriban körülbelül 20% -ban) tartalmaznak szén-monoxidot , mérgező, de éghető gázt. 1837-ben a német Faber du Faur kifejlesztette az első kohógázzal működő légfűtőt.
Továbbra is ki kell fejleszteni a tetején egy gázfogó berendezést, amely nem zavarja az anyagok betöltését. Faber du Faur a tartály vastagságú nyílásokon keresztül veszi ezeket a gázokat, mielőtt azok elhagynák a terhelést, és gyűrű alakú csőbe gyűjti őket. Az e nyílások felett elhelyezkedő töltések zárásként szolgálnak. 1845-ben James Palmer Budd szabadalmaztatta a fejlesztést, amikor gázt vett a torok alól. Végül 1850-ben Ebbw Vale-ben megjelent a harang csengővel való lezárásának rendszere, amelyet fokozatosan vezettek be.
Ezeket a gázokat, amelyek áthaladtak a töltésen, el kell porolni, hogy ne duguljanak el a kemencék: a porcserepek , a ciklonok és a szűrők ezeket a füstöket normál köbméterenként néhány milligramm porig tisztítják . Ezek a létesítmények figyelembe veszik a nagy mennyiségben előállított mérgező gáz kezelésével kapcsolatos korlátozásokat.
Azonban, a fenti 400 ° C-on , még a legjobb fém kazánok gyorsan lebomlanak. A hatékony fűtőberendezés fejlesztésének ösztönzése érdekében Neilson szerény jogdíjjal teljesítette a folyamatával megtermelt tonnánként egy fillért .
Míg a tűzálló tégla berendezés lehetővé teszi, hogy működés magasabb hőmérsékleten, az alacsony hővezető anyag vezet működése alapján a felhalmozódása és hőfelszabadulással helyett hővezetés. Ezt szem előtt tartva Cowper brit mérnök 1857-ben szabadalmat nyújtott be. Az első tesztek 1860-ban kezdődtek, a Clarence gyáraiban, és lehetővé tették a 750 ° C-os hőmérséklet túllépését , de a Carl Wilhelm Siemens elképzelése szerint lépcsőzetes sorokba rakott téglák nem állták ki a termikus kerékpározást. Cowper úgy reagált, hogy ugyanabban az évben javaslatot tett a végleges kemencét előrevetítő fejlesztésekre: a lángot eltávolították a tégláktól, és ezek egyenes vonalú csatornákat is tartalmaztak.
Ha a kemencék tovább fognak fejlődni, akkor elfogadják azokat a technikai elveket, amelyek lehetővé teszik az 1000 ° C hőmérséklet elérését egy korábban fel nem használt energia révén: a „ kaparók ” elválaszthatatlanok lesznek a kohótól.
A „kohó” kifejezés néha magát a kemencét is jelöli, de pontosabban a kemence működésével kapcsolatos összes létesítményre utal. Ami a sütőt illeti, „tartálynak” nevezhetjük, de maga a tartály a sütő része, a „készülék” kifejezést használjuk annak jelölésére.
A XX . Század elején a magas kemencéket gyakran építették akkumulátorral, és gyakran szorosan összefüggésben állt a nyersvas, a koksz és az érc szinterelő egységének gyártásával . A XXI . Században a magas kemencék óriás eszközök, és elválasztják ezeket az upstream eszközöket.
A kohókészülék tehát magában a kemencén kívül más alapvető berendezésekre is kiterjed, amelyek biztosítják a koksz és az agglomerátum befogadását . A szilárd anyagok előkészítésére egy műhely működik, a tetejéig folyamatos adagoló rendszerrel . A szél előállítása és újramelegítése külön berendezést alkot, de szorosan kapcsolódik a kohó működéséhez. Vannak olyan létesítmények is, amelyek a kohógáz kezelésére szolgálnak , valamint olyan létesítmények, amelyek kezelik a salakot és az olvadt vasat.
A rakományt alkotó anyagok vonattal, hajóval vagy integrált üzemek esetén szállítószalagokkal érkeznek az agglomerációs és kokszoló üzemből. Az anyagokat többé-kevésbé szárazon beton vagy acél tartályokban tárolják . A szerszám lábánál elhelyezett tárolás stratégiai követelmény a " XX . Századi kohó folyamatos munkára ítélése. Csak a legnagyobb óvintézkedésekkel lehet oltani. Bármilyen rövid is a leállítása, tönkreteheti a kovácsdarabot és az abból származó iparágakat. Éppen ez a tény jelentős üzemanyag- és érckészleteket igényel. "
Történelmileg ez a szükség az acélgyárak telepítését tette szükségessé szén- vagy érclelőhelyek közelében. Ez a közelség az 1970-es évekig elengedhetetlen volt a jövedelmezőség szempontjából, és megmagyarázza a nagyolvasztók kialakításának különbségeit, ideértve a jelenlegi nagyolvasztók töltet-előkészítő létesítményeit is.
Bármelyik is a kohó, az agglomerátumot és a kokszot szisztematikusan átvizsgálják közvetlenül a betöltés előtt, hogy eltávolítsák a különféle kezelési műveletek által létrehozott és a kemencét eltömő szemcséket . Többé-kevésbé számos áramkör létezik adalékokhoz, például fluxusok ( kovakő , sziklás vasérc), redukálószerek (kis koksz vagy antracit ), a takarmány vasdúsítása ( törmelék , elővasalt vasérc , pellet ) és néha speciális adalékok ( ilmenit a tűzálló anyagok védelmére, bauxit a granulált salak hidraulikájának növelésére stb. ).
BetöltésA műhelyből a koksz és az agglomerátum a tartály felső nyílásához, a " gueulard " -hoz van felszerelve . Ha történelmileg skipeket használtak, akkor most csak skipeket vagy szállítószalagokat használunk .
Az átugrási adagolás a legkompaktabb. A kohók ellensúlyozásához két ugrással ellátott ugrókat használnak. Ha a hely engedi, inkább szállítószalagokat szerelünk fel az élelmiszerekhez. Bár csak alacsonyabb lejtőkön tudnak megmászni, nagyobb a kapacitásuk, könnyebben automatizálhatók és kevésbé károsítják az anyagokat.
Összezárva a torkotA torokból távozó kohógáz sovány gáz, amely lényegében nitrogénből (N 2) - a fúvókákból érkezik és reakció nélkül halad át a terhelésen, szén-monoxid (CO) és szén-dioxid (CO 2). A mérgező, de üzemanyaggáz visszanyerése a XIX . Század közepén széles körben elterjedt , amikor Parry kúpos redőnyt fejleszt ki, amely lehetővé teszi a gáz visszanyerését a töltés megzavarása nélkül.
A XX . Század elején McKee két egymásra helyezett harang rendszerén keresztül javítja a gueulard Parry-t: a felső anyag elosztója, az alsó tömítés, a készlet zárként viselkedik . Ez a rendszer és annak változatai egészen az 1970-es évekig elkerülhetetlenné váltak. Ekkor a kohók átmérője és nyomása megnőtt, szükségessé vált a 3 vagy 4 harangú torok, amelyek súlya legfeljebb 120 tonna volt: a technológia ezután elérte a határait.
A luxemburgi Paul Wurth cég harang nélküli harangjának találmánya az 1970-es évek elején áttörést jelentett a modern kohók tervezésében. Ez egy vagy több silóból áll, amelyek a kohó nyomása után fokozatosan leereszkednek a nagyolvasztóba, az anyagok esése egy irányítható csúszdán keresztül vezethető le. Míg a harangkamra teteje még a XXI . Század elején is létezik, a harang nélküli kohó és származékai azóta terjednek. Noha a harangoknál bonyolultabb, könnyűsége és rugalmassága elengedhetetlen az óriás kohók (napi több mint 8000 tonna) ellátásához, míg tömítettsége lehetővé teszi a magas nyomáson ( 3 bar) végzett műveleteket. a tartály termelékenysége.
A nagyolvasztó reaktor (más néven „kemence”, „tartály” vagy „eszköz”) örökli a kémény alakját őseitől , ami elősegíti a huzatot, valamint az anyagok és a gáz érintkezését. Ez a kémény megváltoztatja a szakaszt, hogy kísérje azokat a módosításokat, amelyek az ércnek leereszkedésén mennek keresztül: hőtágulás , majd az érc szinterelése következtében összehúzódás és végül megolvadás . Az ideális formákat empirikusan határozták meg, és még mindig meghatározzák az életük végén a kemencék megfigyelései; így a kör alakú szakasz kényesebb felépítése és a kopás területén kialakult has ellenére rávetette magát:
„A kályhának meg kell adni azt a profilt, amelyre néhány hét üzemeltetés után szükség lesz, és amelyet a rendszeres ütem alatt fenn fog tartani. "
- E.-L. Grüner, A kohászat traktátusa
Míg a profilok sokféleségét régóta igazolják a helyi ásványi anyagok (többé-kevésbé áteresztő, gazdag vagy olvasztható) és az üzemanyagok (a szénmagolvasztók kisméretű tégelyükről felismerhetők) sajátosságai, a reaktor általános alakja általában homogenizálódik, követve ebben a gazdag importércek használatának általánosítását és a kohászati reakciók megértését.
A tégely azért különleges, mert az érc olvasztásából összegyűjti azokat a folyadékokat, amelyek az át nem égett kokszon keresztül beszivárognak, míg a tartály többi része csak szilárd anyagot és gázt lát. Így a tégely a közelmúltig független volt a tartálytól. Amikor az oszlopokra helyezik, a kohót „ mostohaanyának ” mondják . Ezek az oszlopok megnehezítik a taphole hozzáférhetőségét, és a két rész közötti tömítési problémák kritikusak, ezt a kialakítást az 1960-as évek óta fokozatosan felhagyták, az egyetlen elemben lévő tartályok javára: a kohót állítólag "önhordó" . "
Méretek"Ez a reaktor, az összes ipari reaktor közül a legnagyobb", ellenáll az áramnak (forró gázok emelkednek és hideg anyagok esnek). Magassága kiváló hőteljesítményt biztosít, meghaladja a 70% -ot, de a szinterezett érc törési szilárdsága korlátozza, és a XIX . Század végétől körülbelül 30 méterre stabilizálódott . A belső térfogattól függő termelési kapacitása ezért összefoglalható belső átmérőjeként, amelyet a fúvókák vagy a tégely szintjén kell figyelembe venni. Ez a kör alakú felület egy nyak, amely korlátozza a reakciókat, mert ott a gázok emelkedési sebessége maximális (hőmérsékletük miatt): ezután ellenzi az olvadó anyagok leszármazását: 75 tonna / m 2 / nap termelékenység a határ 2012-ben.
Régió és korszak |
Ø tégely d (m) |
Magas. H (m) |
Repülési. hasznos (m 3 ) |
Termelés (t / d) |
|
---|---|---|---|---|---|
1) | 1861 | 0.9 | 15.3 | 64. | 25 |
2) | Németország öntöttvas spec. 1930-as évek |
4.5 | 20.0 | 425 | 450 |
3) | Németország öntött acél és Thomas 1961 |
6.5 | 24.0 | 900 | 1200 |
4) | NSZK 1959 | 9.0 | 26.1 | 1,424 | > 2000 |
5) | Szovjetunió 1960 | 9.8 | 29.4 | 1,763 | 4000 |
6) | Japán 1968 | 11.2 | 31.5 | 2 255 | 6000 |
7) | Németország 1971/72 | 14.0 | 36.7 | 4,100 | 10 000 ≈ |
A magas épületű nagy kemencéket lehetővé tevő koksz használata a XIX . Századi épületek során a szabadkőből származó épületek veszteségét vonja maga után egy fém burkolat javára. A modern szabadon álló kohó burkolata gondosan megépített fémedény, a "pajzs", amelynek vastagsága a tégelynél 10 cm- től a tetején 4 cm- ig változik . Ez az árnyékolás lényegében két funkciót lát el: a tűzálló belső burkolat hordozása és a hő kiürítése.
A belső tűzálló bélésnek ellenállnia kell a hő, mechanikai és kémiai támadásoknak. Mivel ezek a feszültségek a zónák szerint változnak, és költség okokból nem kérdés a jobb minőségű anyagok általánosítása, vannak változó összetételű tűzálló anyagok.
Zónás | Fizikai stressz | Tűzálló anyag | Kivonandó hő (kW / m² stabilizált üzemben) |
---|---|---|---|
A tartály teteje | Mechanikus ütések és kopás. | Öntött kemény acél „ütőlemezek” . A szilícium-karbid kötött agyag . |
12. |
Középtartályos | Kémiai támadás CO és lúgok . Lehetséges hőingadozások. |
Alumínium tűzálló anyagok : szilimanit (62% Al 2 O 3) vagy korund (84% Al 2 O 3). | 18. |
A tartály alja hasi kijelzők |
Gázok és terhelések okozta kopás. Kémiai támadás CO és lúgok . Hő, erős hőingadozások. |
Szilícium-karbid ragasztott SIALON (Si 3 Al 3 O 3 N 5). Néha: magas hővezető képességű grafit . |
37 29 23 |
Olvasztótégely | Olvadt anyagok keringése. Nyomás. |
Nagy sűrűségű tiszta szén . | 10. |
A tüzelés után egy modern kohó folyamatosan működhet 15-20 évig: a tűzálló anyagokat ezért gondosan megválasztják. Az anyagminőség mellett az összeszerelésnek figyelembe kell vennie a bővítéseket is. A tégely gyakran több tonna tömegű széntömbökből készül, habarcs vagy néhány tized milliméternél nagyobb hézagok nélkül összeállítva. Viseléskor a készüléket teljesen le kell üríteni, hogy alulról felfelé felépítsék a tűzálló bélést.
HűtésNapi 6000 tonna nyersvasat előállító kohó készüléke körülbelül egy gigawattos olvasztókemencének tekinthető . Az ilyen hőcserék erőteljes hűtést igényelnek, hogy elkerüljék a készülék árnyékolásának gyors megsemmisülését. Mivel minden hűtési hiba katasztrofálisnak bizonyulhat, többféleképpen garantálható a meghibásodások ellen. A modern áramkör kialakítása hasonló az atomerőmű kialakításához , mivel a készüléket hűtő áramkör zárt hurokban van, hogy képes legyen észlelni a víz szivárgását vagy szennyezését.
Az erőteljes hűtés ellenére a kohó hőhatékonysága magas, meghaladja a 70% -ot. Paradox módon javul, ha a készüléket intenzíven lehűtik. A hűtés valóban lehetővé teszi a belső bélés megjelenését, mind kopásvédelmet, mind hőszigetelést. Ez a szerep csak akkor teljesül megfelelően, ha tapadását és vastagságát ellenőrizzük, hogy ne zavarja az anyagok áramlását.
A készülék hűtésére számos technológia létezik:
Ha a kohó működését megzavarják (instabilitás a gázok vagy anyagok áramlásában, az üzemmód megváltozása stb. ), Akkor a tetején és az edényen keresztüli hőveszteség növekszik. Előfordulhat, hogy a hűtőrendszernek 300 vagy akár 500 kW / m 2 , vagyis az átlagos teljesítmény 15-szeresét kell kiürítenie . Ezek a csúcsok szabják meg az áramkörök méretezését.
Az égési levegő kényszerű befecskendezése, a "szél" a kohó alapvető jellemzője. Angol fordítása, nagyolvasztó , még idáig korlátozza a folyamatot. A fém összeolvadásához szükséges hőmérséklet elérése valójában csak erős széllel lehetséges, amelyet az izmok nem képesek előidézni; A lapátkerék által működtetett fújtató elválaszthatatlan a kohó megjelenésétől. Ez a kombináció elhagyott, amikor az egyre növekvő méretű létesítmények (így a nyomás csökken ), és a felmelegítésére a szél (ami magában foglalja mind áthaladó meleg nagyolvasztókba és injekciós bővülő szélenergia) igényel áramot. Növekszik: hidraulikus váltotta gőzgépek 1776-tól, gyorsan alkalmazkodva az acélgázokhoz ( kohógáz és kokszkemencegáz ). Az öntöttvas dugattyúk ekkor a fújtatókat is kicserélték. Végül a XX . Század elején a dugattyúkat fokozatosan megszüntetik a centrifugális kompresszorok vagy a turbófeltöltők javára .
Ez a XX . Század eleje is, a levegő cseppfolyósításának feltalálásával , amely megpróbálta oxigén befecskendezését a hideg szélben. A folyamat az 1960-as években széles körben elterjedt, növelve mind a kohók termelékenységét, mind az üzemanyag befecskendezését a tuyereken keresztül.
A teher áthaladásához és nagy nyomáson történő munkavégzéshez a szél 2 és 4,5 bar között van összenyomva . A hideg szél áramlási sebessége és oxigéntartalma könnyen és gyorsan módosítható, így hatni lehet a kohó működésére.
TehenekA modern teherautó függőleges acélhengerből áll, amelynek átmérője 6–9 m és 20–35 m . Ezt a burkolatot tűzálló téglák töltik meg , amelyek jellege a szereptől függ: a szigetelő téglák védik a fedél árnyékolásának belső felületét, míg más téglákat használnak a hő tárolására és leadására. Ez utóbbit használják az égéstengely megépítésére, ahol a lángot elhelyezik, és a perforált téglacsomót, amely elnyeli a füstök hőjét. A kút gyakran be van építve a hengerbe, ahol a kemence szakaszának körülbelül egyharmadát elfoglalja. A legnagyobb teherautók külső kutakkal vannak felszerelve, amelyek lehetővé teszik az égési zóna jobb elkülönítését a hőfelhalmozódási / felszabadítási zónától.
A fűtés lassabb, mint a hűtés, mindegyik nagyolvasztó három, néha négy kaparóval van felszerelve, amelyek mindegyik fázisban felváltva haladnak. Folyamatos működés közben a teherautó körülbelül 30 percig helyreállítja a hőt , mielőtt a szél a kapuhoz irányulna, amely éppen befejezte az 50 perces újramelegítést (időtartamhoz hozzá kell adni a nyomásfázisokat , amelyek 10 percig tartanak ).
Egy modern teherautó tonnánkénti öntöttvasból körülbelül 1,4 tonna szelet képes 1200 ° C-ra felmelegíteni . Amikor hőjét leadja, a napi 6000 tonna öntöttvasat előállító kohó számára ez körülbelül 100 MW teljesítményű kemence . A melegítést a nagyolvasztó által előállított gáz egy részének elégetésével hajtják végre, amelyet gazdag gázzal kell elkeverni a kívánt hőmérséklet elérése érdekében.
Körkörös forró robbanás és fúvókákA forró szél (a 900 és 1300 ° C jellemzőitől függően a nagyolvasztó) hozta a léghevítők egy cső bélelt tűzálló, majd eloszlik a fúvókák egy torus- alakú cső , a kör alakú egy. A fúvókák kijáratánál a szél eléri a 200 m / s-ot , meggyújtja a kokszot, amely 2000 - 2300 ° C-ra emelte a hőmérsékletet .
Termékek | Elméleti maximum (kg / t öntöttvas) |
Koksz egyenértékűség |
---|---|---|
Műanyagok | 70 | 0,75 |
Nehéz fűtőolaj | 65 | 1.2 |
Olaj / O 2 | 130 | |
Kokszkemence gáz | 100 | 0,98 |
Szén | 150 | 0,85 - 0,95 |
Szén / O 2 | 270 |
A koksz elégetése lehetővé teszi a redukáló gáz ( CO ) előállítását és a folyamathoz szükséges hőmérsékletek elérését. A kokszfogyasztás csökkentése érdekében sok gyárban helyettesítő tüzelőanyagokat használnak, amelyek a fúvókák végén a szélbe juttatva ugyanazokkal a kémiai és hőhatásokkal égnek. Folyékony vagy finomra őrölt, a lehetséges kiegészítő tüzelőanyagok számos: állati liszt , nehéz fűtőolaj , műanyag hulladék , természetes vagy kokszolási gáz , lignit , stb A leghatékonyabb termék azonban továbbra is a finomra őrölt szén marad , amelynek injektálása a szél oxigéndúsításával kombinálva lehetővé teszi az egy tonna olvasztás előállításához szükséges 480 kg koksz legfeljebb felének pótlását .
A forró fúvócsövekkel ellentétben a fúvókák nincsenek szigetelő tűzálló anyaggal bevonva, hogy korlátozzák a tömegüket. Ezek rézdarabok, intenzíven vízzel hűtve. Könnyen cserélhetőknek kell lenniük, mivel a koksz és a befecskendezett üzemanyagok égése miatt mind a magas hőmérsékletnek vannak kitéve, mind a kopás miatt, mert akár 50 cm-re is ki tudnak nyúlni a kemence belsejében.
A tetején összegyűjtött gáz 5–10 g / Nm 3 port tartalmaz, amely leszakadt a terhelésről. A nagyolvasztókkal a kohó tövéig szállított gáz a statikus szeparátorokban az első tisztítási szakaszon megy keresztül. Valóban, a gáz nyomása, hőmérséklete és portartalma nagyon gyorsan ingadozhat, egyszerű és robusztus technológiákra van szükség: porcserepeket és ciklonokat használnak. Ezek a por akár 85% -át is eltávolíthatják.
Mivel ezek az eszközök közvetlenül kapcsolódnak a torokhoz, védve vannak a katasztrofális túlnyomásoktól (általában az instabilitás következtében, amelyek a gáz túlmelegedésével tágítják azt) a nagyító kemence tetején elhelyezett légtelenítők , biztonsági szelepek.
Nedves vagy másodlagos tisztításA félig megtisztított gázt ezután a másodlagos tisztításban kezelik, amely 3 szerepet foglal magában:
Ez a három funkció egyidejűleg végezhető nedves mosógépben, amely a vizet permetezi, amikor a gázt dekompresszálják. Ez a technológia széles körben elterjedt a magas felső nyomáson működő kohókkal.
A nagy kohókat a közelmúltban turbó-generátorral is felszerelték, amely akár 15 MW villamos energiát is képes előállítani a gázok dekompressziójából származó energia visszanyerésével. Ebben az esetben a nedves mosógéppel történő tisztítás bonyolultabb, mert már nem profitálhat a gáz dekompressziójából. Ezen túlmenően, mivel előnyös a gázt forrón tartani, hogy kihasználhassa nagyobb térfogatát, a száraz másodlagos tisztítás a 2000-es évek óta újra megjelent, különösen Ázsiában.
A vas és a gangue , miközben a tuyerek szintjén olvad, beáramlik a tégelybe. Ezek a folyadékok átégetnek az elégetetlen koksz darabjain, amelyek megtöltik a tégelyt. Amikor a folyadékszint emelkedik, egy gép, a „fúrógép” az aljánál szúrja át a tégelyt, hogy leeressze. Amint süllyed, az olvadt anyag gyorsan lerombolja a taphole-t. Ezután lezárjuk egy agyag tömege injektált a „Corker”, egy gép, amelynek működése hasonló, hogy egy fecskendő . Egy modern kohó naponta 8 és 14 öntvényt állít elő, amelyek mindegyike 80-180 percig tart.
A lökhárító és a fúrógép erőteljes, pontos és kritikus. A fúrónak valóban újra ki kell fúrnia az agyagdugó lyukát, amelyet az előző bedugás hozott létre, gyorsabban, mint a bit olvad. A kupaknak a maga részéről képesnek kell lennie a csap furatának bedugására azáltal, hogy szükség esetén behatol az olvadt anyagrétegbe: ez egy olyan biztonsági eszköz, amelynek képesnek kell lennie bármikor az öntés megszakítására.
Az olvadt anyag a fő csatornába áramlik. Ebben a 8–14 m -es méretben, amely 30–60 t olvadó-salak keveréket tartalmaz, az öntöttvasnál háromszor kevésbé sűrű salak fokozatosan leválik az öntöttvasról, hogy ott lebegjen. felület. A főcsatorna fordított szifonnal zárul . Ez megállítja a salakot, amely aztán sekély csatornák felé tart. Az öntöttvas, hogy átment a szifon öntjük torpedó autók , amelyek figyelembe azt a acélmű vagy öntödei .
A napi 6000 tonna öntöttvas termelésen túlmenően több csaplyuk szükséges. A kohóknak 1–5 csaplyukuk van, amelyek öntöttvasat és salakot nyernek ki a tégelyből. A gépek és ereszcsatornák karbantartása, valamint az olvadt folyadékok elemzése és továbbítása komplex telepítéssé teszik az öntőcsarnokokat. A forró folyadékok rendszeres átjutásával járó mechanikai és termikus korlátok általában csatornák és csuklós lapok kialakításához vezetnek. Nagy porgyűjtő rendszerekre (általában 700 000 Nm 3 / h) is szükség van.
SalakkezelésGazdag ércekkel járó sétánként tonnánkénti öntöttvasból körülbelül 300 kg salakot állítunk elő , azonos sűrűséggel számítva. Az olvadt salakot vagy a helyszínen lehűtik, vagy speciális kocsikban viszik el. Elsősorban kétféleképpen hűtik:
A folyékony salak 1–2% ként tartalmaz, amelyet kalcium rögzít . Kezelése, különösen vízzel lehűtve, kénkibocsátást okoz.
A kohó készüléke egy kémiai reaktor , amelynek működése az áram ellen (a gázok emelkednek, miközben a szilárd anyag csökken) kiváló hőhatékonyságot biztosít. Elve lényegében abból áll, hogy szén-monoxidot hoznak létre , amelynek érc oxigénjéhez való affinitása erősebb, mint az oxigén és a vas közötti affinitás az érc dezoxidálásához. Számos hő- és vegyi anyagcsere zajlik , elsősorban a tartályban lévő gáz és szilárd anyagok között, amelyekhez folyadékokat adnak a polcokban és a tégelyben, hogy csökkentse és karburálja a vasat.
A sok kémiai reakció az anyagok állapotának változásával együtt jelentősen megnehezíti a kohó ideális működésének megértését. A hőmérséklet, a nyomás és az anyagmozgás még a XXI . Századot is tiltja , bármilyen mértékű mérést a készülék szívében. Rendkívül nehéz megérteni és előre látni a termikus vagy mechanikai instabilitást, amelyek némelyike katasztrofális következményekkel járhat. Csak az 1970-es években, a Japánban végzett nagyolvasztók kioltásának köszönhetően, különösen az izotermák harang alakját fedezték fel , ami érvénytelenítette a "halott ember" (kúpos kólás kokszhalom) elméletét. és a tégely kandallóján nyugvó megszilárdult vas), megjegyezte bizonyos instabilitások mértékét, és bebizonyította a koksz és érc etetésének fontosságát különálló rétegekben.
A megfelelő működés szükséges feltétele az anyagok jó áteresztőképességének garantálása . Coke alapvető szerepet játszik, mert megtartja mechanikai tulajdonságai akár 1500 ° C , míg az érc zsugorodás származó 900 ° C . A harang alakú izotermák áthaladnak az anyagrétegeken, a kokszrétegek szintjén zsaluzatot hozva létre , amelyek a gázokat a tartály közepére koncentrálják, mielőtt diffúzionálják őket a terhelésbe. A meg nem égett kokszdarabok kitöltik a készülék alsó részét, kivéve az egyes fúvókák előtt kialakuló üregeket. Ezért a felettük halmozott anyagok súlyát hordozzák, lehetővé téve a folyadékok és gázok átjutását.
A folyamatos működéshez dugattyús típusú anyagáramlással az összes belépő elem kiürítése szükséges, eldugulás ellen. Ez igaz a salakra, de bizonyos elemekre, például a cinkre vagy az alkálifémekre is .
A vasérc csökkentése érdekében először elő kell állítania a szükséges redukáló gázokat. Ez a kohó alsó részén történik, a kokszban lévő szén és a szél oxigénjének elégetésével : C + O 2 → CO 2 termelő 401,67 kJ / mól
Ez a reakció, hogy nagyon exoterm , a hőmérséklet a forró gázáramot befecskendező fúvókák emelkedik 1800-as , hogy 2000-ben ° C , vagy akár 2250 ° C-on , ha a szél oxigénben dúsított. Azonban azonnal következik egy endoterm reakció , amely a hőmérsékletet 1600 és 1800 ° C közé csökkenti : CO 2 + C → 2 CO 163,45 kJ / mol fogyasztása
Ez az utolsó reakció nem teljes, hanem Boudouard egyensúlyáról szól . Ez biztosítja a redukció által elfogyasztott CO regenerálódását a készülék alján: CO 2 + C ⇋ 2 CO amíg T> 1000 ° C
Amíg szén-dioxid CO 21000 ° C feletti hőmérsékleti tartományban marad, a Boudouard reakcióval folyamatosan átalakul szén-monoxiddá , amely így továbbra is elérhető a redukciós folyamat számára.
Egy másik redukáló gáz, hidrogén- H 2, egyidejűleg a szélben természetesen vagy mesterségesen jelenlévő vízgőz termikus bomlásával keletkezik. Noha másodlagos jelentőségű, ez a gáz 900 ° C körül és annál is különösen hatékony : a reakciógázban csak 10% hidrogén-tartalom megháromszorozza a redukció sebességét. Ez a termelés a szén-monoxidhoz hasonlóan nagyon endoterm: H 2 O + C → H 2 + CO fogyasztása 131,4 kJ / mol
A vas-oxidok a következő sorrendben redukálódnak:
Fe 2 O 3 → Fe 3 O 4 → FeO → Fe hematit → magnetit → wustit → vas
Az egyes oxidok közötti átmenet több egyidejű redukciós reakciónak köszönhető:
Hőmérsékletek | Közvetett csökkentés | Közvetlen redukció | Hidrogén redukció |
---|---|---|---|
100 ° C <T < 260 ° C | Szikkadás | ||
500 ° C <T < 600 ° C 600 ° C <T < 900 ° C |
3 Fe 2 O 3 + CO → 2 Fe 3 O 4 + CO 2 Fe 3 O 4 + CO → 3 FeO + CO 2 |
3 Fe 2 O 3 + C → 2 Fe 3 O 4 + CO Fe 3 O 4 + C → 3 FeO + CO |
3 Fe 2 O 3 + H 2 → 2 Fe 3 O 4 + H 2 O Fe 3 O 4 + H 2 → 3 FeO + H 2 O |
900 ° C <T < 1100 ° C 1100 ° C <T < 1150 ° C |
FeO + CO → Fe + CO 2 | FeO + C → Fe + CO | FeO + H 2 → Fe + H 2 O |
1200 ° C <T < 1600 ° C | Karburálás és fúzió |
A gangue és az érc szennyeződései szintén több kémiai reakción mennek keresztül a tégely felé történő ereszkedésük során; mind endoterm. Reakciók de szénsavval a sziderit (FeCO 3) és mészkő ( CaCO 3) vas-redukciós reakciók előtt fordulnak elő:
FeCO 3 → FeO + CO 2 a 500 ° C <T < 700 ° C-
CaCO 3 → CaO + CO 2 a 700 ° C <T < 900 ° C-on
A kohó csak az MnO 2 mangán-oxidok felét redukálja fémvéés az MnO- t a vasércekkel a kohóba juttatták. Míg az MnO 2 redukciója CO által gyorsan elvégezhető, az MnO csökkenése közvetlen: MnO + C → Mn + CO T> 1000 ° C esetén
Hasonlóképpen a szilícium-dioxid SiO 2 részben csökkent egy közvetlen redukcióval: SiO 2 + 2 C → Si + 2 CO ha T> 1500 ° C
Az összes réz- , foszfor- és nikkel- oxid teljesen redukálódik fémvé. A króm és a vanádium mangánként, titánként , például szilíciumként hat . Kalcium-oxidok ( CaO ), alumínium ( Al 2 O 3) és a magnézium ( MgO ) nem redukálható, és teljes egészében a salakban található meg. A cink , az alkáli és a kén :
S + CaO + C → CaS + CO T ≈ 1 550 ° C-on
Ami a szélben lévő nitrogént illeti , az keveset és visszafordítható módon reagál. Ezért elsősorban hő előtétként szolgál.
A tartály fellángolása megkönnyíti a terhelések süllyedését és kíséri azok kitágulását. A polcok zsugorodása kíséri az érc szinterelését, majd megolvasztását. A nem szinterelő és nem olvadó koksz alapvető fontosságú a gázáteresztés és a töltéstámogatás szempontjából. Szerepe valójában többszörös: Ha egy modern kohót fogyasztunk minden tonna öntöttvasért, 294 kg kokszot és 180 kg szenet a fúvókáknál, akkor:
Hőmérsékletek | Jelenségek | |
---|---|---|
Érc | Koksz | |
100 ° C <T < 260 ° C | Szikkadás | |
500 ° C <T < 900 ° C | Redukció (Fe 2 O 3 → Fe 3 O 4 → FeO) | |
900 ° C <T < 1200 ° C | Redukció (FeO → Fe) Karburálás és szinterelés |
CO regeneráció |
1200 ° C <T < 1600 ° C | Egyesülés | Égés |
T ≈ 2100 ° C | Üreg az egyes fúvókákkal szemben | |
1600 ° C | Karburálás és kéntelenítés | Pusztulás |
A kohó nagyon érzékeny reaktor bármilyen rendellenességre. Ezenkívül a szerszám mérete miatt a hőveszteség vagy a futásteljesítmény romlása nagyon drága, sőt veszélyes is . A készülék belsejében zajló fizikai és kémiai jelenségek megértése ezért elengedhetetlen.
A kohóban uralkodó szélsőséges körülmények azonban nem teszik lehetővé a hozzáférést az arra reagáló anyagokhoz. Ezután a méréseket meg kell szorozni a terhelés kerületén, vagyis a készülék tetején, a készülék falain és az öntvénynél. A cél az anyagon keresztül emelkedő gázok nyomásának és sebességének, valamint a szilárd anyagok és folyadékok mozgásának levezetése. A fontos paramétereket, például az adagolófelület magasságát vagy a fal hőmérsékletét többféleképpen mérik, hogy megóvják az esetleges meghibásodásoktól.
Zónás | Mérendő mennyiségek | Használt technológiák |
---|---|---|
Gueulard | A terhelés magassága Az anyagok felületének morfológiája A terhelést elhagyó gáz hőmérsékletének és / vagy összetételének radiális eloszlása |
Szonda mechanikus vagy radar leképező radar Radiális mérőnyaláb |
A tartály teteje | A hőmérséklet és / vagy a gáz és a töltet összetételének radiális eloszlása | Mozgó szonda vízszintesen behatol a terhelésbe |
A tartály alja a polcokig |
Anyagáramlás Tűzálló anyagok kopása / bélése |
Radioaktív szondák (ritka) Ultrahangos szondák |
Fúvókák | A fúvókákba fecskendezett szél és adalékanyagok jellege és áramlási sebessége A hűtővíz által kibocsátott hő |
Áramlás / hőmérséklet mérése |
Olvasztótégely | Nyersvas és salak összetétele és hőmérséklete | Hőmérsékletmérés és öntöttvas mintavétel |
A keresésekből más mérési módszereket értékelnek. Például kihasználható az a megfigyelés, hogy az olvadt anyagok jelenléte a tégelyben alacsony elektromos feszültséget generál az árnyékolásban. Az ultrahang segítségével mérhető a hőmérséklet vagy az anyagok felületi morfológiája stb.
Azonban a „feldolgozást ilyen nagy mennyiségű információ túl van a számítási kapacitást bármely emberi lény . ” Valójában az 1990-es évek végétől a vezetéstámogató rendszerek 150 fő fizikai és kémiai jelenséget rögzítettek, amelyeket közel 1000 méréssel folyamatosan értékeltek. Az a tény, hogy bizonyos jelenségek azonnali, míg mások nagyon lassan jelennek meg, oda vezetett, hogy a fejlesztési szakértői rendszerek , neurális hálózatok , a kognitív ergonómia tanulmányok , stb
Nagyolvasztó tüzelésénél a készüléket elég lassan meg kell szárítani, majd melegíteni kell, hogy a tűzálló anyagok ne sérüljenek meg, de gyorsan elérjék azt a hőmérsékletet is, amely elegendő ahhoz, hogy a töltött termékeket folyékony formában ki tudják üríteni. Ehhez a kohót nagy mennyiségű tüzelőanyaggal (gyakran fával) töltjük meg, érc helyett salak betöltése révén korlátozzuk a hőigényt, és a szél áramlásának beállításával fokozatosan aktiváljuk az égést. Az a tény továbbra is fennáll, hogy egy kohó beindítása, amely néhány hétig tart, és megszakítás nélküli, körülbelül tizenöt éves gyártási kampányt indít, továbbra is kényes művelet, mivel ezekhez a korlátozásokhoz hozzáadódnak a villanykemence beindításához kapcsolódó elkerülhetetlen üzemzavarok új és összetett telepítés, amelynek viselkedése és kialakítása mindig más.
A karbantartás elkerülhetetlen leállási ideje vagy az eseményekkel kapcsolatos események nem haladhatják meg a néhány napot az eszköz "lefagyasztásának" büntetésével. Ezeknek feltétlenül számolniuk kell: nagy mennyiségű kokszot töltenek be, és a szél néhány órával később elszakad, amikor ez a koksz megérkezik a fúvókák elé. Így újraindításkor a kiegészítő koksz elégetése pótolja a leállítás során elvesztett hőt.
Hosszabb vagy végleges leállítás esetén a készüléket a lehető legnagyobb mértékben ki kell üríteni. A tégely legalacsonyabb pontján elhelyezett speciális csaplyuk lehetővé teszi az összes megolvadt anyag ürítését. Az olvadatlan anyag, főleg a koksz szintje a fúvókákig ereszkedik. A művelet azért kockázatos, mert az alacsony és forró területeket, amelyeket már nem fednek le, vízpermetezéssel kell hűteni, amelynek disszociációja robbanásveszélyes gázt képez, mivel hidrogénben gazdag.
EseményekFélt, de ritka esemény a kohó „elzáródása”. Ha a készülék felső részében fordul elő, akkor ez egy boltozat kialakulásának felel meg, amely alatt az anyagok tovább ereszkednek a tégely felé. A boltozat alatt üreg keletkezik, amíg hirtelen összeomlik. Az alsó rész eltömődése az olvadt anyagok kiürítésének képtelenségének felel meg. A leggyakoribb hideg kohó a víz véletlen bejutása vagy a szél vagy a koksz által előidézett hőhiány miatt, tudva, hogy a hőfelesleg ugyanahhoz az eredményhez vezet. Ez a ritka és féltett esemény az üzem leállítását jelentette, ami talán végleges:
- Ha a mérnök nem siet, késő lesz, és a kemencének, amely hatalmas magmával, farkassal van tele, csak le kell állnia; még nagyrészt lebontani kell, és hosszú és drága munkát kell elvégezni a vasmassza eltávolítása érdekében, amely ellenáll, amely felülről lefelé terheli, és amelynek nagy része könnyen csak a por erejének enged meg ...
Tehát egy farkast készítő mérnök talán nyomorúságosabb helyzetben van, mint a hajóját elveszítő tengerész; ritkán talál kifogásokat vezetőitől. De itt ismét a tudás, a kezdeményezőkészség, az erkölcsi és fizikai erő, az emberi energia, amely kevésbé dicsőséges színtéren hasonlítható a hadvezér főhöz, akinek a hadserege veszélyben van, vagy annak a hajósnak, akinek az edénye veszélyben van. elveszett; mert a legelõre nem látott és legkevésbé könnyen elõrelátható célok néha egyedül képesek elkerülni a veszélyt. "
- J. Garnier , Le Fer
Ugyanolyan veszélyes, ritka és költséges áttörés az olvadt vas árnyékolásában, „miután a tégelyt elzárták […], a legféltettebb esemény, amelyet az öntöde és általában a nagyolvasztó utál. " Az anyagáramtól való kopás áttörést okozhat a tartályban is, de ezeket általában hűtőrendszer szivárgások előzik meg, amelyeket a hűtőkörök műszerezése, valamint a tartály megemelésével lehet kimutatni. a kohó. Végül a készülékben keringő gázok szerepe nem elhanyagolható: ezeket az olvadt anyagokkal ellentétben lehetetlen beállítani, és homokfúvással kopást okozhatnak .
Ezzel szemben előfordulhat, hogy a tűzálló anyagokat védő és a készülék intenzív hűtésének eredményeként kapott réteg túlságosan megvastagszik. A cink vagy lúg telítettség elősegíti ennek a rétegnek a helyi megvastagodását. Ezután jelentősen megzavarja az eszköz áramlását. Ezenkívül a kialakult "körítve" több száz tonna súlyú és instabil lehet, különösen, ha a készülék felső részeiben található. Hirtelen felszabadulása megzavarja a kohó működését és eltömődést okozhat.
Mindezek a zavarok, ha nem sajátítják el őket időben, követhetik egymást, vagy akár kombinálódhatnak is. A tégelyből felszálló gáz által okozott túlnyomás, a készülékbe kerülő víz (gyakran a hűtőrendszerből származó) gőzrobbanások , hirtelen meggyulladó gáz- vagy porzsebek stb. látványos események: a biztonsági szelepek, a légtelenítők kinyílása ekkor összehasonlítható „mérföldeken át hallott vulkán […] kitörésével ; gondoljunk csak arra, hogy 4 vagy 5 sugárhajtású repülőgép tekeri fel motorjaikat: ez a gázkipufogó által keltett zaj. " Amikor a szelepek sikeresebben engedik ki a gázt, a kár az üzem csővezetékein terjedt át . Maga a készülék robbanása, amely a XX . Század végén vált kiemelkedővé, sok áldozatot okozhat a személyzet körében.
Az elérni kívánt járó magas hőmérsékleteken a folyamatot kíséri bővítések és fázisátalakulások , amelyek várható különböző technikákkal ( játékok , biztosítékok , stb ) idején égetés. Másrészről a jelentős hűtés, még szabályozva is, olyan rendellenességekhez vezet, amelyek miatt a sütők üzemen kívül helyezhetők. Ezért egy nagy, korszerű, felgyújtott kohó megkezdődik egy 10–20 éves kampányban, amelynek során működése csak évente néhány napig szakítható meg a kiegészítő létesítmények karbantartási műveleteivel .
Így a konstrukciónak különösen robusztusnak, modulárisnak és redundánsnak kell lennie. Rossz technológiai választás, alkalmatlan alapanyagok, vezetési hibák stb. , következményei lehetnek a kampány időtartamára, amikor azt nem szakítja meg egy esemény ( gőzrobbanás , kopás vagy korrózió miatti tönkremenetel, gázszivárgás stb. ), amelynek következményei néha tragikusak. A biztonság garantálása a kohó alapvető szempontja. Az események következménye a környezeti hatásuk: bár nem túl szennyező (különösen, ha összehasonlítjuk a kokszolóval és az ehhez kapcsolódó agglomerációs üzemmel), a nagyolvasztó biztonsága kevés figyelmet fordít a szomszédságára.
Egy ilyen összetett eszköz működése során az emberi tényező a meghatározó. A XXI . Században is az üzemeltetők kompetenciája gyakran kapcsolódik a helyi kohászati hagyományokhoz: "Az öntvény szektor teljesítményének szintjét tehát nagyrészt előre meghatározzák a területen korábban tárolt és szétszórt ismeretek. "
A nehézipar archetipikus , az acélipart megkülönbözteti gyárainak mérete és költsége, amelyeknek a kohó csak egy eleme. 2012-ben a költségek az épület egy modern „forró növény” (kokszoló üzem, szinter növény , 2 kohókról és acél üzem ) a kapacitás 5 millió tonna acél lemezek évente lehet eléri a 9 milliárd euróra dollárt . Ebből az összegből a kohók építése körülbelül egymilliárd dollárt jelent. A kohóépítésbe fektetett tőke költsége ekkor az olvasztási költségek 25–30% -át teszi ki. Ez a költség jelentősen csökkenthető az eszközök méretének és termelékenységének növelésével.
A befektetett tőke amortizációja az ipari forradalomtól kezdve a versenytől a gigantizmusig táplálkozott . De a gyártási folyamat végén a javítás elegendő lehet a telepítés lehetőségeinek megújításához. Például a duisburgi 1. kohó 2008 márciusában kezdte meg ötödik gyártási kampányát. Ez a körülbelül 15 évente elvégzett javítás 100-250 millió euróba kerül , a helyszín nagyságától függően (kopott tűzálló anyagok, elavult automaták cseréje, deformált árnyékolás, új működési módokhoz nem megfelelő mechanizmusok stb. ).
Nyilvánvalóan gazdaságosabb, mint egy új gyár építése, a kohó egymást követő felújításai az acélkomplexum élettartamát legalább 25 éves stratégiai távlatokba helyezik. A kohójavítás azonban kivételes projekt ritkasága és terjedelme (1,5–5 év tervezés, majd száz nap építkezés) miatt, az eszközök gigantizmusa miatt. Ezenkívül a kohók folyamatosan felújított kora illuzórikusvá teszi szabványosításukat.
Funkcionális költségekA termelési költségek nagymértékben függenek a nyersanyagok árától. 2010–2011-ben az érc és a szén felvásárlása a nyersvas és a kapcsolódó melléktermékek előállítási költségeinek 52, illetve 36% -ának felelt meg. Ezen túlmenően ezek az anyagok, amelyeket legalább a lánc előtt elhelyeznek, jelentős pénzmozgást jelentenek.
Ezzel szemben a személyi költségek egy nyugati országban csak a termelési költségek 2,2% -át teszik ki. Az alacsony árrés miatt az acélipar továbbra is olyan iparág, ahol az anyag- és energiaveszteség korlátozására képes csapatok képességei fontosabbak, mint a bérek. De a veszteségek vadászata nehéz a régi iparosodott országokban, mivel a régi acélkomplexumok nem rendelkeznek koherenciával.
Az öntöttvas a vas megolvadásából származik, amely kokszal érintkezve telítetté válik szénnel . A közvetlen redukciós reakciók által előállított fémek (mangán, szilícium, foszfor stb. ) Szintén ide tartoznak.
Az öntöttvas felhasználásától függetlenül, függetlenül attól, hogy öntött vagy finomított-e, a kohó olyan összetételre törekszik, amely lehetővé teszi az utána következő szerszámok optimális működését. A finomító átalakítóhoz használt öntvény (amely a XX . Század végén képviseli a vaskemence szinte egészét), bár " fehér vasrá " szilárdul, soha nem hívják így. Ez az olvadt „ nyersvas ” csak kémiai összetételét és hőmérsékletét tekintve értékes. Az öntöttvas osztályozása, amely magában foglalja a hűtést és a lehetséges kezeléseket, ezért általában nem releváns az acél gyártása során .
TejtermékA salak az érc bandájának felel meg, amelyhez hozzáadják a koksz hamvait. Összetételét úgy tervezték, hogy biztosítsa a tégely könnyű kiürítését, de az öntöttvas kéntelenítését vagy akár a tégely védelmét is lehetővé teszi. Az öntés után, a csomagolásától függően, népszerű nyersanyaggá válik. Főleg cementgyártáshoz használják (Európában a termelés 2/3-a, főleg üveges salak), vagy útkitöltőként (Európában a termelés 1/3-a, főleg kristályosodott salak). Használják többek között üveg , kőzetgyapot vagy beton adalékként is ...
„1982-ben Franciaországban a gazdasági mérleg [a tej értékesítésével kapcsolatban] szinte szisztematikusan hiány volt. " Ez a megégett termék azonban melegítéssel kibocsát üvegházhatású gázokat . Ez a tulajdonság a vitrifikációs folyamatok széles körű alkalmazásával együtt (a XXI . Század elején) kifizeti a salaktermelést. Bár a salak térfogata megegyezik az előállított nyersvas mennyiségével (a sűrűségbeli különbség miatt), a granulált salak eladási ára a nyersvas előállítási költségének kevesebb mint 5% -át teszi ki.
NagyolvasztógázA kohógáz 22% szén-dioxidot (CO 2), 22% szén-monoxid (CO), 51% nitrogén (N 2) És 5% -os hidrogén (H 2). Ez egy sovány gáz , alacsony fűtőértékkel (3000 kJ / Nm 3 ) a szén-monoxid és a hidrogén jelenléte miatt, de a készülék hőháztartásának jelentős részét (~ 30% -át) képviseli.
Ezt a jelentőséget a megtermelt gázmennyiség magyarázza. Egy modern kohó tonnánként öntöttvasból körülbelül 1500 Nm 3 gázt termel. Figyelembe véve sűrűségét (1,30–1,35 kg / Nm 3 ), az előállított gáz tömege nagyobb, mint a salak és az öntöttvas együttvéve. Ezenkívül ez a gáz a kohó élettartama alatt folyamatosan keletkezik.
Az előállított gáz egyharmadát a teherautók közvetlenül felhasználják . Az acélgyárba integrált kokszolóüzem a kohók által előállított gáz körülbelül 20% -át fel tudja fogyasztani. A többit más acélkemencékben értékelik, vagy villamos energia előállítására használják fel , általában a kazán által táplált gőzturbinának köszönhetően ( gázmotorokkal , égésturbinákkal vagy ciklusos erőművekkel is találkozunk . Együtt ). Alkalmasan dusted és esetleg dúsított több energetikai gázok, az égéstermékei kibocsátások csak néhány füst és a szennyező anyagok, kivéve a nagy mennyiségű CO 2, üvegházhatást okozó gáz . A szén-monoxid elégetésével több szén-dioxid képződik. 2019-ben az acélgyártás felelős a globális szén-dioxid-kibocsátás 7–9% -áért. Ennek a kibocsátásnak a csökkentése úgy lehetséges, hogy a szenet hidrogénnel, biomasszával vagy műanyag hulladékkal helyettesítik. További lehetőségek a szén megkötésének és felhasználásának vagy a szén megkötésének és tárolásának technológiája, valamint több újrahasznosított anyag használata.
Nem vas- és acél kohókA kohó alapelve, vagyis a szén elégetésével történő edényben történő redukció és olvadás nem kizárólag a vasra alkalmazható:
„Az aknás kemencékben nem csak az oxidált vasércek csökkenthetők. Ugyanezt a kezelési elvet, mint már mondtuk, számos fémnél kipróbálták vagy alkalmazták, változó sikerrel. "
- E.-L. Grüner, A kohászat traktátusa
Az Ellingham-diagram valóban azt mutatja, hogy szén-monoxid sok fém-oxidot többé-kevésbé magas hőmérsékleten fémdé redukál . Elméletileg, akkor ezáltal megszerezni a réz a -5 ° C-on , a nikkel át 500 ° C-on , a króm át 1441 ° C-on , stb
Más fémek esetében a redukciós hőmérséklet túl magas: így az alumínium-oxid 2315 ° C-ra csökken . Szükség van továbbá arra, hogy az oxidok ne párologjanak el, amikor elérik a redukciójukhoz szükséges hőmérsékletet: a XIX . Században a cink kinyerését a kohóban lehetetlennek, az ólomnak pedig nehéznek ítélték , mivel az alacsony párolgási hőmérséklet néhány oxidjuk.
E megfigyelések alapján a kohót régóta használják fémek, különösen ólom, réz, nikkel stb. Ritkábban cinket, valamint foszfort is előállítottak ilyen eszközökkel . Pontosabban, a kohó figyelemre méltóan alkalmas ferroötvözetek előállítására : a ferroszilíciumot , a ferrokrómot és különösen a ferromangánt ilyen módon könnyű előállítani.
A kohóban megszűnt a ferrokróm gyártása, a Paul Héroult által 1900 körül kidolgozott elektromos ívkemencés eljárás teljesen felülmúlta azt. A XX . Század végén a legtöbb színesfém-gyártási folyamat nagyolvasztót még az elektromos kemence is kiszorítja, kevesebb tőke , kisebb és rugalmasabb. Széles körben alkalmazták azokat a mangán kohókat, amelyek pirometallurgiája közel áll a vaséhoz : ezek biztosították a ferromangán termelésének többségét egészen 1975-ig, amikor az elektromos kemence már megalapozta a többieket. 2011-ben a kohó csak a világ ferromangántermelésének 8% -át tette ki. Ez a gyártási módszer főleg Kínában ( 2011-ben 350 000 t / év ) és Oroszországban ( 2011-ben 160 000 t / év ) marad fenn. A kínaiak emelték a nyers nikkel nyersvas kohó termelését is : eltűnt a XX . Század folyamán, 2011-ben a világ nikkeltermelésének csaknem 5% -a.
1837-től 1986-ig, vagyis 150 évig a kohó termelékenységét megszorozták 1000-rel. A készülék teljesítménye bármennyire is kivételes, nem szűnik meg javulni: Franciaországban egy tonna öntvény előállításához 3 tonna szükséges szén a XVI . és XVII . századig, 1,5 tonna szén a XVIII . századig, 1 tonna koksz 1961-ben. A modern kohók tartalma, a XXI . század 240 kg koksz és 200 kg szén.
A gigantizmusért folytatott verseny egyszerre kedvezett és büntetett a kohóban. Az Amerikai Vas- és Acélintézet szerint : „A kohók a következő évezredben is fennmaradnak, mert a nagyobb, hatékonyabb kohók képesek lesznek nyersvasat előállítani más technológiákkal versenyképes áron. " Fontosságuknak azonban csökkenniük kell az elektromos acélhoz képest , valószínűleg a folyamatok közvetlen redukciójával . 2012-ben a világ nyersacéljának 30% -át elektromos ívkemencékben állították elő .
Kisebb és rugalmasabb alternatív közvetlen redukciós eljárások azonban csak meghatározott feltételek mellett nyereségesek. Indokoltak, amint a kohót a vas- és acélegyüttes egyszerű láncolatának tekintjük: „nemcsak a kohóra, hanem a kokszolóüzemre és az ahhoz kapcsolódó agglomerációra is gondolnunk kell . Ma [a XXI . Század elején] egy kokszgyár építése óriási vállalkozás, összehasonlítva az ívkemence teljesítményével . Települések, amelyek már egy veszélyeztetett faj [ sic ] az Észak-Amerikában , szintén egy nagy dolog, ha megnézi a környezetvédelmi előírásoknak. "
A pénzügyi és technikai rugalmasság elengedhetetlen feltételei, a kohófolyamat belső tulajdonságai mellett, modern „mini kohók” kifejlesztéséhez is vezetnek (ideértve a faszenet is alkalmazóakat). Ezek 1990-ben az öntöttvas világtermelésének 3,4% -át képviselték (szemben a közvetlen redukció 2,7% -ával): ezek tehát szintén marginális eszközök, de az acélgyártók gondosan értékelik őket.
Így az elején a XXI E század, annak ellenére, a bejelentések, az alternatív eljárások, különösen a közvetlen csökkentése, nem ideges az acélipar . Megteremtődött az egyensúly az elektromos acélmű és az öntöttvas ipar között. Ez a megfigyelés arra készteti a kutatókat, hogy egyetértenek abban, hogy a kohóban a nyersvas-termelés fő folyamatát látják, bár csökkenő, az elkövetkező évtizedekben. Javításakor ekkor figyelembe kell venni:
Ez az utóbbi két pont különösen ígéretesnek tűnik. A tiszta oxigénből álló szél és a fúvókákba történő erős szénbefecskendezés kombinálva a kohót valódi gázosítóvá alakítja . De a keletkező gáz elégetése sok CO 2 -ot eredményez, üvegházhatású gáz. Ezután kiválthatja a hidrogénnel történő redukciót, és a gázok újrafeldolgozása nyereségessé válhat ( a nyomás visszafordításával vagy a gázok aminokkal történő kezelésével történő modern adszorpciós folyamatok megjelenésének köszönhetően ), ami növelné az egész folyamat elektromos fogyasztását.