Udgivet i Skriv en kommentar

metallurgisk koks

Britisk overgang til koks

vedtagelse af metallurgisk koks til jernsmeltning var bestemt en af de største tekniske innovationer i den moderne æra, da den afbrød afhængigheden af træ, åbnede vejen mod en enorm vækst i ovnkapacitet og til multiplikation af årlige output og frigjorde smeltesteder fra nærheden til vandløb, der var i stand til at drive ovnbælge. Der var flere grunde til, at udskiftning af trækul med koks på engelsk og Svejseovne var en ret langvarig affære. Oprindeligt var det den lette britiske adgang til overkommelig import af baltisk jern (skønt den russiske smeltning stort set blev udført i Ural, forsendelserne kom via Sankt Peterburg), og de første kommercielle anvendelser af brændstoffet indikerede, at koksbaseret smeltning ikke var økonomisk attraktiv (Harris, 1988; Hyde, 1977).koks blev først brugt i England i begyndelsen af 1640 ‘ erne til tørring af malt (en opgave, der ikke kunne udføres med kul, da dets forbrænding producerede rigelige partikler og svovlemissioner), og mislykkede forsøg på dets anvendelse (og også af kul og tørv) i metalsmeltning fandt sted i sidste halvdel af det syttende århundrede, men det var først i 1709, da Abraham Darby (1678-1717) blev den eneste pioner inden for jernmalm smeltning med koks. Hyde (1977) tilbød en overbevisende forklaring på, hvorfor engelske jernmestre i første halvdel af det attende århundrede ikke fulgte Darbys eksempel (hans to ovne i Coalbrookdale brugte koks udelukkende efter 1720, og en i Viley brugte kun koks siden 1733) før begyndelsen af 1750 ‘ erne.

selvom nogle 25 kulbrændte ovne blev lukket mellem 1720 og 1755, steg den samlede produktion af kulsmeltet jern fra næsten 19.000 til næsten 25.000 t i løbet af de mellemliggende 35 år. Årsagen var hverken nogen hemmeligholdelse omkring Darbys innovation eller en ringere kvalitet af kokssmeltet jern, men betydeligt højere driftsomkostninger for koksdrevne ovne og ingen større omkostningsforskel i kapitalomkostningerne ved nye ovne. Hyde (1977) beregnet, at driftsomkostningerne for de to processer kan være blevet lige i slutningen af 1730 ‘erne, men på grund af den store mængde koks, der blev forbrugt, var de samlede omkostninger til fordel for kulovne indtil begyndelsen af 1750’ erne.Darby og hans efterfølgere var i stand til at gøre den koksbaserede smeltning rentabel “på trods af højere omkostninger ved den nye proces, fordi de modtog højere indtægter end gennemsnittet fra et nyt biprodukt af koks råjern-tyndvæggede støbegods” (Hyde, 1977, 40). Denne teknik, patenteret i 1707, før Darby begyndte sin kokssmeltning, drage fordel af højere fluiditet af Si-rig kokssmeltet jern, der kunne bruges til at producere meget tyndere gryder (med halvt så meget masse som dem, der er lavet af det kulsmeltede jern) med færre defekter. Desuden konkluderede Hyde (1977) også, at det var dyrere at fremstille stangjern af koks-råjern end at fremstille det af kulstøbejern, fordi det tidligere flydende metal indeholdt mere silicium.

King (2011) gennemgik Hyde ‘ s (1977) forklaringer og hans detaljerede undersøgelse af Coalbrookdale forretningsregistre (findes i fire kontobøger) og bekræftede konklusionen vedrørende omkostningerne ved råjern smeltet med koks, men fandt, at det samme argument ikke gjaldt for produktionen af barjern. Kontobøger viser et enormt koksforbrug i Coalbrookdale ovne i 1720 ‘erne og dets gradvise tilbagegang i 1730’ erne. men regnskaberne og sammenligningerne med andre smedjer viser, at Coalbrookdale enterprise ‘ s dårlige resultater ikke skyldtes iboende problemer med koks-smeltet råjern, men snarere en påviselig kendsgerning, at det var en lille og ineffektivt drevet virksomhed.

forsinkelse i udbredt koks vedtagelse var således stort set et spørgsmål om bar jern pris: “Uanset hvilke tekniske vanskeligheder der eksisterede i brugen af koks-råjern i smedjer i begyndelsen af 1720′ erne, blev disse åbenbart overvundet ved udgangen af dette årti, men den deprimerede tilstand af jernhandelen afskrækkede introduktionen til markedet for koks-smeltet smedejern, indtil industrien nød godt af et økonomisk opsving i 1750 ‘erne. dette opsving kan delvis tilskrives den svenske begrænsning af deres jernproduktion, der begyndte et par år tidligere” (King, 2011, 154). Engelske producenter reagerede næsten øjeblikkeligt ved at bygge nye koksdrevne ovne efter midten af 1750 ‘ erne. Næsten 30 koksbaserede ovne blev bygget mellem 1750 og 1770, og deres andel af råjernsproduktionen steg fra kun 10% til 46% (King, 2005).

dette var en epokal ændring fra afhængigheden af en ressource, der var vedvarende, men som allerede var mangelvare i mange regioner, og hvis maksimale realistiske udnyttelse ikke kunne understøtte den fremtidige udvidelse af jernproduktionen til afhængigheden af et ikke-fornyeligt brændstof, der kunne produceres billigt fra rigelige kulforekomster, og hvis produktion kunne skaleres op for at imødekomme enhver forudsigelig udvidelse af jernindustrien. Og udskiftningen fjernede presset på kontinentale skove: Madureira (2012) beregnet, at 52% af Belgiens skovareal i 1820 blev brugt til at producere metallurgisk trækul, og at selv i meget større og meget mere skovklædt Frankrig og Sverige var aktierne omkring 15% i 1840.

umuligheden af langvarig afhængighed af trækul illustreres let med relevante beregninger for det usædvanligt trærige USA. Amerikansk landsdækkende jernproduktionsstatistik begyndte i 1810, da smeltning af 49.000 t råjern forbruges (forudsat en gennemsnitlig hastighed på 5 kg trækul eller mindst 20 kg træ pr.kg varmt metal) omkring 1 Mt træ. Selv hvis alt det træ ville være kommet fra naturlige gamle væksttræskove, der lagrede omkring 250 t/ha (brun, Schroder, & Birdsey, 1997), og selvom alt overjordisk fytomasse blev brugt til kulning, skulle et areal på næsten 4000 km2 (en firkant med en side på næsten 63 km) ryddes hvert år for at opretholde dette produktionsniveau. Rige amerikanske skove kunne understøtte en endnu højere sats, og i 1840 blev alt amerikansk jern stadig smeltet med trækul, men efter en efterfølgende hurtig skift til koks energi næsten 90% af jernproduktionen i 1880, og fremtidige stigninger i jernproduktionen kunne ikke baseres på trækul, i 1910—med jernproduktion på 25 Mt og endda med meget reducerede afgifter på 1,2 kg trækul og 5 kg træ pr.kg varmt metal—ville landet have krævet 125 Mt træ om året.

dette krav alene (bortset fra alt trækulbehov til yderligere metalforarbejdning) ville have nødvendiggjort (selv med høj gennemsnitlig stigning på 7 t/ha i naturlige skove) årlig træhøst fra næsten 180.000 km2 skov (Smil, 1994). Dette område ville være lig med Missouri eller Oklahoma (eller en tredjedel af Frankrig), og hvis det var en firkant, ville dens side gå fra Philadelphia til Boston eller fra Paris til Frankfurt. Det var klart, at selv skovrige Amerika ikke kunne gøre dette. Desuden kunne der ikke være nogen tvivl om dens overlegenhed som metallurgisk brændstof. Koks produceres ved opvarmning af egnede slags bituminøse kul (de skal have lavt aske–og lavt svovlindhold) i fravær af ilt: denne pyrolyse (destruktiv destillation) driver næsten alt flygtigt stof af og efterlader næsten rent kulstof med lav tilsyneladende tæthed på kun 0,8-1 g/cm3, men med højere opvarmningsværdi ved 31-32 MJ/kg, omtrent dobbelt så energitæt som lufttørret træ, men kun lidt mere energitæt end det bedste trækul.

som med de fleste tekniske fremskridt var effektiviteten af tidlige koksproduktionsmetoder meget dårlig. I mere end et århundrede var standardmetoden til fremstilling af koks i lukkede bikubeovne (Sekston, 1897; Vasklaski, 2008). 3,8 m) blev normalt bygget i banker (kaldet batterier, hvor nogle amerikanske batterier til sidst havde 200 til 300 bikuber), ofte i en bjergskråning (hvilket gør det lettere at dække dem med jord) og altid med stærke frontale støttemure. Efter 4 eller 5 dages forvarmning (først med træ, derefter med kul) blev startbrændstoffet fjernet, hoveddørene blev muret op til to tredjedele af deres højde, og ovne blev ladet med kul. Gennemsnitlig opladning for en standardovn var 5-5, 5 t, fyldt kul blev udjævnet med en jernstang, døre blev muret op og forseglet med ler, og i de næste 2 til 3 dage (brændende perioder varierede mellem 40 og 75 timer) tændte langsomt brændende bikubeovne nattehimlen med en orange-rødlig glød og udsendte varme gasser gennem deres åbne toppe (trunnelhoveder).

når den kontrollerede afbrænding sluttede koks blev færdig med at slukke med vand, døre blev brudt op, og brændstoffet blev fjernet fra bistader, der skal transporteres til højovne. Tidlig bikubekoksning forbruges op til 2 t kul pr.ton koks; senere steg udbyttet til 60% og til sidst til omkring 70%. Coke ‘ s evne til at understøtte tungere ladninger af malm og kalksten gjorde det muligt at bygge højere højovne med større kapacitet og højere output, hvilket igen øgede efterspørgslen efter koks. Nogle af disse tidlige koksovne brugte nye ineffektive dampmaskiner, og efter 1776 blev diffusionen af koksbaseret smeltning stærkt hjulpet af vedtagelsen af vands dampmaskiner som drivkræfter for mere kraftfulde bælge: de blev brugt på den måde i 1782, og i 1790 havde England og Danmark 83 koksdrevne ovne i drift og 71 havde dampdrevne bælge (Hyde, 1977). Men kulbrændte ovne forsvandt ikke: i 1810 smeltede de stadig en tredjedel af engelsk og jern.

Skriv et svar

Din e-mailadresse vil ikke blive publiceret.