Posted on Leave a comment

Metallurgical Coke

Brit átmenet koksz

elfogadása kohászati koksz vasolvasztás határozottan az egyik legnagyobb technikai újítások a modern kor, mivel megszüntette a függést a fa, megnyitotta az utat a hatalmas növekedés kemence kapacitások és megsokszorozódása éves output, és felszabadította olvasztás helyeken a közelsége patakok képes áramot kemence fújtató. Számos oka volt annak, hogy az angol és walesi kemencékben a szén kokszra való cseréje meglehetősen elhúzódó ügy volt. Kezdetben ez volt a könnyű Brit hozzáférés a Balti vas megfizethető behozatalához (bár az orosz olvasztást nagyrészt az Urálban végezték, a szállítmányok Sankt Peterburgon keresztül érkeztek), és az üzemanyag első kereskedelmi felhasználása azt jelezte, hogy a kokszalapú olvasztás pénzügyileg nem volt vonzó (Harris, 1988; Hyde, 1977).

a kokszot először Angliában használták az 1640-es évek elején a maláta szárítására (ezt a feladatot nem lehetett elvégezni a szénnel, mivel elégetése bőséges részecskéket és kénkibocsátást eredményezett), és a tizenhetedik század második felében sikertelen kísérletek történtek a fémolvasztásban (valamint a szén és a tőzeg), de csak 1709-ben Abraham Darby (1678-1717) a vasérc kokszos olvasztásának egyedüli úttörőjévé vált. Hyde (1977) meggyőző magyarázatot adott arra, hogy a tizennyolcadik század első felének angol vasmesterei miért nem követték Darby példáját (két Coalbrookdale-I kemencéje kizárólag 1720 után, Wiley-ben pedig csak 1733 óta használt kokszot) az 1750-es évek eleje előtt.

bár mintegy 25 faszénüzemű kemencét bezártak 1720 és 1755 között, a faszénnel olvasztott vas összesített termelése közel 19 000-ről majdnem 19 000-re emelkedett 25 000 t a közbeeső 35 év alatt. Ennek oka sem a Darby innovációját övező titoktartás, sem a kokszolvasztott vas alacsonyabb minősége volt, hanem a kokszüzemű kemencék lényegesen magasabb működési költségei, valamint az új kemencék tőkeköltségeiben nem volt jelentős költségkülönbség. Hyde (1977) kiszámította, hogy a két folyamat működési költségei az 1730-as évek végére egyenlővé válhatnak, de az elfogyasztott nagy mennyiségű koksz miatt az összköltségek az 1750-es évek elejéig a faszénkemencék javát szolgálták.

Darby és utódai nyereségessé tudták tenni a kokszalapú olvasztást “az új eljárás magasabb költségei ellenére, mivel az átlagosnál magasabb bevételeket kaptak a koksz nyersvas-vékonyfalú öntvények új melléktermékéből” (Hyde, 1977, 40). Ez a technika, amelyet 1707-ben szabadalmaztattak, mielőtt Darby megkezdte kokszolvasztását, részesült az Si-ben gazdag kokszolvasztott vas nagyobb folyékonyságából, amely sokkal vékonyabb edények előállítására használható (fele annyi tömeggel, mint a szénolvasztott vasból készültek), kevesebb hibával. Sőt, Hyde (1977) arra a következtetésre jutott, hogy bárvas készítése koksz nyersvasból drágább, mint faszénöntvényből, mert az egykori folyékony fém több szilíciumot tartalmazott.

King (2011) áttekintette Hyde (1977) magyarázatait és a Coalbrookdale üzleti nyilvántartásainak részletes vizsgálatát (négy könyvelési könyvben maradt fenn), és megerősítette a kokszolt nyersvas költségeire vonatkozó következtetést, de megállapította, hogy ugyanez az érv nem vonatkozik a rúdvas gyártására. A számlakönyvek hatalmas kokszfogyasztást mutatnak a Coalbrookdale kemencékben az 1720-as években és annak fokozatos csökkenését az 1730-as években. de a beszámolók és más kovácsokkal való összehasonlítások azt mutatják, hogy a Coalbrookdale enterprise gyenge teljesítménye nem a kokszolvasztott nyersvas eredendő problémáinak volt köszönhető, hanem inkább annak a bizonyítható ténynek, hogy kicsi és nem hatékonyan működtetett vállalkozás volt.

a koksz széles körű elfogadásának késedelme tehát nagyrészt a vas árának kérdése volt: “Az 1720-as évek elején bármilyen technikai nehézség is állt fenn a koksz nyersvas kovácsműhelyekben történő felhasználása során, ezeket nyilvánvalóan az évtized végére sikerült leküzdeni, de a vaskereskedelem depressziós állapota elriasztotta a kokszolvasztott kovácsoltvas piacának bevezetését, amíg az ipar nem részesült gazdasági fellendülésben az 1750-es években. ez a fellendülés részben annak tulajdonítható, hogy néhány évvel korábban megkezdték vastermelésük svéd korlátozását” (King, 2011, 154). Az angol gyártók szinte azonnal reagáltak új kokszüzemű kemencék építésével az 1750-es évek közepe után. Közel 30 kokszalapú kemencét építettek 1750 és 1770 között, és a nyersvas-termelés részaránya mindössze 10% – ról 46% – ra emelkedett (King, 2005).

Ez korszakos változás volt, kezdve egy megújuló erőforrástól való függőségtől, amely sok régióban már hiányban van, és amelynek maximális reális kiaknázása nem tudta támogatni a vastermelés jövőbeli bővítését, egészen a nem megújuló üzemanyagtól való függőségig, amelyet a bőséges szénlelőhelyekből olcsón lehet előállítani, és amelynek termelését fel lehet növelni, hogy megfeleljen a vasipar előrelátható bővülésének. A helyettesítés megszüntette a kontinentális erdőkre nehezedő nyomást: Madureira (2012) kiszámította, hogy 1820-ban Belgium erdős területének 52% – át kohászati faszén előállítására használták fel, és hogy még a sokkal nagyobb és sokkal erdősebb Franciaországban és Svédországban is körülbelül 15% volt a részesedés 1840-re.

a szénre való hosszú távú támaszkodás lehetetlensége könnyen szemléltethető a kivételesen fában gazdag Egyesült Államok vonatkozó számításaival. Az Egyesült Államok Országos vaskibocsátási statisztikája 1810-ben kezdődött, amikor 49 000 t nyersvas olvasztása elfogyasztott (feltételezve, hogy átlagosan 5 kg faszén vagy legalább 20 kg fa / kg forró fém) körülbelül 1 Mt fa. Még akkor is, ha az összes fa természetes, öreg növekedésű keményfa erdőkből származott volna, amelyek körülbelül 250 t/ha-t tárolnak (Brown, Schroder, & Birdsey, 1997), és még akkor is, ha az összes föld feletti fitomasszát faszénhez használták volna, évente közel 4000 km2 területet (egy négyzet, amelynek oldala majdnem 63 km) meg kell tisztítani, hogy fenntartsák ezt a termelési szintet. A gazdag amerikai erdők még nagyobb arányt tudtak fenntartani, és 1840—re az összes amerikai vasat még mindig szénnel olvasztották, de miután egy későbbi gyors átállás után a kokszra a vastermelés közel 90%—át 1880-ra feszültség alá helyezték, és a vastermelés jövőbeni növekedése nem lehetett faszénen alapulni, 1910-ben-a vastermelés 25 Mt-nál, és még az 1,2 kg szén és az 5 kg fa / kg forró fém sokkal csökkentett töltése mellett-az országnak évente 125 Mt fára lett volna szüksége.

önmagában ez a követelmény (a szén további fémfeldolgozásának minden igényét figyelmen kívül hagyva) szükségessé tette volna (még akkor is, ha a természetes erdőkben átlagosan 7 t/ha növekedés történt) az éves fa betakarítását közel 180 000 km2 erdőből (Smil, 1994). Ez a terület egyenlő lenne Missourival vagy Oklahomával (vagy Franciaország egyharmadával), és ha négyzet lenne, az oldala Philadelphiából Bostonba, vagy Párizsból Frankfurtba menne. Nyilvánvaló, hogy még az erdőkben gazdag Amerika sem tudta ezt megtenni. Sőt, nem lehet kétséges a kohászati üzemanyag fölénye. A koksz megfelelő típusú bitumenes szén melegítésével készül (alacsony hamutartalmúnak és alacsony kéntartalmúnak kell lennie) oxigén hiányában: ez a pirolízis (destruktív desztilláció) gyakorlatilag minden illékony anyagot elűz, és majdnem tiszta szenet hagy maga után, alacsony látszólagos sűrűséggel, mindössze 0,8–1 g/cm3, de magasabb fűtési értékkel 31-32 MJ/kg, nagyjából kétszer olyan energiasűrű, mint a levegőn szárított fa, de csak valamivel több energiasűrűséggel, mint a legjobb faszén.

a legtöbb technikai fejlődéshez hasonlóan a korai kokszgyártási módszerek hatékonysága is nagyon gyenge volt. Több mint egy évszázada a koksz előállításának szokásos módja zárt kaptárkemencékben volt (Sexton, 1897; Washlaski, 2008). Ezeket a félgömb alakú szerkezeteket (az amerikai kaptárak átmérője körülbelül 3,8 m volt) általában bankokba építették (úgynevezett akkumulátorok, néhány amerikai akkumulátor végül 200-300 méhkaptárral rendelkezik), gyakran egy domboldalba (megkönnyítve a földdel történő takarást), és mindig erős elülső támfalakkal. 4 vagy 5 napos előmelegítés után (először fával, majd szénnel) eltávolították az indító üzemanyagot, a bejárati ajtókat magasságuk kétharmadáig befalazták, a kemencéket pedig szénnel töltötték. Egy normál sütő átlagos töltése 5-5, 5 t volt, a betöltött szenet vasrúddal kiegyenlítették, az ajtókat befalazták és agyaggal lezárták, és a következő 2-3 napban (az égési időszakok 40 és 75 óra között változtak) a lassan égő kaptárkemencék narancssárga-vöröses ragyogással világították meg az éjszakai égboltot, és forró gázokat bocsátottak ki nyitott tetejükön (csatornafejek) keresztül.

Miután az ellenőrzött égésű koksz vízzel történő kioltásával befejeződött, az ajtókat feltörték, és az üzemanyagot eltávolították a méhkasokból, hogy nagyolvasztókba szállítsák. A korai kaptár kokszolása tonnánként legfeljebb 2 tonna szenet fogyasztott; később a hozam 60% – ra, végül körülbelül 70% – ra nőtt. A koksznak az a képessége, hogy nagyobb érc-és mészkő-töltéseket képes támogatni, lehetővé tette magasabb kohók építését nagyobb kapacitással és nagyobb teljesítménnyel, ami viszont növelte a koksz iránti keresletet. Néhány ilyen korai kokszkemence a Newcomen nem hatékony gőzgépeit használta, és 1776 után a kokszalapú olvasztás diffúzióját nagyban elősegítette Watt gőzgépeinek elfogadása, mint az erősebb fújtató hajtóereje: 1782-ben, 1790-re Angliában és Walesben 83 kokszüzemű kemence működött, 71 pedig gőzüzemű fújtató (Hyde, 1977). A szénnel működő kemencék azonban nem tűntek el: 1810-ben még mindig az angol és walesi vas egyharmadát olvasztották.

Vélemény, hozzászólás?

Az e-mail-címet nem tesszük közzé.