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Metallurgico

British Transizione alla Coca cola

l’Adozione di metallurgico per la fusione del ferro è stata sicuramente una delle più grandi innovazioni tecniche dell’era moderna come troncò la dipendenza dal legno, ha aperto la strada verso una crescita enorme di forno di capacità e di moltiplicazione delle uscite annuale, e liberato di fusione località in prossimità di torrenti in grado di potere forno a soffietto. C’erano diverse ragioni per cui la sostituzione del carbone di legna con la coke nei forni inglesi e gallesi era un affare piuttosto prolungato. Inizialmente era il facile accesso britannico alle importazioni a prezzi accessibili del ferro Baltico (sebbene la fusione russa fosse fatta in gran parte negli Urali, le spedizioni arrivavano via Sankt Peterburg), e i primi usi commerciali del combustibile indicavano che la fusione a base di coke non era finanziariamente attraente (Harris, 1988; Hyde, 1977).

Coca cola è stato utilizzato prima in Inghilterra durante la prima 1640 per l’essiccazione del malto (un compito che non poteva essere fatto con il carbone come la sua combustione prodotta ricca di particolato e le emissioni di zolfo), e di tentativi infruttuosi, al suo uso (e anche di carbone e torba) in fusione del metallo ha avuto luogo durante la seconda metà del xvii secolo, ma fu solo nel 1709, quando Abraham Darby (1678-1717) è diventato il pioniere solitario di minerale di ferro di fusione con la coca. Hyde (1977), ha offerto una spiegazione convincente, perché l’inglese ironmasters della prima metà del xviii secolo, non seguire Darby esempio (i suoi due forni a Coalbrookdale coke utilizzato esclusivamente dopo il 1720, e uno in Wiley utilizzato solo coca cola dal 1733) prima dell’inizio 1750s.

Sebbene il 25 carbone alimentato forni sono stati chiusi tra il 1720 e il 1755, la produzione complessiva di carbone-fondevano il ferro è salito da circa 19.000 a quasi 25.000 t in questi 35 anni. Il motivo non era né alcuna segretezza che circondava l’innovazione di Darby né una qualità inferiore del ferro fuso a coke, ma costi operativi significativamente più elevati dei forni alimentati a coke e nessuna differenza di costo importante nel costo del capitale dei nuovi forni. Hyde (1977) ha calcolato che i costi operativi dei due processi potrebbero essere diventati uguali entro la fine degli anni 1730, ma a causa della grande quantità di coke consumata i costi complessivi erano a favore dei forni a carbone fino ai primi anni 1750.

Darby e i suoi successori sono stati in grado di rendere redditizia la fusione a base di coke “nonostante i costi più elevati del nuovo processo perché hanno ricevuto ricavi superiori alla media da un nuovo sottoprodotto di ghisa di coke-getti a parete sottile” (Hyde, 1977, 40). Questa tecnica, brevettata nel 1707 prima che Darby iniziasse la sua fusione di coke, beneficiava di una maggiore fluidità del ferro fuso a coke ricco di Si che poteva essere usato per produrre vasi molto più sottili (con la metà della massa di quelli fatti del ferro fuso a carbone) con meno difetti. Inoltre, Hyde (1977) ha anche concluso che la produzione di ferro da barre da ghisa di coke era più costosa della produzione di ghisa a carbone perché il precedente metallo liquido conteneva più silicio.

King (2011) ha rivisitato le spiegazioni di Hyde (1977) e il suo esame dettagliato dei documenti aziendali di Coalbrookdale (esistenti in quattro libri contabili) e ha confermato la conclusione sui costi della ghisa fusa con coke, ma ha scoperto che lo stesso argomento non si applicava alla produzione di ferro da barra. I libri contabili mostrano un enorme consumo di coke nelle fornaci di Coalbrookdale durante gli anni 1720 e il suo graduale declino durante gli anni 1730. Ma i conti e i confronti con altre fucine mostrano che la scarsa performance di Coalbrookdale enterprise non era dovuta a problemi inerenti alla ghisa fusa con coke, ma piuttosto a un fatto dimostrabile che era un’impresa piccola e inefficiente.

Il ritardo nell’adozione diffusa del coke era quindi in gran parte una questione di prezzo del ferro da stiro: “Qualunque difficoltà tecniche esisteva nell’uso di coca maiale ferro nella forgia nei primi 1720, questi erano evidentemente superata dalla fine di quel decennio, ma il tono depresso del commercio di ferro sconsigliato l’introduzione sul mercato della coca-fusi forgiare il ferro di maiale, fino a quando il settore ha beneficiato di una ripresa economica nel 1750. Che la ripresa può essere in parte attribuito alla svedese limitazione sul loro produzione di ferro, che è iniziata pochi anni prima” (King, 2011, 154). I produttori inglesi hanno risposto quasi immediatamente costruendo nuovi forni alimentati a coke dopo la metà degli anni 1750. Quasi 30 forni a base di coke sono stati costruiti tra il 1750 e il 1770 e la loro quota di produzione di ghisa è passata da solo 10% a 46% (King, 2005).

Questa è una svolta epocale, dalla dipendenza da una risorsa rinnovabile, ma già in approvvigionamento corto in molte regioni il cui massimo realistica sfruttamento potrebbe non supportare la futura espansione della produzione di ferro per la dipendenza da un combustibile non rinnovabile che potrebbe essere prodotto a buon mercato da abbondanti depositi di carbone e la cui uscita potrebbe essere scalata a soddisfare ogni prevedibile espansione dell’industria del ferro. E la sostituzione ha rimosso la pressione sulle foreste continentali: Madureira (2012) ha calcolato che in 1820 52% della superficie boschiva del Belgio è stato utilizzato per produrre carbone metallurgico, e che anche in Francia e Svezia molto più grandi e molto più boscose le quote erano circa 15% da 1840.

L’impossibilità di fare affidamento a lungo termine sul carbone è facilmente illustrata con calcoli pertinenti per gli Stati Uniti eccezionalmente ricchi di legno. Le statistiche di produzione del ferro a livello nazionale degli Stati Uniti iniziarono nel 1810 quando la fusione di 49.000 t di ghisa consumò (assumendo un tasso medio di 5 kg di carbone o almeno 20 kg di legno per kg di metallo caldo) circa 1 Mt di legno. Anche se tutto il legno sarebbe naturale secolari boschi di latifoglie memorizzazione di circa 250 t/ha (Marrone, Schroder, & Birdsey, 1997), e, anche se tutti sopra il suolo di fitomassa sono stati utilizzati in charcoaling, un’area di circa 4000 km2 (un quadrato con un lato di circa 63 km) avrebbe dovuto essere cancellato ogni anno per sostenere che il livello di produzione. Ricco NOI foreste potrebbe sostenere un ritmo ancora più elevato e al 1840 tutti NOI il ferro era ancora fusi con carbone di legna, ma dopo un successivo rapido scambio di coke eccitato circa il 90% della produzione di ferro dal 1880 e futuri aumenti la produzione di ferro non può essere basata sul carbone, nel 1910 con il ferro in uscita a 25 Mt e anche con molto ridotti oneri di 1,2 kg di carbone e 5 kg di legno per kg di metallo caldo—il paese avrebbe richiesto 125 Mt di legno in un anno.

Tale requisito da solo (lasciando da parte tutto il fabbisogno di carbone per un’ulteriore lavorazione del metallo) avrebbe richiesto (anche con un alto incremento medio di 7 t / ha nelle foreste naturali) il raccolto annuale di legno da quasi 180.000 km2 di foresta (Smil, 1994). Quell’area sarebbe uguale a Missouri o Oklahoma (o un terzo della Francia), e se fosse una piazza il suo lato andrebbe da Philadelphia a Boston, o da Parigi a Francoforte. Ovviamente, anche l’America ricca di foreste non poteva farlo. Inoltre, non ci potrebbero essere dubbi sulla sua superiorità come combustibile metallurgico. Coca-cola è prodotta dal riscaldamento adatto tipi di carboni bituminosi (devono essere a basso contenuto di ceneri e a basso contenuto di zolfo) in assenza di ossigeno: questo pirolisi (distillazione distruttiva) unità fuori praticamente tutte le sostanze volatili e lascia dietro di sé quasi puro carbonio con bassa densità apparente di soli 0,8–1 g/cm3, ma con più alto valore di riscaldamento a 31-32 MJ/kg, circa due volte più energia densa come l’aria secca del legno, ma solo leggermente più denso di energia rispetto al carbone migliori.

Come per la maggior parte dei progressi tecnici, l’efficienza dei primi metodi di produzione del coke era molto scarsa. Per più di un secolo il modo standard per fare la coca era nei forni a alveare chiusi (Sexton, 1897; Washlaski, 2008). Queste strutture emisferiche (gli alveari americani avevano un diametro di circa 3,8 m) erano solitamente costruite in banchi (chiamati batterie, con alcune batterie americane che alla fine avevano da 200 a 300 alveari), spesso in una collina (rendendo più facile coprirli con terra), e sempre con forti muri di sostegno frontali. Dopo 4 o 5 giorni di preriscaldamento (prima con legna, poi con carbone) il carburante di avviamento è stato rimosso, le porte anteriori sono state murate fino a due terzi della loro altezza e i forni sono stati caricati con carbone. La carica media per un forno standard era di 5-5, 5 t, il carbone caricato veniva livellato con una sbarra di ferro, le porte venivano murate e sigillate con argilla, e per i successivi 2 o 3 giorni (i periodi di combustione variavano tra 40 e 75 h) i forni a alveare a combustione lenta illuminavano i cieli notturni con un bagliore arancione-rossastro ed emettevano gas caldi

Una volta terminata la combustione controllata il coke è stato terminato mediante tempra con acqua, le porte sono state rotte e il combustibile è stato rimosso dagli alveari per essere trasportato negli altiforni. La prima coking dell’alveare consumava fino a 2 t di carbone per tonnellata di coke; in seguito la resa aumentava al 60% e infine a circa il 70%. La capacità del coke di sostenere cariche più pesanti di minerale e calcare ha permesso di costruire altiforni più alti con capacità maggiori e produzioni più elevate, e questo, a sua volta, ha aumentato la domanda di coke. Alcuni di questi primi forni di coke utilizzavano motori a vapore inefficienti di Newcomen, e dopo il 1776 la diffusione della fusione a base di coke fu notevolmente aiutata dall’adozione dei motori a vapore di Watt come driver di soffietti più potenti: furono usati in questo modo nel 1782 e nel 1790 l’Inghilterra e il Galles avevano 83 forni alimentati a coke in funzione e 71 avevano soffietti a vapore (Hyde, 1977). Ma le fornaci alimentate a carbone non scomparvero: nel 1810 fondevano ancora un terzo del ferro inglese e gallese.

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