Publisert Legg igjen en kommentar

Metallurgisk Koks

Britisk Overgang Til Koks

Adopsjon av metallurgisk koks for jern smelting var definitivt en av de største tekniske nyvinninger i moderne tid som det kuttet avhengigheten av tre, åpnet veien mot en enorm vekst av ovn kapasitet og til multiplikasjon av årlige utganger, og frigjort smelting steder fra nærhet til bekker i stand til å drive ovn belger. Det var flere grunner til at erstatning av kull med koks i engelsk og Walisisk ovner var en ganske langvarig affære. Til å begynne med var Det Den enkle Britiske tilgangen til rimelig import av det Baltiske jern (selv om det russiske smelteverket hovedsakelig ble gjort i Ural, forsendelsene kom via Sankt Peterburg), og den første kommersielle bruken av drivstoffet indikerte at koks – basert smelting ikke var økonomisk attraktivt (Harris, 1988; Hyde, 1977).Koks ble først brukt i England tidlig på 1640-tallet for tørking av malt (en oppgave som ikke kunne gjøres med kull da forbrenningen produserte store partikler og svovelutslipp), og mislykkede forsøk på bruken (og også kull og torv) i metallsmelting fant sted i løpet av siste halvdel av det syttende århundre, men Det var først I 1709 Da Abraham Darby (1678-1717) ble den eneste pioneren for jernmalmsmelting med koks. Hyde (1977) tilbød en overbevisende forklaring på hvorfor engelske ironmasters i første halvdel av det attende århundre ikke fulgte Darbys eksempel (hans to ovner i Coalbrookdale brukte koks utelukkende etter 1720, og En I Wiley brukte bare koks siden 1733) før tidlig på 1750-tallet. 25.000 t i løpet av de mellomliggende 35 årene. Årsaken var verken noen hemmelighold rundt Darbys innovasjon eller en dårligere kvalitet på koks-smeltet jern, men betydelig høyere driftskostnader for koks-fueled ovner og ingen stor kostnadsdifferanse i kapitalkostnaden for nye ovner. Hyde (1977) beregnet at driftskostnadene til de to prosessene kan ha blitt like ved slutten av 1730-tallet, men på grunn av den store mengden koks som ble konsumert, var de totale kostnadene til fordel for kullovner til tidlig på 1750-tallet.

Darby og hans etterfølgere var i stand til å gjøre koks-basert smelting lønnsomt «til tross for høyere kostnader av den nye prosessen fordi de fikk høyere enn gjennomsnittlig inntekter fra et nytt biprodukt av koks råjern-tynnveggede støpegods» (Hyde, 1977, 40). Denne teknikken, patentert i 1707 før Darby begynte sin koks smelting, dratt nytte av høyere flyt Av Si-rik koks-smeltet jern som kan brukes til å produsere mye tynnere potter (med halvparten så mye masse som de som er laget av kull-smeltet jern) med færre defekter. Videre Konkluderte Hyde (1977) også at å lage barjern fra koks råjern var dyrere enn å lage det fra kullstøpejern fordi det tidligere flytende metallet inneholdt mer silisium.King (2011) revidert Hyde ‘ s (1977) forklaringer og hans detaljerte undersøkelse Av Coalbrookdale business records (bevart i fire regnskapsbøker) og bekreftet konklusjonen om kostnadene ved råjern smeltet med cola, men fant at det samme argumentet ikke gjaldt produksjon av jern. Regnskapsbøker viser enormt koksforbruk i Coalbrookdale-ovner i Løpet Av 1720-tallet og den gradvise nedgangen i Løpet av 1730-tallet. men regnskapet, og sammenligninger med andre smier, viser at Den dårlige ytelsen Til Coalbrookdale-virksomheten ikke skyldtes iboende problemer med koks-smeltet råjern, men snarere til et påviselig faktum at Det var et lite og ineffektivt drevet foretak.

Forsinkelse i utbredt coke adopsjon var dermed i stor grad et spørsmål om bar iron pris: «Uansett hvilke tekniske vanskeligheter som eksisterte i bruken av koks råjern i smiene tidlig på 1720-tallet, ble disse tydeligvis overvunnet ved slutten av dette tiåret, men den deprimerte tilstanden i jernhandelen motvirket introduksjonen til markedet for koks-smeltet smi råjern, til industrien hadde nytte av en økonomisk oppgang på 1750-tallet. denne oppgangen kan delvis tilskrives den svenske begrensningen på deres jernproduksjon, som begynte noen år tidligere» (King, 2011, 154). Engelske produsenter reagerte nesten umiddelbart ved å bygge nye koks-fueled ovner etter midten av 1750-tallet. Nesten 30 koks – baserte ovner ble bygget mellom 1750 og 1770, og deres andel av råjern produksjon økte fra bare 10% til 46% (King, 2005).dette var en epokegjørende endring, fra avhengigheten av en ressurs som var fornybar, men allerede mangelvare i mange regioner, og hvis maksimale realistiske utnyttelse ikke kunne støtte fremtidig utvidelse av jernproduksjon til avhengigheten av et ikke-fornybart drivstoff som kunne produseres billig fra rikelig kullforekomster og hvis produksjon kunne skaleres opp for å møte enhver forutsigbar utvidelse av jernindustrien. Og substitusjonen fjernet presset på kontinentale skoger: Madureira (2012) beregnet at i 1820 ble 52% Av Belgias skogkledde område brukt til å produsere metallurgisk trekull, og at selv i mye større Og mye mer skogkledde Frankrike Og Sverige var aksjene ca 15% innen 1840.

Umuligheten av langsiktig avhengighet av trekull er lett illustrert med relevante beregninger for det eksepsjonelt trerike Usa. USAS landsomfattende jern produksjonsstatistikk begynte i 1810 da smeltingen av 49 000 t råjern forbrukes (forutsatt en gjennomsnittlig hastighet på 5 kg kull eller minst 20 kg tre per kg varmt metall) ca 1 Mt tre. Selv om alt det treet ville ha kommet fra naturlige hardvedskoger med gammel vekst som lagret rundt 250 t/ha (Brown, Schroder, & Birdsey, 1997), og selv om alle overliggende fytomasser ble brukt i charcoaling, måtte et område på nesten 4000 km2 (en firkant med en side på nesten 63 km) ryddes hvert år for å opprettholde det produksjonsnivået. Rike amerikanske skoger kunne støtte en enda høyere hastighet, og i 1840 var ALT amerikansk jern fortsatt smeltet med trekull, men etter en påfølgende rask bytte til koks energi nesten 90% av jernproduksjonen innen 1880, og fremtidige økninger i jernproduksjonen kunne ikke være basert på trekull, i 1910—med jernproduksjon på 25 Tonn og selv med mye reduserte kostnader på 1,2 kg trekull og 5 kg tre per kg varmt metall—ville landet ha krevd 125 Tonn tre om året.

det kravet alene (å legge til side alt kullbehov for videre metallbearbeiding) ville ha nødvendiggjort (selv med høy gjennomsnittlig økning på 7 t/ha i naturlige skoger) årlig trehøst fra nesten 180 000 km2 skog (Smil, 1994). Det området ville være Lik Missouri eller Oklahoma (eller en tredjedel Av Frankrike), og hvis det var et torg, ville siden gå fra Philadelphia til Boston, Eller Fra Paris Til Frankfurt. Selvfølgelig kunne selv skogsrike Amerika ikke gjøre dette. Videre kan det ikke være tvil om overlegenhet som metallurgisk drivstoff. Koks produseres ved oppvarming av egnede typer bituminøse kull (de må ha lav aske og lavt svovelinnhold) i fravær av oksygen: denne pyrolysen (destruktiv destillasjon) driver av nesten alt flyktig materiale og etterlater nesten rent karbon med lav tilsynelatende tetthet på bare 0,8–1 g/cm3, men med høyere oppvarmingsverdi ved 31-32 MJ/kg, omtrent dobbelt så energi tett som lufttørket tre, men bare litt mer energi tett enn det beste kullet.

som med de fleste tekniske fremskritt, var effektiviteten av tidlige koks-produserende metoder svært dårlig. I mer enn et århundre var den vanlige måten å lage koks i lukkede bikubeovner (Sexton, 1897; Washlaski, 2008). Disse halvkuleformede strukturer (Amerikanske bikuber hadde diameter på ca 3,8 m) ble vanligvis bygget i banker (kalt batterier, med Noen Amerikanske batterier som til slutt hadde 200 til 300 bikuber), ofte i en åsside (noe som gjør det lettere å dekke dem med jord), og alltid med sterke frontal støttemurer. Etter 4 eller 5 dagers forvarming (først med tre, deretter med kull) ble startbrenselet fjernet, frontdørene ble muret opp til to tredjedeler av høyden, og ovner ble belastet med kull. Gjennomsnittlig kostnad for en standard ovn var 5-5, 5 t, lastet kull ble utjevnet med en jernstang, dører ble murt opp og forseglet med leire, og i de neste 2 til 3 dagene (brennperioder varierte mellom 40 og 75 timer) tente sakte brennende bikubeovner nattehimmelen med en oransje-rødaktig glød og utstrålte varme gasser gjennom sine åpne topper (trunnelhoder).

når den kontrollerte brenningen endte koks var ferdig ved å slukke med vann, ble dørene brutt opp, og drivstoffet ble fjernet fra bikube for å bli transportert til masovner. Tidlig bikube coking forbrukes opp til 2 t kull per tonn koks; senere utbyttet økte til 60% og til slutt til ca 70%. Koksens evne til å støtte tyngre ladninger av malm og kalkstein gjorde det mulig å bygge høyere masovner med større kapasitet og høyere utganger, og dette økte igjen etterspørselen etter koks. En del av disse tidlige koksovnene benyttet Newcomens ineffektive dampmaskiner, og etter 1776 ble spredningen av koks-basert smelting i stor grad hjulpet av watts dampmaskiner som førere av kraftigere belger: De ble brukt på den måten i 1782 og Ved 1790 Hadde England og Wales 83 koks-drevne ovner i drift og 71 hadde dampdrevne belger (Hyde, 1977). Men kulldrevne ovner forsvant ikke: i 1810 smeltet de fortsatt en tredjedel av engelsk og Walisisk jern.

Legg igjen en kommentar

Din e-postadresse vil ikke bli publisert.