Dozvukovou troubu

Dozvuku trouba je trouba , kde teplo se odráží (odrážel) střechou trouby. V tomto typu pece se palivo (uhlí, plyn, topný olej atd.) Spaluje v jiné komoře než upravený materiál. To omezuje nežádoucí interakce mezi spalováním a zpracovávanými materiály.

Tyto pece starověký princip byly vylepšení XVIII th a XIX th  století, zejména s cílem zlepšit hutní metody zpracování. Jeden z prvních aplikací je puddling z litiny , která představuje základní proces první průmyslové revoluce . Tyto pece byly a jsou používány v metalurgickém průmyslu, vypalování keramiky a chemikálií.

Historický

Použití reverberatory pece je spojen s potřebou nahradit uhlí na uhlí , bohaté a levnější. Sírné páry, které trápily ty, kteří používali uhlí, však byly oprávněně spojeny s křehnutím železa sírou. Anglický metalurg John Percy sleduje použití reverberatorní pece v metalurgii k patentu udělenému Jacquesem VI a I. sv. Jeanem Rovenzonem v roce 1613. Získává práva patentu Simona Sturtevanta, který tuto myšlenku neprovedl:

"Říká se, že Rovenzon" uspokojivě cvičil "to, co Sturtevant slíbil a nedodržel; ale neexistují žádné důkazy, které by tuto skutečnost podporovaly. Nový majitel patentu složil Pojednání o Metallice , „odlišné od toho, které vydal Simon Sturtevant o svém patentu“. Rovenzon se zdá být vynálezcem „zvětšovacích kamen; požáry rafinérií a devizové kotelny [sic], ve kterých „materiály určené k tavení nebo kování mohou být uchovávány odděleně od paliva“; a jasně popisuje dozvukový sporák. Ukončuje své malé pojednání a oznamuje, že „[…] tento nový vynález (jeho) […] přinese„ stejné výsledky s mořským uhlím a jeho novými pecemi, pokud existuje vhodná továrna na zřízení pece. “. Vynález, o kterém mluví, bylo pravděpodobně použití dozvukových kamen ... “

- John Percy, Kompletní pojednání o metalurgii, t.  3 , s.  14-15

Termín ozývají Pec je uvedeno v chemii smluv nebo sochařství XVII th  století jmenovat pec k tavení glazury nebo rozebrat látky laboratoř, ve které je plamen není aplikován přímo do tepla výrobků, ale odrážel od trezoru.

V hutnictví, reverberatory pece jak je chápeme to vypadá dnes ve Velké Británii , a přesněji na hranici Walesu a Anglie v poslední třetině XVII -tého  století . Od tohoto okamžiku se vyznačuje oddělením mezi topným tělesem a ohřívaným výrobkem a vysokým komínem, který umožňuje aktivaci krbu přirozeným tahem. Preferovaným palivem je černé uhlí . Používá se jak pro extrakční metalurgii (redukce měděných nebo olověných rud , rafinace olova obsahujícího stříbro), tak pro přetavování tavení železa (zejména starých zbraní) k výrobě tvarovaných předmětů.

Ve Francii byl používán ke snižování obsahu olova již ve 30. letech 20. století , pravděpodobně s topením na dřevo  ; takto získané nižší teploty pravděpodobně vysvětlují, proč se v té době nepoužíval k tavení.

Od roku 1750 byla dozvuková pec spojena s vysokými koksovacími pecemi na výrobu velkých litinových dílů (dělostřelectvo, těla válců) v továrnách, jako je Carron (Skotsko) nebo Bersham (Wales). V roce 1775 francouzské námořnictvo přivedlo britského kováře Williama Wilkinsona , aby postavil dozvukovou pec na výrobu litinového dělostřelectva: měla to být slévárna Indret . Pece stejného typu byly následně postaveny v Ruelle , Angoumois a Creusot (Burgundsko).

Ústava

Dozvukové pece mají různé podoby. Prvním bylo vylepšení šachtových pecí. Povolili použití paliv, jako je dřevo, které produkovalo plameny. V primitivních dozvukových pecích zabírají plameny celou dutinu pece a materiály, které mají být ohřívány, jsou umístěny uprostřed. Vylepšení dozvukové pece spočívalo v oddělování paliv od ohřívaných materiálů a zejména v provádění ohřevu na jedné straně pece. Paliva a materiály, které se mají ohřívat, jsou tedy odděleny. Kromě zlepšení ohřevu se tak zabrání smíchání kovových materiálů s palivy, a tedy ke znečištění nebo úpravě kovu. Dozvukovou pec tedy tvoří ohniště, kde se spaluje palivo, a laboratoř, kde jsou umístěny kovy nebo minerály.

Ústava z pece reverberatory z XVIII th do XIX th  století

Dozvuková pec se skládá z následujících prvků:

Teplo vytvořené spalováním prochází přes oltář, prochází laboratoří po klenbě a poté je evakuováno popínavkou a komínem.

Mřížka

Rošt je přítomen pouze v pecích na tuhá paliva: dřevěné uhlí , dřevo. Podporuje palivo. Rozteč tyčí a jejich tvary umožňují toku popela do spodní části zvané popelník, kde bude snadné je odstranit. Tento prostor také umožňuje cirkulaci vzduchu.

Mřížky mohou být vodorovné, šikmé nebo stupňovité. Vodorovná mřížka má velkou nevýhodu nespojitého ručního načítání. „Řidič“ musí otevřít staromódní způsob nakládání trouby. Tento otvor způsobí vychladnutí trouby. Grüner zmiňuje srovnávací experiment mezi provozem pece různými provozovateli. Výsledek ukazuje 25% rozdíl ve spotřebě paliva mezi různými provozovateli. Šikmé nebo stupňovité rošty lze automaticky přivádět pomocí zařízení umístěného vně pece, které umožňuje uhlí proudit gravitací nebo působením osoby.

Oltář

Oltář je zeď, která odděluje podlahu (a tedy materiály, které mají být ošetřeny) od paliva. Někdy existuje určitá nejasnost ohledně přesné definice této části. Gaspard Monge to ve své práci na výrobě děl definuje jako: „... část pece, na kterou je umístěna hmota kovu“, a nikoli jako separace. Grüner to ve svém pojednání o metalurgii nazývá most nebo velký oltář . Oltář (nebo malý můstek ) je malý hráz, která odděluje podešev z nekontrolovatelné. Toto oddělení existuje v případě, že je podešev konkávní, a tak brání tekutému kovu proudit do rampy.

Oltář je vystaven vysokým teplotám, proto je vyroben ze žáruvzdorných materiálů . Může být volitelně vybaven chladicími prostředky. Jeho výška závisí na jeho použití. Když chceme chránit kov před plamenem a vyhnout se tak chemickému působení, které by změnilo jeho povahu, je postaven výše. Ale na druhé straně, pec ztrácí svoji výhřevnost.

Jediný

Krb je také vyroben ze žáruvzdorných materiálů. Jeho povaha, tvar a rozměry úzce závisí na použití trouby.

Pro kaluže je od roku 1818 podešev vyrobena z litiny chlazené cirkulující vodou. Je pokryta základní struskou, která zlepšuje rafinaci litiny.

Dno je ploché, pokud je trouba používána pouze k opětovnému ohřevu. Je to duté (nebo konkávní), je-li pec určena k tavení kovu. Tvar může být obdélníkový, pokud obsluha během ohřevu nemá co dělat, nebo oválný, pokud musí zasáhnout (případ kaluží).

V některých případech se zbytkové teplo využívá za krbem vybavením pece jinými ohništi nebo průchodem toku parními kotli.

Trezor

Použití v metalurgii

Dozvukovou pec lze použít pro několik typů operací, jako je pražení (ohřev pevných látek, jako jsou rudy ), ohřívání nebo tavení.

Ocelářský průmysl

V oceli se reverberatory pec se používá v celé XIX th  století v metodě puddling , který transformuje surového železa pracuje na kov se zahřívá, aby se pastovitý. Proces je opuštěn na počátku XX th  století, když měniče umožnila jak přípravu roztavené oceli.

Na začátku XX th  století, Siemens-Martin proces se objeví. Umožňuje rafinaci roztaveného železa a umožňuje výrobu kvalitní oceli. V roce 1950 byla tímto procesem vyrobena více než polovina světové oceli, která zmizela v 80. letech, kdy se rozšířil konvertor kyslíku.

Metalurgie neželezných kovů

Dozvuková pec se používá k pečení i k tavení rudy. Ve druhé roli soutěží s vysokou pecí . Opravdu umožňuje tavení velmi jemné rudy, jako jsou ty z rostlin na obohacování rud, aniž by byly strženy plyny. Od konce XX th  století, vzhledem k omezením v oblasti životního prostředí je reverberatory pec postupně mizí, nahrazeny jinými metodami, jako je blesk tavení .

Drátěné pletivo

Dozvuková pec je zvláště vhodná pro pražení práškových materiálů, které by byly neseny proudem plynu, pokud by byly zpracovány v šachtové peci, a také proto, že jejich propustnost je nedostatečná. Ale v případě, že metoda vedla ke konci XIX th  století, to bylo již zastaralý na počátku XX th  století. Ve skutečnosti je kontakt mezi horkou a oxidační atmosférou relativně slabý, přípitek je pomalý a neúplný, i když se zátěž pravidelně vrací.

Pražení pece reverberatory je rozšířit na troubě vrstvě 8 až 10  cm tlusté a vařit (ručně XIX th  století, a pak automaticky na začátku XX th  století, jako v peci Edwards). Protože pouze horní vrstva je podrobena oxidačnímu pražení, je nutná ruční lopatka nebo mechanické hrabání , ale to je často nedostatečné pro dosažení rychlého a úplného pražení. Kromě toho plyny, které vznikají při pražení (sírový plyn, oxidy zinečnaté  atd. ), Nejsou energicky vypuzovány z lože materiálu a mají tendenci zůstat v prostorech mezi zrny ( adsorpcí ), což penalizuje postup. . Tento jev je však v dozvukových pecích mnohem méně penalizující než v jiných procesech (šachtová pec, pražení ve stájích nebo hromadách  atd. ), Protože plyny rychle opouštějí vsázku. Díky své flexibilitě je dozvuková pec, která umožňuje regulaci teploty nezávisle na stupni oxidace, oblíbeným nástrojem pro odsíření rud.

Dozvukové pece zůstávají znevýhodněny špatnou tepelnou účinností. Abychom to vylepšili a usnadnili přístup k nákladu, je dno grilovacích pecí dlouhé a úzké. V XIX th  století, to je nejméně 10 metrů dlouhá a víc než 2 metry široké. Existují dvě oblasti: topná oblast poblíž hasičského mostu (nebo oltáře) a laboratorní oblast, kde se materiál pomalu ohřívá, což je 15 až 20krát větší. Materiály jsou tlačeny podél krbu, od komína směrem k krbu. Pro usnadnění jejich pohybu je proto podlaha někdy nakloněná nebo je navržena pro kaskádový tok (policová trouba). Aby byla zajištěna oxidační mřížka, jsou zvýšeny přívody vzduchu. Studený vzduch, hustší, cirkuluje pod výpary, ve styku s nábojem, který oxiduje. Pokud však máme v úmyslu zpracovat výpary (například k získání síry), musí být nadbytečný vzduch omezen. V tomto případě musí být časté otáčení rozmetaného produktu na ohništi prováděno mechanicky, jinak přístup k nákladu způsobí opakované přívody vzduchu. Bylo navrženo mnoho systémů, od pecí se šikmými policemi, ve kterých kaskády nákladu ( Hasencleverovy  pece (de) ), až po pece vybavené mechanickými roštovými systémy.

Stejně jako u většiny pražicích procesů je třeba se vyvarovat slinování, aby se usnadnila manipulace s materiálem. Ale pro pražení olověných rud je běžné, že se slinování nebo dokonce tavení provádí ve stejné peci.

Tavení měděné nebo niklové rudy na matný povrch

Na začátku XXI th  století, blesk fixační více než 60% produkce mědi. Před dozvukovou pecí je to zásadní, nejprve kvůli ekologickým hlediskům, poté kvůli úsporám energie, které umožňuje. Během ropného šoku v roce 1973 jej definitivně nahrazuje.

Protože dozvuková pec spaluje hlavně uhlovodíky , taje ve médiu chudém na volný kyslík. Matný je mírně oxiduje, a proto obsahuje málo mědi, mezi 40 a 50%. Výtěžek je nízký, protože lázeň je málo míchaná, výměny tepla jsou méně účinné. Na druhou stranu je separace mezi kovem a struskou dobrá: struska, která obsahuje méně než 0,6% mědi, se nezpracovává. Nakonec jsou výpary ze spalování uhlovodíků bohaté a obsahují méně než 1% SO 2 : tato koncentrace je příliš nízká na to, aby zajistila ekonomické odsíření, a příliš vysoká na to, aby se uvolnila do atmosféry.

Na začátku XXI th  století, reverberatory pec přežívá jen v několika závodech. Z 30 dozvukových pecí, které fungovaly v roce 1984, tedy v roce 2002 stále funguje pouze 10. Používá se k tavení měděných rud, případně s obsahem zinku, na matné. Taková pec je asi 40  m dlouhá a je postavena v zásadě s kyselými žárovzdornými materiály (na bázi oxidu křemičitého). Je vybaven regeneračního kotle tepla, který je schopen obnovit 35 až 50% tepla z kouřových plynů, které unikají z pece při teplotě 1200  ° C . Špatná tepelná účinnost dozvukové pece je kompenzována skutečností, že je uspokojena prakticky s jakýmkoli palivem. Ale „hlavní nevýhoda znemožňuje použití těchto pecí v mnoha obývaných oblastech: jedná se o enormní množství kouře produkovaného jak spalováním, tak oxidací sulfidů. Odprašování výparů je drahé a často neúplné vzhledem k jejich objemu. Obsahují plyn SO 2znečišťující látka, ale v příliš nízké koncentraci na produkci kyseliny sírové “ . Například komín dozvukových pecí v Hudson Bay Mining and Smelting Co  (en) ve Flin Flon je vysoký 250  m .

Typická konfigurace z pece reverberatory do konce XX -tého  století, je to, které se používají ve slévárenství Onahama ( Japonsko ): 2 topeniště 9,73 x 33,55 x 3,69 m a 11,1 x 33,27 x 4,0 m , produkující 1 000 tun matného za den při 43% mědi a stejné strusce při 0,6% mědi. Tyto pece jsou napájeny koncentrovanou měděnou rudou a Peirce-Smithovou konvertorovou struskou v ekvivalentním množství. Plyn je odsířen v jednotce produkující sádru .

Současný a budoucí vývoj

Blesk pec , která zajišťuje, na počátku XXI th  století, 50% světové produkce mědi a 30% produkce niklu, je přímý vývoj lampy trouby.

Poznámky a odkazy

Poznámky

  1. Pražení sirných olovnatých rud je složité. V případě, že oxidace je příliš energický, olova (II) sulfát (PbSO 4 ) je vytvořen), který je netavitelný a těžko oxidovatelný. To se pak redukuje smícháním s uhlíkatým materiálem ( koks , uhlí ,  atd ): PbSO 4 (S) + C (S) → PbO (y) + SO 2 (g) + CO 2 (g). Tato metoda spočívající ve střídání oxidace a redukce zahřívání také umožňuje zbavit se arsenu a zinku přítomného v rudě.

Reference

  1. p.  31; 100; 106-107
  2. str.  83
  3. str.  115
  4. str.  32
  5. str.  120-121; 128-132
  6. str.  109
  7. str.  113-114
  1. John Percy ( přeložený  překlad pod dohledem autora), Complete Treaty of Metallurgy , t.  3, Paříž, editor Librairie polytechnique de Noblet et Baudry,1865( číst online )
  2. [PDF] (en) „  Historický přehled emisí do ovzduší z tavení  “ , SARA Group,Leden 2008, str.  3-6; 3-7
  3. Jacques Corbion ( pref.  Yvon Lamy), Le Savoir… železo - Glosář vysoké pece: Jazyk… (někdy chutný) železných mužů a litinové zóny, od horníka po… koks strom včera a dnes , 5,2003[ detail vydání ] ( číst online ) , §  Grillage
  4. (in) Janne Mr. Korhonen a Liisa Välikangas , „  Omezení a vynalézavost: Případ Outokumpu a rozvoj tavení v měděném průmyslu  “ [PDF]
  5. (en) William GI Davenport , Matthew J. King , Marc E. Schlesinger a AK Biswas , Extractive Metallurgy of Copper , Oxford / New York / Tokyo, Elsevier ,2002, 4 th  ed. , 432  s. ( ISBN  0-08-044029-0 , číst online ) , s.  403-405
  6. Pierre Blazy a El-Aid Jdid , „Pyrometallurgy and electro-rafining of copper - Pyrometallurgy“ , Inženýrské techniky , Inženýrské technické edice ,10. prosince 2001( číst online )
  7. [PDF] (v) „  Outokumpu Flash Smelting  “ , Outokumpu
  8. (in) Paul E. Queneau a Samuel W. Marcuson , „  Kyslíková pyrometalurgie na měděném útesu půl století pokroku  “ , Společnost minerálů, kovů a materiálů ,1996( číst online )

Bibliografie

<img src="https://fr.wikipedia.org/wiki/Special:CentralAutoLogin/start?type=1x1" alt="" title="" width="1" height="1" style="border: none; position: absolute;">