Kaikuuuni

Jälkikaiunta uuni on uuni , jossa lämpö heijastuu (heijastuvat) katto uunin. Tämän tyyppisessä uunissa polttoaine (hiili, kaasu, polttoöljy jne.) Poltetaan kammiossa, joka eroaa käsitellyn materiaalin kammiosta. Tämä rajoittaa ei-toivottuja vuorovaikutuksia palamisen ja käsiteltävien materiaalien välillä.

Nämä uunit muinaiset pitänyt olla parannuksia XVIII nnen ja XIX th  vuosisatoja erityisesti parantaa metallurgisen käsittelymenetelmiä. Yksi ensimmäisistä sovelluksista on valuraudan pudotus , ensimmäisen teollisen vallankumouksen olennainen prosessi . Näitä uuneja on käytetty ja käytetään metallurgisessa teollisuudessa, keraamisessa polttamisessa ja kemikaaleissa.

Historiallinen

Käyttö lieskauuni liittyy tarve korvata hiili on hiili , runsas ja halvempaa. Rikkipitoiset höyryt, jotka häiritsivät kivihiilen käyttäjiä, liittyivät kuitenkin perustellusti raudan rikkoutumiseen rikin avulla. Englanti metallurgi John Percy , jälkiä käytöstä lieskauuni metallurgian on patentin myöntämää Jacques VI ja minä st Jean Rovenzon vuonna 1613. Se hakee oikeuksia patentin Simon Sturtevant, joka oli onnistunut tuomaan ajatukseen toteutumaan:

"Sanotaan, että Rovenzon" käytti tyydyttävästi "sitä, mitä Sturtevant oli luvannut eikä ollut pitänyt; mutta ei ole todisteita tosiasian tukemiseksi. Uusi patentinhaltija oli säveltänyt Metallican traktaatin , "erilainen kuin Simon Sturtevantin patentissaan julkaisema". Rovenzon näyttää olevan ”suurennusuunien keksijä”; jalostamon tulipalot ja hajautetut kattilat , joissa "sulattavat tai taotut materiaalit voidaan pitää erillään polttoaineesta"; ja se kuvaa selkeästi jälkikaiunta-uunin. Hän lopettaa pienen tutkielmansa ja ilmoittaa, että "[...] tämä uusi keksintö (hänen) […] tuottaa" samat tulokset merihiilellä ja hänen uusilla uuneillaan, jos siellä on sopiva tehdas uunin perustamiseksi ". Keksintö, josta hän puhuu, oli todennäköisesti jälkikaiunta-uunin käyttö ... "

- John Percy, täydellinen tutkielma metallurgiasta, t.  3 , s.  14-15

Termi heijastuu uunin mainitaan kemian sopimuksia tai veistos XVII nnen  luvun nimeämään uunissa sulaa lasite tai hajottaa aineita laboratorio, jossa liekki ei käytetä suoraan tuotteeseen lämpöä, mutta heijastuvat mukaan holvissa.

Metallurgian, lieskauuni kuin me sen ymmärrämme on tänä vuonna Britanniassa , tarkemmin rajalla Walesin ja Englannin viimeisellä kolmanneksella XVII th  luvulla . Siitä hetkestä lähtien sille on ominaista lämmittimen ja lämmitettävän tuotteen välinen etäisyys ja korkea savupiippu, jonka avulla takka voidaan aktivoida luonnollisella vedolla. Edullinen polttoaine on kivihiili . Sitä käytetään sekä kaivannaisteollisuudessa ( kuparin tai lyijymalmien pelkistys, hopeaa sisältävän lyijyn puhdistaminen) että rautasulatuksen (erityisesti vanhojen aseiden) uudelleen sulattamiseksi muovattujen esineiden tuottamiseksi.

Sitä käytettiin Ranskassa vähentämiseksi lyijyä jo 1730 , luultavasti kanssa puu- potkut lämmitin  ; tällä tavalla saadut alemmat lämpötilat selittävät todennäköisesti miksi sitä ei käytetty sulattamiseen tuolloin.

Vuodesta 1750 lähtien jälkikaiunta-uuni liitettiin koksi- masuuniin suurten valurautuosien (tykistö, sylinterirungot) tuottamiseksi tehtaissa, kuten Carron (Skotlanti) tai Bersham (Wales). Vuonna 1775 Ranskan laivasto toi brittiläisen sepän, William Wilkinsonin , rakentamaan jälkikaiuntauunin valurautatykistön valmistamiseksi: tämän piti olla Indretin valimo . Uuneissa samaa tyyppiä myöhemmin rakennettu Ruelle , vuonna Angoumois ja Creusot (Burgundy).

Perustuslaki

Kaikuuunit ovat olleet erilaisia. Ensimmäiset olivat parannuksia akseliuuneissa. He sallivat polttoaineiden , kuten liekkiä tuottavan puun, käytön . Primitiivisissä jälkikaiunta-uuneissa liekit vievät koko uunin ontelon ja kuumennettavat materiaalit sijoitetaan keskelle. Jälkikaiuntauunin parantaminen koostui polttoaineiden erottamisesta kuumennettavista materiaaleista ja erityisesti lämmityksen suorittamisesta uunin toisella puolella. Siten polttoaineet ja lämmitettävät materiaalit erotetaan toisistaan. Lämmityksen parantamisen lisäksi vältetään metallimateriaalien sekoittuminen polttoaineiden kanssa ja siten metallin saastuttaminen tai muuttaminen. Jälkikaiuntauuni koostuu siis tulisijasta, jossa polttoaine poltetaan, ja laboratoriosta, johon metallit tai mineraalit sijoitetaan.

Perustuslaki lieskauuni että XVIII nnen ja XIX : nnen  vuosisadan

Kaikuuuni koostuu seuraavista:

Palamisen synnyttämä lämpö kulkee alttarin yli, kulkee holvin jälkeisen laboratorion läpi ja sitten creeper ja savupiippu tyhjentävät sen.

Ruudukko

Arina on vain uuneissa, joissa käytetään kiinteitä polttoaineita: hiiltä , puuta. Se tukee polttoainetta. Tankojen väli ja niiden muodot antavat tuhkan virrata tuhkakupin alaosaan, josta ne on helppo poistaa. Tämä tila mahdollistaa myös ilmankierron.

Säleiköt voivat olla vaakasuoria, kaltevia tai porrastettuja. Vaakasuoralla ristikolla on suuri haitta epäjatkuvasta manuaalisesta kuormituksesta. "Kuljettajan" on avattava vanhanaikainen tapa ladata uuni. Tämä aukko saa uunin jäähtymään. Grüner mainitsee vertailukokeen uunin toiminnan välillä eri toimijoiden kesken. Tulos osoittaa 25%: n eron polttoaineenkulutuksessa eri toimijoiden välillä. Kaltevat tai porrastetut ritilät voidaan syöttää automaattisesti laitteella, joka on sijoitettu uunin ulkopuolelle ja joka antaa puuhiilen virrata painovoiman tai henkilön toiminnan avulla.

Alttari

Alttari on seinä, joka erottaa lattian (ja siten käsiteltävät materiaalit) polttoaineesta. Joskus tämän osan tarkassa määritelmässä on jonkin verran epäselvyyttä. Gaspard Monge tykkien valmistusta koskevassa työssään määrittelee sen seuraavasti: "... uunin se osa, jolle metallin massa asetetaan" eikä erotuksena. Grüner kutsuu sitä metallurgian tutkielmassaan sillalle tai suurelle alttarille . Alttari (tai pieni silta ) on pieni oja, joka erottaa ainoa päässä laukkaava. Tämä erotus on olemassa, jos pohja on kovera ja estää siten nestemäistä metallia virtaamasta ramppiin.

Alttari on alttiina korkeille lämpötiloille, joten se on valmistettu tulenkestävistä materiaaleista . Se voi valinnaisesti olla varustettu jäähdytysvälineillä. Sen korkeus riippuu sen käytöstä. Kun haluamme suojata metallia liekiltä ja välttää siten kemiallista vaikutusta, joka muuttaisi sen luonnetta, se rakennetaan korkeammalle. Mutta toisaalta uuni menettää lämpötehonsa.

Pohja

Tulisija on myös valmistettu tulenkestävistä materiaaleista. Sen luonne, muoto ja mitat riippuvat läheisesti uunin käytöstä.

Vuodesta 1818 pohja on valmistettu valuraudasta, jota jäähdytetään kiertävällä vedellä. Se on peitetty peruskuonalla, joka parantaa valuraudan puhdistusta.

Pohja on tasainen, kun uunia käytetään vain lämmitykseen. Se on ontto (tai kovera), kun uuni on tarkoitettu metallin sulattamiseen. Muoto voi olla suorakulmainen, jos käyttäjällä ei ole mitään toimenpiteitä lämmityksen aikana tai soikea, jos hänen on puututtava asiaan (pudotusuunit).

Joissakin tapauksissa jäännöslämpö käytetään tulipesän jälkeen varustamalla uuni muilla tulipaloilla tai johtamalla virtaus höyrykattiloiden läpi.

Holvi

Käyttö metallurgiassa

Jälkikaiunta-uunia voidaan käyttää monenlaisiin toimintoihin, kuten paahtamiseen (kiintoaineen kuten malmien lämmittäminen), uudelleenlämmitykseen tai sulatukseen.

Terästeollisuus

On teräs , lieskauuni käytettiin koko XIX th  vuosisadan menetelmässä puddling , joka muuntaa sika rauta työskentelevät metalli kuumennetaan tulla tahnamaista. Prosessi on hylätty alussa XX th  -luvulla, jolloin muuntimien ansiosta sekä valmistamiseksi sulan teräksen.

Alussa XX : nnen  vuosisadan Siemens-Martin prosessi näyttää. Sen avulla sulaa rautaa voidaan jalostaa , mikä mahdollistaa laadukkaan teräksen tuotannon. Vuonna 1950 yli puolet maailman teräksestä tuotettiin tällä prosessilla, joka katosi 1980-luvulla, kun hapenmuunnin levisi.

Ei-rautametallien metallurgia

Jälkikaiunta-uunia käytetään sekä paahtamiseen että malmin sulattamiseen. Jälkimmäisessä roolissa hän kilpailee masuunin kanssa . Itse asiassa se sallii erittäin hienon malmin sulattamisen, kuten malmin rikastuslaitoksista peräisin olevan malmin sulattamisen kaasuihin. Koska lopussa XX : nnen  vuosisadan vuoksi ympäristön rajoitteet, lieskauuni häviää vähitellen, korvattu toisilla menetelmillä kuten liekkisulatus- .

Metalliverkko

Jälkikaiunta-uuni soveltuu erityisen hyvin jauhemateriaalien paahtamiseen , joita kaasuvirta kuljettaisi pitkin mukana, jos niitä käsiteltäisiin akseliuunissa, ja myös siksi, että niiden läpäisevyys on riittämätön. Mutta jos menetelmä johti loppuun XIX th  -luvulla, se oli vanhentunut jo alussa XX : nnen  vuosisadan. Todellakin, kosketus kuuman ja hapettavan ilmakehän välillä on suhteellisen heikko, paahtaminen on hidasta ja epätäydellistä, vaikka kuorma palautettaisiin säännöllisesti.

Paahdetaan lieskauuni on laajentaa uunin kerros 8 ja 10  cm: n paksuinen ja hautua (käsin XIX th  -luvulla, ja sen jälkeen automaattisesti alusta XX : nnen  luvun, kuten uuni Edwards). Koska vain pintakerros altistetaan hapettavalle paahtamiselle, käsin lapiointi tai mekaaninen haravointi on tarpeen, mutta tämä ei usein riitä nopean ja täydellisen paahtamisen aikaansaamiseksi. Lisäksi paahtamisen tuloksena syntyviä kaasuja (rikkikaasu, sinkkioksidit  jne. ) Ei poisteta voimakkaasti materiaalikerroksesta ja ne jäävät yleensä jyvien välisiin tiloihin ( adsorptiolla ), mikä haittaa etenemistä. . Tämä ilmiö on kuitenkin huomattavasti vähemmän rangaistava jälkikaiunta-uuneissa kuin muissa prosesseissa (akseliuuni, paistaminen pylväissä tai paaluissa  jne. ), Koska kaasut lähtevät latauksesta nopeammin. Joustavuutensa ansiosta jälkikaiunta-uuni, joka mahdollistaa lämpötilan säätämisen hapettumisasteesta riippumatta, on suosittu työkalu malmien rikinpoistoon.

Jälkikaiunta-uunit ovat edelleen heikon lämpötehokkuuden esteenä. Parantaakseen sitä ja helpottaakseen kuorman saatavuutta, grilliuunien pohja on pitkä ja kapea. Vuonna XIX th  luvulla, se on vähintään 10 metriä pitkä ja yli 2 metriä leveä. On olemassa kaksi aluetta: lämmitysalue palosillan (tai alttarin) lähellä ja laboratorioalue, jossa materiaali lämpenee hitaasti, mikä on 15-20 kertaa suurempi. Materiaalit työnnetään tulisijaa pitkin savupiipusta kohti tulisijaa. Lattian liikkumisen helpottamiseksi lattia on siksi joskus kalteva tai se on suunniteltu kaskadivirtausta varten (hyllyuuni). Jotta hapettuva ritilä olisi, ilmanottoaukkoja lisätään. Tiheämpi kylmä ilma kiertää savun alla kosketuksessa hapettuneen varauksen kanssa. Mutta jos aiomme käsitellä höyryjä (esimerkiksi rikkin talteenottamiseksi), ylimääräistä ilmaa on rajoitettava. Tässä tapauksessa tulipesään levitetyn tuotteen säännöllinen kääntäminen on tehtävä mekaanisesti, muuten pääsy kuormaan aiheuttaa toistuvia ilmanottoaukkoja. On ehdotettu monia järjestelmiä, uuneista, joissa on kaltevat hyllyt, joissa kuormitus kaskadeissa ( Hasenclever-  uunit (de) ), mekaanisiin ritiläjärjestelmillä varustettuihin uuneihin .

Kuten useimmat paahtamisprosessit, sintrausta tulisi välttää materiaalin helpon käsittelyn mahdollistamiseksi. Lyijymalmien paahtamiseen on kuitenkin tavallista, että sintraus tai jopa sulatus suoritetaan samassa uunissa.

Kuparin tai nikkelimalmin sulattaminen mattaksi

Alussa XXI th  luvun, flash fuusioimalla yli 60% kuparia tuotannosta. Se on välttämätöntä jälkikaiunta-uunin edessä, ensin ekologisten näkökohtien vuoksi, sitten sen sallimien energiansäästöjen vuoksi. Vuoden 1973 öljyshokin aikana se korvaa sen lopullisesti.

Koska jälkikaiunta-uuni palaa pääasiassa hiilivetyjä , se sulaa keskimäärin vähän vapaata happea. Matta on hieman hapettunut, ja näin ollen sisältää vähän kuparia, välillä 40 ja 50%. Saanto on pieni, koska kylpy on vähän levoton, lämmönvaihto on vähemmän tehokasta. Toisaalta metallin ja kuonan ero on hyvä: kuonaa, joka sisältää alle 0,6% kuparia, ei käsitellä uudelleen. Lopuksi hiilivetyjen poltossa syntyviä höyryjä on runsaasti ja ne sisältävät alle 1% SO 2: ta : tämä pitoisuus on liian pieni taloudellisen rikinpoiston varmistamiseksi ja liian korkea päästettäväksi ilmakehään.

Alussa XXI nnen  vuosisadan lieskauuni selviää vain muutamassa tehtaissa. Siten vuonna 1984 toimivista 30 jälkikaiunta-uunista vain 10 on edelleen toiminnassa vuonna 2002. Sitä käytetään mahdollisesti sinkkiä sisältävien kuparimalmien sulattamiseen mataksi. Tällainen uuni on noin 40  m pitkä ja se on rakennettu pääosin happamilla tulenkestävillä aineilla (piidioksidiin perustuen). Se on varustettu talteenottokattilan lämmöllä, joka pystyy ottamaan talteen 35-50% lämmöstä savukaasuista, jotka poistuvat uunista 1200  ° C: ssa . Kaikuuunin heikko lämpötehokkuus kompensoidaan sillä, että se on tyytyväinen käytännössä mihin tahansa polttoaineeseen. Mutta "suuri haitta tekee tällaisten uunien käytön mahdottomaksi useilla asutuilla alueilla: se on valtava määrä savua, joka syntyy sekä palamisen että sulfidien hapettumisen seurauksena. Höyryjen pölytys on kallista ja usein epätäydellistä niiden määrän vuoksi. Ne sisältävät SO 2 -kaasuaepäpuhtaus, mutta liian alhaisessa pitoisuudessa rikkihapon tuottamiseksi ” . Esimerkiksi, savupiippuun liekkiuu- uuneja on Hudsoninlahden Mining ja Smelting Co  (fi) , ja Flin Flon , on 250  m korkea.

Tyypillinen kokoonpano lieska- uunin loppuun XX : nnen  vuosisadan että ne, joita käytetään valimoissa Onahama ( Japani ): 2 uunin 9,73 x 33,55 x 3,69 m ja 11,1 x 33,27 x 4,0 m , joka tuottaa 1000 tonnia matta päivässä 43% kuparia ja samaa kuonaa 0,6% kuparia. Näihin uuneihin syötetään väkevää kuparimalmia ja Peirce-Smith- muuntokuonaa vastaavassa määrin. Kaasun rikki poistetaan yksikössä, joka tuottaa kipsiä .

Nykyinen ja tuleva kehitys

Flash-uunissa , joka varmistaa, alussa XXI th  luvun, 50% maailman kuparin tuotannosta ja 30% nikkeliä tuotanto, on suora kehitys uunin lamppu.

Huomautuksia ja viitteitä

Huomautuksia

  1. paahtamalla rikkipitoista lyijymalmien on monimutkainen. Jos hapettuminen on liian voimakasta, muodostuu lyijy (II) sulfaattia (PbSO 4 )), joka on sulamaton ja tuskin hapettavissa. Se pelkistetään sitten sekoittamalla se hiilipitoista materiaalia ( koksi , kivihiili ,  jne. ): PbSO 4 (s) + C (s) → PbO (t) + SO 2 (g) + CO 2 (g). Tämä menetelmä, joka koostuu vuorotellen hapettavasta ja pelkistävästä kuumennuksesta, mahdollistaa myös eroon malmissa olevasta arseenista ja sinkistä .

Viitteet

  1. s.  31; 100; 106-107
  2. s.  83
  3. s.  115
  4. s.  32
  5. s.  120-121; 128-132
  6. s.  109
  7. s.  113-114
  1. John Percy ( käännetyn  käännöksen tekijän valvonnassa), Täydellinen metallurgian sopimus , t.  3, Pariisi, Librairie politechnics de Noblet et Baudry -toimittaja,1865( lue verkossa )
  2. [PDF] (en) "  Historiallinen katsaus sulatustoiminnan ilmanpäästöihin  " , SARA Group,Tammikuu 2008, s.  3-6; 3-7
  3. Jacques Corbion ( pref.  Yvon Lamy), Le Savoir… rauta - masuunin sanasto: Raudan ja valurautavyöhykkeen miesten kieli… (maukas, joskus) kaivostyöläisestä ... koksiin eilisen ja tänään puu , 5,2003[ yksityiskohdat painoksista ] ( lue verkossa ) , §  Grillage
  4. (in) Janne herra Korhonen ja Liisa Välikangas , "  rajoitukset ja kekseliäisyyttä: The Case of Outokumpu ja kehittämiskeskuksen liekkisulatukseen Copper Industry  " [PDF]
  5. (en) William GI Davenport , Matthew J. King , Marc E. Schlesinger ja AK Biswas , Copper Extractive Metallurgy , Oxford / New York / Tokyo, Elsevier ,2002, 4 th  ed. , 432  Sivumäärä ( ISBN  0-08-044029-0 , lue verkossa ) , s.  403-405
  6. Pierre Blazy ja El-Aid Jdid , "Pyrometallurgia ja kuparin sähköjalostus - pyrometallurgia" , tekniikoissa , tekniset tekniset julkaisut ,10. joulukuuta 2001( lue verkossa )
  7. [PDF] (in) "  Outokumpu Flash Smelting  " , Outokumpu
  8. (in) Paul E. Queneau ja Samuel W. Marcuson , "  Oxygen Pyrometallurgia Copper Cliff puoli vuosisataa Progress  " , Minerals, Metals & Materials Society ,1996( lue verkossa )

Bibliografia

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