DELPUBLISERING. Artikkelen kompletteres senere.
Denne artikkelen er hovedsakelig orientert mot forholdene ved kobberverkene.
Flammeovn/flamomn (ty. Flammofen/Flammenofen)
Ovn hvor gods og brensel holdes separat og hvor gløding/smelting foregår i horisontalplanet, direkte med flammer som stryker over godset i herden, indirekte ved stråling fra ovnens tak og vegger.
KOBBERFREMSTILLING
F. hadde flere fordeler som gjorde den anvendelig i kobbermetallurgien:
Ovnen kunne bygges med flere observasjons- trekk- og arbeidsåpninger. Disse ga muligheter for god temperaturkontroll på grunnlag av visuell observasjon, samt muligheter for bearbeidelse av godset underveis. Dette var gunstig for å sikre god gjennomrøsting, eventuelt med begrenset røstningsgrad når det var ønskelig (kaldrøsting). Se flammeovnsrøsting.
F. gikk på naturlig trekk (vindovn) og kunne bruke det meste av brensel, også torv og et mineralsk produkt som steinkull. Disse særtrekk gjorde ovnen anvendelig også på steder med lite tilgang på trekull og/eller vannkraft til drift av vannhjul og blest.
Dette har vært av betydning ved enkelte gruveprosjekter. Ovnen hadde også den fordel at den kunne smelte svært finkornet malm, likeså malm av dårlig kvalitet. Se flammeovnssmelting.
Smelting i f. kan, via regulering av lufttilgangen, etter behov være oksiderende eller reduserende. Dette har gjort f. til en effektiv raffineringsovn. Det er også på dette området f. har vært mest brukt ved norske kobberverk. Se flammeovnsraffinering.
F. har også vært brukt til mer spesielle formål. Her kan nevnes den f. som ble anlagt ved Sulitjelma kobberverk i 1906 som et av flere tiltak for å redusere kobbertapet i slagget fra den såkalte Knudsen-prosessen. Ovnen skulle brukes til å holde smeltemassen fra konverteren flytende en viss tid for å få et bedre skille slagg-skjærstein. Ovnen ble imidlertid stanset året etter da den ble for dyr i drift.
Mer allment hadde flammeovnsdrift den fordel at ovnene ikke krevde kostbare blåseanlegg, og at det ikke falt jernsuer ved smeltingen.
Generelle ulemper ved flammeovnsdrift var noe mer kobberrik slagg, store SO2-utslipp, høye arbeidskostnader, noe begrenset kapasitet og diskontinuerlig drift (ikke etasjeflammeovnene), samt høye brenselsutgifter, og relativt lav temperatur i smelterommet. Den dårlige brennstofføkonomien skyldes lav virkningsgrad, dvs forholdet mellom tilført energi og utnyttet energi til metallurgiske formål. Det var vanlig å regne virkningsgraden til maks. 1/3 av den en oppnådde ved sjaktovnsmelting. Årsakene til den dårlige utnyttelsen av brennstoffet skyldtes at det vesentlig var strålevarmen som ble utnyttet, mye varme gikk opp i pipa, taket ble mer oppvarmet enn sålen, og mye av varmen gikk ut gjennom veggene i ovnen.
For å motvirke disse ulempene har f. tradisjonelt hatt et lavt, kuppelformet tak for å reflektere, samle og rette strålevarmen mot godset i bunnen. F. har derfor på engelsk og fransk betegnelser som kan oversettes med reflektorovn (reverberatory furnace/four à réverbère).
For god og økonomisk drift av en f. anbefaler Rinman at det hosliggende fyrrommet er høyt og stort og kan tilføres frisk, kald luft evt gjennom en luftkanal til yttervegg. Når det gjelder pipen er det viktig at den er passe vid og har god høyde. I de nyere gassfyrte ovnene har det også blitt vanlig å bruke oppvarmet gass som ble forbrent med sterkt oppvarmet blåseluft, se omtale av etasjeovnen ved Sulitjelmaverket nedenfor.
Sjaktovner for røsting av svovelrike produkter omtales også som f. selv om disse ovnene ikke ble fyrt fra en ekstern kilde. Dette var selvgående ovner hvor det svovelrike røstegodset selv var brensel. Da disse ovner ga muligheter for SO2-fangst ble de derfor først og fremst brukt til røsting av svovelrikt gods som svovelkis. Se sjaktovnrøsting for mer informasjon.
Spleisovn var en spesiell type f. for oksiderende raffinering av blyholdig og lettsmeltelige kobberprodukter. Ovnen har trolig ikke vært i bruk ved norske kobberverk, kanskje ved Kongsberg Sølvverk.
Varia:
- F. utviklet seg fra relativt små, avlange ovner med tønnehvelv på 1700-tallet, til betydelige industrielle installasjoner.
Den første detaljerte beskrivelse av f. i Norge har vi fra Årdalsverket hvor en gruppe engelskmenn i 1730-årene skulle prøve den nye, engelske smeltemetode med bruk av mineralsk brensel i f.. Målene er omregnet til metriske mål (1 favn lengdemål er satt til 1,88 m). Ovnen som ble bygget var 3,76 m lang, 2,35 m bred og 1,6 m høy. Inne i smelterommet var den 1,25 m dyp. Smelterommet var delt i to deler, det ene noe større enn det andre. Steinkullet ble lagt i det minste og malmen i det største rommet. Flammen strøk over malmen før den gikk opp i skorsteinen. Det kan tilføyes at smeltingen gikk dårlig på den "fyrfaste" malmen i Årdal. For mer om det engelske initiativet i Årdal, se flammeovnsmelting.
Som eksempel på en moderne industriflammeovn kan nevnes den ovn som ble satt i drift ved Sulitjelma kobberverk i 1912: Ovnsanlegget bestod av selve ovnen på 18 x 4,2 m, dertil tre kullfyrte gassgeneratorer og en såkalt rekuperator, hvor avgassen gikk i kanaler omkring større innmurte, ildfaste rør til forvarming av forbrenningsluften.
Det hører med til historien at ovnen ble tatt ut av bruk etter et par år pga brenselsutgiftene, og man gikk over til elektrisk smelting.
- Ved Røros kobberverk ble det i 1847 bevilget penger til forskjellige investeringer i smeltehytta, bl.a. anlegg av f. til røsting av slig og småmalm; "…men paa grund af Mangel paa Fremfærd fra Hytteskriverens Side var ingen af disse Beslutninger endnu gjennemført i 1849." Trolig er det samme hytteskriver som omtales i forbindelse med et forsøk på garing med gassflamme rundt 1850. Hytteskriver Johnsen vendte imidlertid tilbake til den gamle metode med den begrunnelse at den gav ubedragelig "udvortes Kjendetegn paa Kobberets Bonitet". Garing i f. er for øvrig kjent fra Seterå hytte (Tydal verk) i 1860-årene og Leren valseverk midt på 1800-tallet, se nærmer om dette under flammeovnsraffinering.
- Språklig er det en nokså forvirrende bruk i litteraturen av ordene ”kuppelovn” og ”kupolovn”. Kuppelovnen var som navnet sier, en ovn med kuppel, dvs. en f. av klassisk type. Kupolovnen var derimot en lav sjaktovn med etymologiske røtter i det senlatinske "cupula" som betyr liten tønne. Ovnen var en liten sjaktovn brukt til omsmelting av råjern eller skrapjern til støpejern.
Ved lesing av svenske tekster bør en her være oppmerksom på at "kuppel" på svensk heter "kupol". Det blir således riktig når den svenske historikeren Sten Lindroth omtaler en steinkullfyrt f. i Årdal som "en vind- eller kupolugn". Rinman kaller en slik ovn "cupolougn". "Kupolugn" betyr imidlertid på svensk også "kupolovn", som på norsk! Også i tysk litteratur gjenfinner en den samme forvirrende språkbruken. En forfatter beskriver en ”Kupolofen” som en hvelvovn, mens Duden definerer Kupolofen riktig som en ovn for omsmelting av jernavfall, men med henvisning til det italienske ordet for kuppel. ”Kuppelofen” oppføres også som synonym!
- Bruk av f. ble tidligere omtalt som "den engelske prosess". Bakgrunnen er lange tradisjoner for bruk av f. i kobbersmeltingen, spesielt i Wales. Det er hevdet at metoden går tilbake til 1698. Dette til forskjell fra tradisjonen med sjaktovnsmelting, eller "den tyske prosess", som har vært helt dominerende i norsk kobbermetallurgi fram til man begynte med bessemering i konverter og raffinering av bessemerkobber i f. på Røros i slutten av 1880-årene.
-"De såkalte engelske smelteovner" får svært rosende omtale i en tysk leksikonartikkel fra 1827. Her kan man lese at malmen i disse vindovnene smeltes nesten raskere enn i ovner med selv den sterkeste blest. Nesten alt kan smeltes i disse ovner, og den tar ikke med seg noe metall i smeltingen slik som når det brukes blest. Smeltekampanjene kan vare opp til et halvt år, og de kan bygges så store at man kan smelte 2-3 tonn av gangen, og malmen bør ikke røstes da den røstes direkte ved smeltingen. Ovnene kan også stå under åpne himmel, og de medfører ingen brannfare.
- Rinman gir i sitt bergverksleksikon (1789) en beskrivelse av hvordan slike "cupolougnar" i Bristol brukes til å produsere kobber. Her blir malmen, pukket til valnøttstørrelse, i første trinn satt inn i ovnen og røstet under svak ild i 3-4 timer. Deretter økes varmen til malmen begynner å smelte. Den urene skjærstein stikkes ut, størkner, slås i biter og settes igjen på ovnen hvor den på ny røstes med svak varme for deretter å bli nedsmeltet og utstukket. Denne syklusen gjentas 8-12 ganger i samme ovnen til alt slagg og alt svovel er fjernet. Sluttproduktet (svartkobberet) blir så til slutt garet i samme ovn. Altså hele femtrinnsprosessen i en og samme ovn - og på denne måten kan ovnen være i bruk hele året, bemerker Rinman som i sin artikkel viser til Schlüters verk Gründlicher Unterricht von Hüttewerken fra 1738.
Det er vanskelig å avgjøre om den "engelske" metode alt i alt var mer økonomisk og effektiv enn vår "tyske" femtrinnsprosess. Om begge metoder kan sies at de var godt tilpasset de lokale produksjonsforhold. I England var det god tilgang på steinkull, men vanskelig med trekull, og malmene var langt "bløtere", dvs mindre jernholdige, enn våre. Da kunne man få god smelting også med de lavere temperaturer man oppnådde i en f..