Sjaktovn

 

 

DELPUBLISERING

Artikkelen kompletteres senere.

Denne artikkelen er hovedsakelig orientert mot forholdene ved kobberverkene.

 

 

Sjaktovn/skaktsovn (ty. Schachtofen)

 

Vertikal ovn, hovedsakelig brukt til reduserende smelting av gods i fast form.

 

Ovnsrommet på en s. kan være sirkulært, ovalt, firkantet, eller flerkantet i horisontalplanet. Normalt har rommet tre typer åpninger, en påfyllingsåpning for gods/utløpsåpning for brenngasser på toppen, avtappingsåpninger for produkter i bunnen og noe over disse en eller flere innblåsningsåpninger (former) for forbrenningsluft. Sjaktens øvre ende, giktåpningen, er åpen, eller kan ha påmontert innretninger for påfylling og/eller gassfangst.

Sjakten kan ha loddrette, eller skrånende sider, utover eller innover, mot toppen.[1]

Ovnene var tidligere betydelig steinkonstruksjoner, gjerne bygget i rekke, med en kjernesjakt fôret med ildfast materiale som glimmer. Kjernesjakten var omgitt av metertykke murer for å beskytte sjakten, sikre ovnens stabilitet og unngå varmetap gjennom veggene. Utover på 1800-tallet ble det vanligere med noe slankere ovner bygget av murstein. For s. brukt i kobbersmeltingen under den tradisjonelle femtrinnsprosessen, se skjærsteinsovn og svartkobberovn.

Nyere sjaktovner ble bygget frittstående og ble holdt sammen med jernringer, eller de hadde hel stålmantel. Moderne ovner avkjøles ofte med vann på de varmeste stedene. Selv om nye byggemåter fører til en noe dårligere brennstofføkonomi, sammenliknet med de gamle steinovnene, viser fordelene seg ved kortere anleggstid, lengre driftsperioder, større døgnproduksjon pr volumenhet ovnsrom[2], større driftssikkerhet og enklere vedlikehold[3]. Se waterjacketovn for en mer utførlig presentasjon av en slik ovn.[4]

S. til røsting i storindustriell målestokk synes å ha kommet i alminnelig bruk (på kontinentet) rundt 1890. Utbredelsen må ses i sammenheng med den sterkt økende produksjonen av svovelsyre basert på røsting av svovelkis utover i 2. halvdel av 1800-tallet. 

Se sjaktovnrøsting og tema-artikkelen Kisindustrien.

 

Noen alminnelige karakteristika:

- S. fungerer vanligvis som en motstrømsreaktor hvor godset (malm, brensel, tilslag som er fylt i på toppen, møter brenngasser som stiger opp. På denne måte forvarmes beskikningen før den kommer ned i smeltesonen. Godset smeltes i blestsonen hvor den største forbrenningen og varmeutviklingen finner sted. Noe eget fyrrom eller ildsted finnes normalt ikke;

- temperatur og prosess styres ved å variere lufttilførselen og de innbyrdes mengdeforholdene mellom påsatt malm, brensel og tilslag;[5]  

- vanlig temperatur i en trekullfyrt s. med belgblåst var ca 1100 °C. Dette var tilstrekkelig til å smelte (fayalitt)slagget ved skjærsteinsmeltingen og svartkobbersmeltingen (se disse oppslag);[6]

- s. var velegnet for koks, mindre egnet for steinkull (pga den sterke flammeutviklingen);

- ovnens smelteevne er avhengig av sjaktens tverrsnitt i blestsonen. Tverrsnittet kan ikke være større enn at luften som blåses inn, når sentrum av sjakten i denne sonen. Maksimalt tilgjengelig lufttrykk setter således grenser for sjaktdiameter i ovner med runde og kantete tverrsnitt. Store ovner må derfor anlegges med rektangulære sjakter hvor bare kortsidens lengde er underlagt begrensninger, mens en står fritt til å velge antall innblåsningsåpninger og lengde på langsiden.

 

Fordeler fremfor smelting i flammeovn:

- God brennstofføkonomi;[7]

- lavt verdimetalltap i slagg;

- egnet for fangst av miljøfarlige og/eller økonomisk interessante gasser som SO2;

- kontinuerlig drift over svært lang tid mulig;[8]

- lett å oppnå høy temperatur i smelterommet.

 

Ulemper fremfor smelting i flammeovn:

- Brenselet må være relativt homogent, helt tørt og av god kvalitet;

- mindre egnet for smelting av ubehandlet konsentrat og annet finfordelt gods. Malmen bør være i fast form, enten som stykkmalm eller agglomerert ved brikettering, sintring eller pelletisering;[9]

- ofte avhengig av til dels kraftige og kostbare blåseanlegg;

- (tidl.) jernsudannelse, se jernsu;[10]

- (tidl.) stedbunden drift, avhengig av rikelig tilgang på trekull og fossekraft til drift av belger. Kunne mange steder bare brukes i sommerhalvåret grunnet tilising av vannløpet;

- (tidl.) noe vanskelig å overvåke og korrigere ovnsgangen.

 

HISTORIKK

S. har vært i bruk i norsk kobberindustri fra 1490-årene til smeltehytta på Røros ble nedlagt i 1953, dvs gjennom en tidsperiode på ca 450 år.[11],[12] Tidsperspektivet utvides ytterligere hvis vi antar at det ble brukt s. ved kobbersmeltingen i Kopperåa i Meråker på 1300-tallet.[13] I den andre enden kan også legges til noen år idet det ble produsert skjærstein i s. under den spesielle Orkla-prosessen fram til 1963.

S. har utviklet seg fra lave steinovner som kunne betjenes fra hyttegulvet til mange meter høye ovner i stålplateutførelse. Ovnstypen har for det meste vært brukt til skjærstein- og svartkobbersmelting, men har i nyere tid, som nevnt, også funnet anvendelse som røsteovner, spesielt i kisindustrien.

 

OVERSIKT OVER AKTUELLE SJAKTOVNTYPER

Alle sjaktovnstyper som har vært anvendt innenfor kobber- og kissmeltingen, er gitt egne oppslag. Her skal bare gis en kortfattet oversikt:

Krumovn. Kort, lettbetjent lavteknologiovn som var billig i anleggelse og drift. Stikkherd på siden. Brysthøyde ca 1,20-2 m (se brystmur). Nærmeste enerådende som smelteovn i kobberindustrien frem til ca 1800. Brukt både som skjærsteinsovn og svartkobberovn. Alt smeltearbeid kunne foregå på gulvnivå, evt. ved hjelp av en liten trapp.

Høyovn. Min. 2 meter høy, murt sjaktovn. Stordriftsfordeler i forhold til krumovnen med lengre smeltekampanjer og bedre brennstofføkonomi. Ga muligheter for en mer spesialisert hyttedrift, men brukt både til skjærsteinsmelting og svartkobbersmelting. Trolig tatt i bruk første gang ved Folldalsverket rundt 1800. Ovnene ble etter hvert utført i murstein.[14]

Brilleovn. Skjærsteinsovn med to sirkelrunde herder i par foran ovnen. Forebygget jernsudannelse (se jernsu) slik at det var mulig å gjennomføre lengre smeltekampanjer. Både i stein- og metallutførelse.

Waterjacketovn. Koksfyrt skjærsteinsovn med brille, i stålplateutførelse med doble vegger hvor vann sirkulerer i mellomrommet for avkjøling av veggene i kjernesjakta. Introduserte et nytt ovnsteknologisk konsept: Veggene i kjernesjakta skulle bevares og beskyttes ved avkjøling og ikke med bruk av ildfast stein. Ovnen avløste de gamle trekullfyrte murovnene ved kobberverkene.

Etasjeovn. Røsteovn innredet med horisontale plater for røsting av svovelrik sulfidmalm.

Kiln. Røsteovn for røsting av svovelrik stykkmalm.

Kretsovn. Ovn for smelting av krets, metallholdig slagg og andre kobberholdige returprodukter. Usikkert om ovnstypen har vært i bruk i Norge.

 

EKSEMPEL PÅ BYGGING AV S. I STEIN:

Da det ikke finnes norsk litteratur som gir mer detaljerte opplysninger om bygging av s. i stein, er den følgende fremstilling i det vesentlige basert på svenske kilder.[15]

Dette innebærer selvfølgelig en viss usikkerhet. Spesielt må en ta i betraktning at Sverige i mangt hadde sine egne tradisjoner når det gjaldt kobberutvinningen, mens bergverkene i Norge teknisk og organisatorisk "[stod] helt under tyskt inflytande".[16] Overføringsverdien styrkes på den annen side av stor likhet i malmgrunnlaget med nokså jernrike, dvs tungsmeltelige, malmer på begge sider av grensen. Også ovnsutformingen måtte forholde seg til dette "malmgeologisk imperativ".

Ved anlegging av s. ble det utført en del grunnarbeid som hadde til formål å gi ovnen et solid, stabilt og tørt fundament. Først ble det gravd en grop med varierende dybde alt etter hvor fuktig grunnen var (1-2 m). Gropen ble fylt med drenerende masse som gråstein og slagg og avrettet med finere sand. På dette underlaget ble det utmurt åpne rom for å avlede fuktigheten i grunnen. Utluftings- og dreneringssystemet kunne bestå av alt fra et enkelt rektangulært rom til mer komplekse korsformede og stjerneformede kanalsystemer. Rundt dreneringsrommet/-rommene ble det fylt ut med stein og slagg. Da kobber- og sølvsmeltingen var særlig ømfintlig for fuktighet, oppgir Rinman at kanalene i korsstrukturen under ovner for disse smeltingene vanligvis hadde en bredde og høyde på 60 cm. Dreneringssystemet ble enten dekket med en stor steinhelle, eller, i mangel av store steinheller, med murt hvelv som ble avrettet med et lag knust stein/slagg og sand.[17] Utstrekning i henhold til ovnens bredde og lengde. På dette fundamentet ble så ovnen bygget.

Først ble herdrommet bygd opp med store, ildfaste steiner. Rommet var rektangulært med kortveggene foran og bak. Gjennomsnittlig oppgitte mål for en naken skjærsteinsherd er 1,8 x 1,35 m. Høyde på steinene 0,8-1,2m. Målene varierte en god del over tid. Fant man ikke steiner som var store nok, måtte man bruke mindre steiner som trolig ble føyd sammen med murbruk. Deretter begynte oppmuringen av selve ovnen. Murbruk var sand og leire.

Rundt herden ble det først bygd en kraftig steinmur til støtte. Med herdsteinene som fundament ble så ovnspipen murt opp mens den ble trukket gradvis sammen for hvert omfar slik at sjakten ble trangere oppe enn nede. Når pipen var 75 cm høy, skulle sidemurene være trukket inn 7,5 cm. På dette nivået ble det fra sidemur til side mur i bakkant lagt en kraftig jernbjelke som skulle tjene som fundament for bygging av bakmuren. Bakmuren over jernet ble murt med en tykkelse på opptil 60 cm til den nådde en høyde på 1,50 m. Under jernet oppstod et åpnet rom som ble murt igjen når innblåsningsåpningen (formen) var lagt inn rett i overkant ferdig herd. Denne bakmuren ble kalt ’formbryst’. Sidemurene ble oppført samtidig med bakveggen, men ikke i like stor høyde. På murpipens innervegger ble det brukt sterkt ildbestandig glimmerskifer[18], eller veggene ble belagt med et sand-leirelag og tørket. Det var viktig at veggene i kjernesjakten var glatte og jevne. Utspringende steiner eller groper i muren kunne bli basis for sterkt uønskede avsetninger. Ujevnheter og fuger ble derfor gjerne jevnet med sand-leiremasse hvis det ble brukt steinfôring. Total ovnshøyde fra bunnhelle til topp bakvegg var noe over 3 meter. Hadde man dårlig med passende stein, kunne ovnen bygges noe lavere, men ikke høyere da den i så fall kunne bli ustabil. Til slutt ble pipemuren støttet på utsiden med solide gråsteinsmurer slik at den totale veggtykkelsen kom opp i rundt 1,8 m. I den ene sidemuren var det lavt nede en gjennomgående åpning inn til herdrommet for utstikking av skjærstein/svartkobber. Forveggen (brystet) ble inntil videre stående åpnet, se brystmur. Før denne ble murt opp, måtte herden innredes, se innredning. Både brystet og den delen av bakveggen som omsluttet innblåsningsåpningen (formbrystet) var ikke-bærende elementer som kunne fjernes helt eller delvis for å gi tilgang til ovnens indre i forbindelse med reparasjoner/vedlikehold.[19]

 

Fotnoter

1. Loddrette kjernesjakter, evt. avsmaling oppover synes å ha vært vanlig på de gamle steinovnene, mens utvidelse oppover kanskje kom først på 1800-tallet.  Sistnevnte løsning reduserte hastigheten på de utstrømmende brenngasser med den følge at brenselet ble enda bedre utnyttet, det ble dannet mindre flyvestøv, og temperaturen i smeltesonen øket hvilket ga bedre utsmelting av metallet og et mer metallfattig slagg. (Meyers Konversationslexicon 1888-1890, bd12:333,334). En ovn av denne typen, en rachette-ovn, var i bruk ved Ringerike Nikkelverk.
2. Selv om de gamle og de nye ovnene hadde samme innvendige volum på 6 m3, økte produksjonskapasiteten til det dobbelte, fra 13,3 døgntonn beskikning til 25-30 tonn.(Vogt 1905 (439):33,34). Masseproduksjon av skjærstein tilpasset den nye bessemerteknologien (se bessemering) ble først mulig med de nye ovnene.
3. Dette skyldtes ikke minst dannelsen av såkalt frysefôring, en skorpe av fast slagg på indre ovnsvegg. "Frysefôringa ville på den ene sida bety et større varmetap enn ellers, på den andre sida ville den være sjøl-helende og nærmest evigvarende" (Espelund 2005(229):62).
4. Waterjacketovn avløste de gamle steinovner ved Rørosverket på slutten av 1880-tallet og ble den ovnstypen en satset på ved det nyanlagte Sulitjelma midt på 1890-tallet. For norske forhold gir derfor en sammenlikning med denne ovnstypen best oversikt over fordelene i forhold til steinovnene. Forholdet ble grundig undersøkt av prof. Johan H.L. Vogt som publiserte resultatene i artikkelen Om varmeforbruget ved skjærstenssmeltning i 1905. Artikkelen danner mye av grunnlaget for oppslaget om waterjacketovnen.
5. Temperaturen ble tidligere regulert ved at man økte eller senket omdreiningshastigheten på vannhjulet som drev belgene.
6. Espelund 2005 (229):36,56.
7. Den gode varmeutnyttelsen skyldtes for en stor del forvarmingen av godset før det kommer ned i smeltesonen. God varmeutnyttelse betyr høy virkningsgrad dvs et gunstig forhold mellom tilført energi og energi utnyttet til metallurgiske formål. Virkningsgraden for s. er oppgitt til å være 3 x høyere enn for flammeovner. (Nordisk familjebok(1920), bd 30:sp856).
8. Dette gjaldt først og fremst nyere ovner av typen waterjacketovn med frysefôring, jfr Note 3 ovenfor. Steinovnene ble gjerne stanset hver uke for reparasjoner.
9. Brikketering av kobberholdig konsentrat er bare kjent fra Rørosverket, hvor man helt fram til nedleggelsen av hytta i 1953 smeltet skjærstein i s..
10. Jernsu var en klump hovedsakelig bestående av utredusert jern som bygget seg opp inne i ovnen og skapet problemer for smeltegangen.
11. Det er dokumentert kobberfremstilling i Sandsvær i 1490. Deretter er det en del aktivitet fram til Christian 3.s bergverksoffensiv avsluttes i 1550. Se Tidstabell. Det inntrer deretter en periode med lite bergverksaktivitet fram til Kongsberg Sølvverk blir anlagt i 1624. Regulær kopperverksdrift ble så igangsatt i kongelig regi på Kvikne tidlig i 1630-årene. Stadig flere verk kom så til, Røros, Løkken osv,
12. De eldste s. er blesterovnene som ble brukt ved fremstilling av jern fra myrmalm (jernvinna) helt tilbake til århundrene før Kr..
13. Funnet ble gjort sommeren 2003. 14C-analyse daterer trekull fra funnplassen til 1305-1405. Dette er dermed så langt den eldste dokumentert kobberfremstilling i Norge. Undersøkelser og analyser av funnet pågår (2011).
14. Den svenske metallurg Viktor Eggertz, som besøkte Norge i 1847 og -48 gir følgende opplysninger om ovnene på Røros (omregnet fra svensk mål til metriske mål): Ovnene hadde en høyde på 1,35 m fra  bunnen til formene, og 3,6 m fra formene til toppen der chargen ble satt til. Sjakten var firkantet med 1,2 m bredde og 0,9 m «dybde» i formnivået, med avsmaling til 1,05, hhv 0,75 m i toppen. Det var to blestrør med innvendig diameter 5 cm. (Gjengitt i Espelund 2205(229):51).
15. Her vises til bergverksmannen Sven Rinman som utga sitt Bergwerks Lexicon i 1789, og historikeren Sten Lindroth som utga sitt verk om Stora Kopparberget i to bind i 1955. Den følgende fremstilling bygger hovedsakelig på Lindroths beskrivelse, s 24 ff, av de konstruktive elementer i en 1700-tallsovn ved Stora Kopparberget. Alle mål basert på 1 alen≈0,60 cm (sv. mål)=2 fot=4 kvarter. Denne mangelen på norske kilder etterlater også et terminologisk tomrom for ovnens forskjellige konstruktive elementer. Det må derfor tas i betraktning at mangelen på ekvivalenter lett kan gi en "oversettelse" av svensk tekst på dette område et noe omtrentlig preg.
16. Lindroth 1955,bd2:57.
17. Kravene til steinhellene var formidable. De skulle være kvadratiske i et hardt og motstandskraftig steinslag med sider på 1,5 – 2 m, og med en tykkelse på ca 1, 20 m (!).
18. Bruk av glimmer som ovnsfôring er kjent også fra Norge. (Brünnich 1816:32). Glimmer ble brukt til det såkaldte "forvandtet", den nederste delen av brystet, dvs den del som lå rett overfor blesten og som derfor var sterkt varmeutsatt. Kanskje hadde man også opplevd at steinen her hadde vist tendenser til å smelte.
19. Fra Kongsberg Sølvverk gis det opplysning om en byggemåte som ga muligheter for å bare ta ut en seksjon av brystet som ble kalt "forvandt". Dermed kunne man foreta de nødvendige utbedringer uten å rive ned hele veggen (Samuelsen 1843:11).

Preform Administrasjon   Preform by Dbate