Waterjacket-ovn/waterjacketovn/vannkappeovn
Sjaktovn i stålplateutførelse med doble vegger hvor vann sirkulerer i mellomrommet for avkjøling av veggene i kjernesjakta.
W. avløste de gamle murovnene for skjærsteinsmeltingen og introduserte et nytt smelteteknologisk konsept: Ovnsveggene i kjernesjakta skulle bevares og beskyttes ved avkjøling og ikke med bruk av ildfast stein. Dermed forlot man også det gamle prinsipp om at ovnskonstruksjonen i så stor grad som mulig skulle være isolerende for å unngå varmetap ved stråling. Som fôring på indre ovnsvegg i w. dannet det seg ved smelting en permanent og selvreparerende "frysefôring" av størknet smeltemasse. Fôringsproblemet var løst og ovnen ble derfor i prinsippet nesten "evigvarende".
Mantlene var sveiset sammen oventil og nedentil og vannet ble ført inn og ut via et eget røropplegg. Ovnene ble fyrt med koks, og ble både på Røros og i Sulitjelma utstyrt med såkalt brille, en spesiell, dobbel forherd som forhindret driftsstans pga dannelse av jernsuer inne i ovnen (se brilleovn). Blesten ble ført inn gjennom mange dyser fra en vindkasse som gikk rundt hele ovnen. Den flytende skjærsteinen gikk direkte til konverteren for bessemering.
W. hadde mange fordeler fremfor de (store) gamle murovnene:
- Ovnen kunne bygges opp og settes i drift i løpet av relativt kort tid;
- man kunne øke temperaturen i ovnen uten frykt for å ødelegge ovnsfôringen;
- C-innholdet i brenselet ble bedre utnyttet (fra 75 % til 85 %);
- økt anriking på kobber i skjærsteinen (fra rundt 20 % til 25-40 %);
- driften ble vesentlig enklere. Reparasjoner ble sjeldnere og kunne for det meste utføres uten stans i produksjonen. Dette muliggjorde kontinuerlig og stabil masseproduksjon av skjærstein som igjen var en forutsetning for god konverterdrift i neste trinn (se bessemering).
Ovnens komparative fordeler økte med økt ovnsstørrelse og døgnproduksjon.
I forhold til de gamle murovner hadde w. først og fremst den ulempe at den brukte mer brensel (koks) pr enhet beskikning, spesielt pga oppvarmingen av vannet.
Den første w. i Norge ble installert i den nye smeltehytta ved Røros kobberverk høsten 1888. Ovnstypen kom etter hvert i bruk ved flere kobber- og nikkelverk, og ble også tatt i bruk ved Thamshavn smelteverk for smelting med Orkla-prosessen.
Den første ovnen på Røros var rund, med økende diameter fra 0,97 m i formnivået til 1,25 m ved påsettingsluka for beskikningen; formene (innblåsningsåpningene) var mange og store (det ble blåst med mye luft, men lavt trykk); høyde over formene 2,2 m, over bunnen 2,75 m; ovnens indre volum ca 4,3 m3; døgnproduksjon 35-40 tonn total beskikning (malm, fluss, evt. slagg fra bessemering, raffinering o.a.); vannet ble varmet opp fra 11 ºC (vannets innløpsvarme) til 69 ºC (utløpsvarme); vanngjennomstrømning 1,5 l/sek (130m3/døgn).,
De første ovnene viste, som nevnt, svak brennstofføkonomi. En sammenlikning med de gamle murovner viste f.eks. at samlet varmetap (stråling og ledning (oppvarming av ovnens murvegg) unnvikende ovnsgass) for de gamle ovnene var ca 200 kal pr g beskikning, mens den for w. på Røros i 1904 ble beregnet til 368 kal/g beskikning, eller 84 % mer. Mye av dette skyldtes, som nevnt, kjølevannsoppvarmingen. Ved Røros la kjølevannet beslag på 25 % av den utviklede varmemengde. I tillegg kom diverse andre varmetap. I sum gav dette som resultat at under halvparten av "koksens iboende varmemengde" gikk til selve smeltingen i de tidlige ovnene. Ved å måle vekten av påsatt koks i forhold til vekt total beskikning i w., hhv i murovner, kan konsekvensene for koksforbruket verifiseres. Murovnene klarte seg med fra 11,5 opp til 14 % koks av samlet beskikning, mens prosentandelen for de små og mellomstore w. lå på fra 13,5 til 15 à 16, dvs en gjennomsnittlig økning på ca 15 % i koksforbruket i forhold til de gamle murovnene. Bare større ovner og/eller høyere døgnproduksjon ville kunne redusere de høye brennstoffkostnadene.
Ovner med større diameter ville gi prosentvis lavere varmeforbruk til kjølevannsoppvarmingen da medgått varmemengde vil variere med heteflatens areal i forhold til ovnsdiameteren. Høyere ovner ville senke temperaturen i den unnvikende gass, dvs mer av varmen kom beskikningen til gode.
Høy døgnproduksjon la mindre beslag på varme til vannoppvarming enn lav produksjon. Undersøkelser fra Røros og Sulitjelma viste dette. Verkene hadde ovner med samme dimensjoner. Ved Røros medgikk 25 % av samlet varmeproduksjon til vannoppvarming, ved Sulitjelma kun 20 %. Forskjellen forklares ved den høyere døgnproduksjon ved Sulitjelma, 52 tonn mot gjennomsnittlig 37 tonn på Røros.
For reduksjon av brenselsutgiftene kunne man også vurdere å redusere jacketens høyde slik at man ikke hadde avkjøling helt til topps; et annet tiltak var å plassere koksen i senter av sjakten slik at varmen ble konsentrert her og ikke langs veggene.
I tillegg til høyt koksforbruk, førte små w. med liten utvendig brille (Røros) også til høyt tap av kobber i slagget, 9 - 14 % av kobberet i beskikningens opprinnelige kobbermengde. Ved de gamle murovnene kunne en regne med under halvparten, ca 4-6 %.
I 1904 ble det ved Røros satt opp en ny w. med større diameter og med en beregnet døgnproduksjon på ca 80 tonn, dvs en fordobling av kapasiteten i forhold til verkets to eksisterende ovner.
Varia:
- Innføringen av w. falt tidsmessig sammen med at trekull ble erstattet av koks som brensel ved norske bergverk. Det er ikke kjent at w. ble fyrt med annet enn koks. Sammenlikninger trekull kontra koks som brensel faller derfor utenfor i denne sammenheng, mens vi altså har foretatt visse sammenlikninger med murovner som også ble fyrt med koks.
- Kapasiteten og effektiviteten ved det nye hytteanlegget på Røros med bruk av w. og konverter gjorde inntrykk i samtiden. Bergmesteren sier i sin beretning fra 1890 at det syntes nesten ufattelig at årets henimot 8000 tonn malm kunne nedsmeltes i bare to ovner.
- Ved Røros erfarte man at den moderne smelteprosessen gikk så raskt at man kunne innfri ønsket om stans av konverteren søndag fra 6 morgen til 6 kveld som var iht. den nye fabrikktilsynslovens definisjon av søndagsarbeid. W. måtte imidlertid gå kontinuerlig.
- Ved Sulitjelmaverket hadde man i den første tiden (første ovn installert i 1894) stadig driftsstans grunnet lekkasje på ovnene. Det er ikke kjent om dette også rammet andre verk.
- Den første ovnen ved Rørosverket (1888) var av amerikansk fabrikat og fikk derfor oppnavnet "amerikanaren". Den neste ble bestilt (1892) fra Trondhjems mekaniske Værksted.
- Innsparinger på et trinn kan resultere ofte i økte kostnader på neste. Et eksempel: De gamle murovnen hadde bedre brenselsøkonomi enn de første w., men gav lavere % Cu i skjærsteinen (20 % mot 35- 40 %). Lav Cu betydde imidlertid at mer verdiløs masse måtte håndteres, smeltes og fjernes i de neste trinn (venderøsting/svartkobbersmelting eller bessemering).
- Ovnsstørrelse og kapasitet økte etter hvert. Fra mellomkrigstiden kjennes en kjempe-w. (USA) med lengde 26,5 m og en bredde på 2,13 m. Vanligere var ovner med lengde på ca 12 m og bredde på ca 1,25. En slik ovn produserte 1000 tonn pr døgn.
- Også Orklas smelteverk i Thamshavn hadde store dimensjoner. Anlegget hadde 8 stk rektangulære w. hver med et herdareal på 6,5 m2, beregnet for smelting av 9 tonn kis pr time.
- På Røros var det over w. en silo som de hadde slaggpotter med kobberholdig konverterslagg oppi. Sammen med oppsopet fra hyttegulvet ble dette slagget smeltet på nytt. Når det sprutet fra ovnene, havnet verdifullt gods utafor og en arbeider hadde som jobb å krype under ovnen og skrape fram det som hadde havnet der.