Hoogoven
De warmtewisselaars
Cowpers
Servers » Pictures » Urbex » Cowpers

Cowpertorens


Foto van één van de cowpertorens van Clabecq,
die zijn lading vuurvaste stenen verliest.
Als men de stenen verwijderd, is dit een teken dat de toren weg moet. De staalplaten alléén zijn niet stevig genoeg om de stabiliteit van de toren te waarborgen.


Werkdruk in de cowper, met sturing van de compressoren.


De cowpertorens zijn enorme warmtewisselaars, vaak groter dan de hoogovens zelf. Het zijn luchtverwarmingstorens en geen koeltorens zoals men zou denken. Men heeft snel ontdekt dan de lucht buiten de oven verwarmen drie keer efficiënter gebeurt dan de lucht in de oven zelf te verwarmen (warmteverliezen meegerekend). Hoe zou dit mogelijk zijn?

In de oven gebeurt de verbranding met een tekort aan zuurstof om een reducerend gas te bekomen (koolstofmonoxyde). Het is dit gas die het ijzererts gaat reduceren tot ijzer. Een verbranding tot koolstofmonoxyde levert echter maar 1/3 van de warmte van een volledige verbranding. Om dezelfde warmte te bekomen zou men driemaal meer cokes moeten inbrengen, en om die cokes op te warmen tot de ontvlammingstemperatuur heeft men op zijn beurt meer hete lucht nodig.

Men heeft er dus alle voordeel aan de lucht apart te verwarmen in cowpertorens. De resterende energie in de koolstofmonoxyde wordt hier vrijgegeevn, zonder dat dit een nadelige invloed heeft op de reductie van het ijzererts.

Op een verbrandingskanaal na is de volledige toren gevuld met vuurvaste stenen met een honingraatstruktuur. Men gebruikt een aanjager om de verse lucht in te blazen. De verbrandingsgassen stijgen in het kanaal en zakken dan via de vuurvaste stenen en worden uiteindelijk afgevoerd via een schoorsteen.

Er zijn gewoonlijk drie cowpertorens per hoogoven. Aan de basis van de cowper zijn er een of meerdere gasbranders. Cowpertorens werden voor het eerst gebruikt in Engeland in 1860. De warmtewisselaar werkt in twee fasen:

  • Tijdens de verbrandingsfase worden de hoogovengassen verbrand (gasfase). De warmte wordt in de vuurvaste stenen opgeslagen. Hoogovengas is rijk aan koolstofmonoxyde. Koolstofmonoxyde heeft een lage calorische waarde, maar een hoogoven produceert enorme hoeveelheden hoogovengas.
  • In de tweede fase wordt gecomprimeerde buitenlucht door de cowpertoren geleid (windfase). De lucht bereikt een temperatuur van 1200°C. Deze hete lucht wordt dan aan de basis van de hoogoven ingeblazen. In deze fase loopt de hete lucht in omgekeerde richting.
De gasfase duurt gewoonlijk 50 minuten en de windfase 30 minuten, daarom zijn er gewoonlijk twee cowpers in de verbrandingsfase (opwarming) en de derde geeft zijn opgeslagen warmte af. Bij het wisselen zet men eerst een tweede cowper in windfase zodat de stroom hete lucht nooit stilvalt, wat catastrofale gevolgen kan hebben voor de oven.

Een hoogoven produceert zoveel hoogovengassen dat deze gassen ook gebruikt kunnen worden om de gebouwen te verwarmen. Bepaalde hoogovens verkopen hun gas aan electriciteitscentrales, dit is het geval met Sidmar in Zelzate en vroeger ook met de electrictietscentrale van Charleroi.

Omdat hoogovengas niet echt energetisch is moet men ook een rijker gas gebruiken om tot de gewenste temperatuur te komen: cokesgas of ardgas. Men kan het tweede gas mengen met hoogovengas of twee branders gebruiken, waarbij men het rijkere gas pas in de laatste minuten gebruikt.

Waarom niet een gewone warmtewisselaar gebruiken? Dat heeft men vroeger gedaan, toen de temperatuur van de ingeblazen luchts slechts een paar honderden graden bedroeg. Als men hoger in de temperatuur wenst te gaan, dan kan een warmtewisselaar niet meer gebruikt worden. Vanaf 600°C wordt ijzer week. Ijzer zal nog niet smelten bij een dergelijke temperatuur, verre van, maar zal wel vervormen na verloop van tijd.

Enkel vuurvaste stenen kunnen een veel hogere temperatuur verdragen. Maar vuurvaste stenen hebben een paar nadelen: ze zijn bijvoorbeeld zeer slechte warmtegeleider, terwijl er enorme hoeveelheden lucht opgewarmd moeten worden. De slechte warmtegeleiding van vuurvaste stenen is ideaal als beschermingsmateriaal van de hoogoven en van leidingen, maar dit betekent dat er een enorm groot contactoppervlakte tussen de hete verbrandingsgassen en de koude zuivere lucht moet zijn. En hier speelt het tweede nadeel van de vuurvaste stenen een rol: de stenen zijn poreus, waardoor de uitlaatgassen zich gaan vermengen met de lucht. De enige oplossing is dus: de warmte opslaan in de vuurvaste stenen tijdens de opwarmingsfase, om de warmte dan af te geven in de tweede fase.

Hoe warmer de ingeblazen lucht, hoe minder cokes er nodig is om ruwijzer te produceren en hoe hoger het uiteindelijk rendement van de oven wordt. Cokes is een relatief duur brandstof (de soorten steenkool die tot cokes omgezet kunnen worden zijn beperkt). Minder cokes betekent ook minder CO2-uitstoot, en dus lagere emissierechten per ton ruwijzer. Terwijl vroeger meer cokes dan ijzererts nodig was, heeft men tegenwoordig genoeg aan ongeveer 350kg cokes per geproduceerde ton ruwijzer (dit heeft ook te maken met het feit dat men tegenwoordig enkel rijk ijzererts gebruikt).

Om de temperatuur nog verder op te voeren wordt er tegenwoordig steenkoolpoeder in de hoogoven ingespoten, samen met de hete lucht.

In de Forges de Clabecq zou men blijkbaar enkele cowpertorens behouden (maar niets is zeker als je de prijs van de vierkante meter bouwgrond kent...). Het oude waterkasteel is blijkbaar een beschermd monument. Maar uitgeindelijk zijn ze toch afgebroken.

Laatste foto: cowpertorens in Duisburg. Cowpertorens zie je meestal in veelvouden van drie. Soms wordt er een waterreservoir op één van de torens gemonteerd (noodwater voor de koeling van de hoogoven in geval van algemene electriciteitspanne).

Links to relevant pages - Liens vers d'autres pages au contenu similaire - Links naar gelijkaardige pagina's