Kupolugnen är en så kallad schaktugn. Den ursprungliga konstruktionen var enkel och dess historia sträcker sig 3 000 år tillbaka i tiden. En modern kupolugn som ska möta kraven inom miljö, processtabilitet och kvalitet är emellertid långtifrån någon enkel konstruktion.

En modern kupolugn är en tung investering där en betydande del av anläggningen utgörs av rening, förbränning samt återvinning av ugnsgasen (kolmonoxid) som uppstår vid förbränning av koks och kalksten. 

Kalkyler visar att ett gjuteri vanligtvis bör ha ett järnbehov på minst 40 – 50 kiloton per år för att kupolugnen ska vara lönsam i jämförelse med degelugnar.

Genomskärningsskiss kupolugn.

Ökade krav på rening och processtyrning har medfört att investering i ny smältkapacitet på mindre gjuterier i stället skett på degelugnssidan.

Energikällan utgörs i nästan alla förekommande fall av koks. Det finns ett fåtal ugnar där gas helt eller delvis ersätter koksen som energikälla. Koksen framställs genom pyrolys av stenkol, där tjära och andra oönskade substanser avskiljs. Denna pyrolys, även kallad koksning innebär också att kolet ”bakas ihop” och blir till klumpar, vilket är nödvändigt för processen. En typisk koksstorlek är 80-150 millimeter.

 

Förbättringar

Genom åren har kupolugnarna förbättrats avsevärt och på samma gång blivit mer effektiva och bättre för miljönEn modern ugnsanläggning (varmblästerkupol) består bland annat av en brännkammare, där avgaserna förbränns och återleder 500 till 600 grader i blästerluften vilket reducerar bränslebehovet. Dessutom kan ytterligare 1,5 till 2,0 MWh per ton koks återvinnas i form av varmvatten eller eltillverkning.

Syrgas tillsätts också numera i de flesta fall. Detta sker antingen genom anrikning av syret i blästerluften eller, vilket är mer effektivt, genom lansar, där syrgasen ofta i överljudshastighet injiceras direkt i koksbädden.

Syrgastillförseln medför en effektivare förbränning som kan utnyttjas till högre smältkapacitet, högre smälttemperatur, högre uppkolning och/eller reducering av koksmängd.

En kupolanläggning innehåller med få undantag en eller flera hållugnar. Detta kallas för duplexsmältning. Tekniken innebär att kupolugnen via en ränna fyller en varmhållningsugn för analys- och temperaturutjämning. Hållugnen utgör samtidigt en buffert mellan smältnings- och formningsavdelningarna.

I Sverige använder endast några få järngjuterier kupolugnar. Tonnagemässigt smälts dock fortfarande en väsentlig del av gråjärnet i kupolugn eftersom det största gråjärnsgjuteriet, Volvo Powertrain i Skövde, utnyttjar denna typ av smältutrustning. Smältkapaciteten hos de största kupolugnarna överstiger 100 ton per timma.

1707