Belangrijke ontwerpoverwegingen voor hoogovens en hun auxiliaire apparatuur

Inleiding

Het ontwerp van de hoogoven (HO) zelf en de direct bijbehorende en auxiliaire apparatuur (Fig. 1) direct stroomopwaarts en stroomafwaarts van de oven is cruciaal voor de efficiënte bedrijfsvoering. Naast de oven zelf omvatten de directe bijbehorende apparatuur: (i) de bovenburen, (ii) de laadinrichting, (iii) de ovenbovenkant, (iv) het koelsysteem, en (v) de gietbuis-apparatuur.

De ijzerproductie in de hoogoven bestaat uit een systeem van diverse componenten die in harmonie functioneren. De juiste toepassing en bedrijfsvoering van deze componenten is nodig om het ijzerproductieproces te ondersteunen. De selectie van specifieke componenten hangt af van factoren als bestaande omstandigheden, fysieke beperkingen, productievereisten, kosten, planning, betrouwbaarheid en onderhoudbaarheid. De wederzijdse afhankelijkheid van componenten is even belangrijk voor de succesvolle bedrijfsvoering van het systeem als hun individuele capaciteit. Er zijn grote eisen en 'normale' praktijken voor elk gebied of component, evenals alternatieve technologieën die commercieel beschikbaar zijn met inherente voor- en nadelen.

De hoogoven zet ijzerhoudende ertslading om in vloeibaar ijzer (gietijzer). Bij de hoogoven horen cokesovenbatterijen die kolen omzetten in cokes, en sinter- en pelletfabrieken die ijzererts voorbereiden voor de hoogoven. De oven zet deze voorbereide grondstoffen om in een product met hogere waarde. Gietijzer uit sommige hoogovens wordt in gieterijen gebruikt voor de productie van ijzergietwerk. Andere ovens produceren gietijzer met lagere siliciumgehalte dat wordt omgezet in staal in de staalverhitingsoven. Een deel van het gietijzer wordt in gietijzergietmachines omgezet in gietijzerblokken. De bijproducten van de hoogoven zijn slak, hoogovengas, rookstof en filterkoek. Deze bijproducten kunnen een positieve of negatieve economische impact hebben, afhankelijk van de lokale mogelijkheden voor benutting.

Factoren die het ontwerp beïnvloeden

Verschillende aspecten beïnvloeden elk ontwerp of herontwerp van een hoogoven: (i) winstgevendheid, (ii) gezondheid en veiligheid van werknemers, (iii) milieubescherming, (iv) wettelijke regelgeving, (v) behoeften van de markt en downstream verwerking, (vi) beschikbare menselijke, bouw- en onderhoudsmiddelen, (vii) veranderende technologieën en veroudering van apparatuur, (viii) beschikbare grondstoffen, utiliteiten en overige materialen. Elke serieuze beperking in één van deze aspecten kan de levensvatbaarheid van de hoogovenunit (of zelfs een staalfabriek) in gevaar brengen of de bouw van een nieuwe hoogoven noodzakelijk of onmogelijk maken.

Classificatie van hoogovens naar grootte

Hoogovens worden normaal gegroepeerd op grootte. Mini-hoogovens produceren minder dan 1.500 ton gietijzer per dag (tGJ/dag), kleine ovens 2.500–5.000 tGJ/dag, middelgrote ovens 6.000–8.000 tGJ/dag, en grote ovens 9.000–12.000 tGJ/dag. In een geïntegreerde staalfabriek zijn meerdere ovens van verschillende groottes nodig om de benodigde hoeveelheid gietijzer voor de staalproductie te leveren. Fabrieken met meerdere ovens zijn minder getroffen wanneer een oven hersteld moet worden of bij bedrijfsproblemen. Kleine ovens hebben kortere herstelperiodes en zijn gemakkelijker te bedienen, maar de kostprijs van gietijzer is hoger. De geïntegreerde staalfabriek moet het minimum aantal kosteneffectieve ovens bedrijven. Soms worden upgrades uitgevoerd om het aantal ovens in bedrijf te verminderen.

Hoogovens worden periodiek hersteld na het einde van hun campagne (tijd tussen herstellingen). vroeger omvatte dit de vervanging van de interne bakstenen. Tegenwoordig worden uitgebreide componentenherbouw, vervanging en preventief onderhoud tegelijkertijd uitgevoerd. Hierdoor verliest een efficiëntere staalfabriek met minder grote ovens een hoger percentage van zijn productie tijdens herstel dan een fabriek met meer kleine ovens. De industrie werkt er aan de campagne te maximaliseren en de hersteltijd te minimaliseren. De huidige trend in geïntegreerde staalfabrieken is om minder grote ovens te bedrijven en technieken en ontwerpen te gebruiken die de campagne onbeperkt verlengen.

Gelijktijdig is de reductie van productvariabiliteit belangrijker geworden, wat leidt tot investeringen in automatisering voor betere monitoring en procescontrole. Operateurs, onderhoudspersoneel, ontwerpers en onderzoekers passen moderne technologie en analytische methoden toe om het proces beter te monitoren en sturen. Hierdoor is de standaarddeviatie van de gietijzerkwaliteit verminderd. Verbeterde dataverzamelingssystemen bieden meer informatie voor leveranciers en fabricanten, wat de materialenselectie en het ontwerp van ovens en bijbehorende apparatuur verbetert. Campagnelengtes zijn toegenomen van vroeger 5–10 jaar tot nu ongeveer 20 jaar.

De hoogoven-ijzerproductie is een meer dan 430 jaar oude technologie. Toch is het gebruik van hoogovengietijzer nog steeds de meest gangbare methode in geïntegreerde staalfabrieken voor staalproductie. Moderne processen zijn afhankelijk van de hoogoven voor voorspelbare hoeveelheden gietijzer van consistente kwaliteit. Variatie in de aanlevering heeft ernstige gevolgen voor de rest van de staalproductie. De hoogoven blijft daarom een sleutelproces in moderne geïntegreerde staalfabrieken.

Soms wordt beweerd dat de hoogoventechnologie aan het einde van haar levensduur is. Dat is niet het geval. Een studie van 23 jaar bedrijfsgegevens (1970–1993) van een typisch paar middelgrote ovens toont een gemiddelde productiviteitsstijging van 3% per jaar (Fig. 2a) en een gemiddelde vermindering van de brandstofverbruik van 1% per jaar (Fig. 2b). De productieve tijd tussen herstellingen (campagne) is verlengd door verbeteringen in apparatuur, materialen en ontwerp. De algehele kostprijs van gietijzerproductie, gecorrigeerd voor inflatie, is nog meer verbeterd dan de bedrijfsgegevens tonen. De hoogoventechnologie is dus niet verouderd, maar blijft een dynamische wetenschap ondersteund door constant verbeterende technologieën.

Indeling van de hoogoven

De indeling van een hoogoven is essentieel een oefening in het integreren van de apparatuur die nodig is om de verschillende materialen voor gietijzerproductie en de resulterende producten en bijproducten te hanteren. Het meest efficiënte ontwerp accommodeert het hele proces en wordt beoordeeld vanuit zowel de initiële kapitaalinvestering als de lopende exploitatiekosten. De indeling van de hoogovenshop is afhankelijk van factoren als: (i) terrein, (ii) klimatologische omstandigheden, (iii) aanleveringsmethode van grondstoffen, (iv) interne verwerkingssystemen en locaties, (v) downstream verwerkingssystemen en locaties, (vi) hoeveelheid/stroomvereisten voor gietijzer, (vii) type en grootte van de gietijzertransportvloot. Fig. 3 toont een vereenvoudigde indeling van een hoogovenfabriek.

Een hoogovenfabriek bestaat typisch uit verschillende secties: (i) grondstofopslag, -handling en -herwinning, (ii) bovenburen, (iii) laadsysteem, (iv) oven zelf, (v) gietbuis, (vi) slakverwerking en -handling, (vii) gietijzerhandling, (viii) windverhitters en warme windstelsel, (ix) gasreinigingsinstallatie, (x) utiliteiten, (xi) automatisering en regelsysteem, (xii) onderhoudsfaciliteiten, (xiii) personeelsfaciliteiten.

Grondstofopslag en -handling

Grondstoffen als ijzererts, sinter, pellets, fluxen, kolen en cokes worden ontvangen van externe bronnen of geproduceerd binnen de geïntegreerde staalfabriek. Deze materialen hebben voldoende gecontroleerde opslag nodig om de hoogovenbedrijfsvoering te ondersteunen. Opslagcapaciteit is nodig voor voorspelbare en onvoorspelbare verstoringen in de aanlevering. Extra capaciteit kan nodig zijn bij mogelijke veranderingen in de bron van bepaalde grondstoffen. Afgescheiden opslaglocaties zijn nodig vanwege verschillende fysieke of chemische kenmerken van gelijkaardige materialen. Vermenging kan procescontrole- en metallurgische problemen veroorzaken. Opslaghopen moeten gescheiden zijn om vermenging te voorkomen en op voorbereide bedden geplaatst worden zodat herwinningsapparatuur tussen prima- en ontaard materialen kan onderscheiden. Hopen worden uitgelegd om materiaaldegradatie te minimaliseren en windopwaarts van fijnstof te voorkomen. Watersproeiers en cocoonmiddelen kunnen stofopwaart door wind minimaliseren.

Verschillende technieken zijn beschikbaar voor neerleggen en herwinnen van grondstoffen. Neerlegtechnieken omvatten wagentippers, ertsbruggen, stapelbanden, schrapers. Herwinningsmethoden omvatten emmerwielherwinners, buigherwinners, shovels, schrapers, direct uit silo's of hopenbodems. De neerleg- en herwinningssystemen moeten gedimensioneerd zijn om de benodigde doorvoer voor de hoogovenfabriek te garanderen.

Bovenburen

De bovenburen is de opslagunit van de hoogovenoperator voor directe voeding van de lading aan de oven. Opslagsilos worden voorzien voor elk van de ladingsmaterialen. Individuele silos voor gelijkaardige materialen (bijv. sinter, pellets) met verschillende metallurgische eigenschappen. De bovenburen biedt voldoende capaciteit voor de verschillende ladingsmaterialen bij korte verstoring van de aanlever uit de grondstofopslaggebieden. Typische doorvoercapaciteiten van bovenburensilos bij verlies van grondstoftoevoer: (i) cokes – 2 tot 8 uur, (ii) ijzerhoudende materialen (erts, sinter, pellets) – 4 tot 16 uur, (iii) fluxen en overige materialen – 8 tot 24 uur. Deze capaciteiten zijn gebaseerd op de nominale ovenproductie en variëren afhankelijk van de betrouwbaarheid en toegangstijd voor vervanging uit voorraad of van een leverancier.

Ladingsmaterialen degraderen door weersomstandigheden en herhaalde handling. Hoe vaker het materiaal gehanteerd wordt (opslaan, herwinnen, dumpen, bandchutes, ertsbrugemmers), hoe hoger het percentage fijnstof in de lading. Het hoogovenproces vereist gecontroleerde permeabiliteit en dus gecontroleerde lading. Het laden van overmatige fijnstof, hetzij normaal gedurende de lading, hetzij geconcentreerd over korte laadperiodes, kan het proces storen en de ovenapparatuur beschadigen. De bovenburen biedt de laatste redelijke kans om fijnstof te verwijderen voor het laden in de oven. Waar mogelijk worden trillingschermen na de cokes-, erts-, sinter- en pelletopslagsilos geïnstalleerd om het grootste deel van de fijnstof te elimineren. Verwijderde fijnstof wordt verzameld voor hergebruik. Sommige operators laden fijnstof in specifieke ovenzones om lokale permeabiliteit en warmtebelasting op de ovenwanden te regelen.

Vochtmeters in de bovenburen monitoren de daadwerkelijke waterhoeveelheden die aan de oven worden toegevoegd. Deze informatie stelt correcties in de laadhoeveelheden toe voor wisselende omgevingsomstandigheden (bijv. hogere cokesvochtigheid tijdens regenperiodes).

Omdat verschillende typen en hoeveelheden ladingsmaterialen nodig zijn voor continue bedrijfsvoering, moeten deze in een specifieke volgorde worden aangeleverd (die frequent kan veranderen ter ondersteuning van wisselende ovenparameters). De bovenburen moet dus voorzien zijn van betrouwbare apparatuur voor het extraheren en voeden van nauwkeurige hoeveelheden specifieke ladingsmaterialen volgens een specifiek schema. Fig. 4 toont een vereenvoudigde apparatuuraanordnung in de bovenburen.

Vroeger was de meest voorkomende bovenburen de 'highline'-type, direct naast de oven gelegen. Treinwagens of brugkranen voeden de opslagsilos, terwijl deze direct een weegwagentje voeden. Een operator bedient handmatig de silo-afvoerklep om specifieke hoeveelheden materiaal in de met weegcellen uitgeruste tol van het weegwagentje te doseren. Na het verzamelen van de juiste typen en hoeveelheden beweegt de operator het weegwagentje naar een positie boven de 'skip-put' en dumpt de lading via een goot in een wachtende skip. De skip wordt vervolgens naar de ovenbovenkant getild.

De highline-bovenburen in combinatie met een weegwagentje bood weinig opties voor het siften van ferroze lading (erts, sinter, pellets). Met toenemende kennis van het hoogovenproces ontstonden strengere eisen aan de lading. Het concept van 'engineered burden' (ontworpen lading) is nu algemeen erkend. De highline-bovenburen heeft beperkte flexibiliteit en aanpasbaarheid om deze eis te ondersteunen, en is vervangen door de geautomatiseerde bandtransportbovenburen.

De geautomatiseerde bovenburen is normaal van twee verschillende typen. Het eerste type vervangt het weegwagentje onder de grondstofsilos door een doser- en bandtransportsysteem. Afzonderlijke banden voor elk grondstoftype (cokes, ijzerhoudende materialen, fluxen en additieven) waarop rijen opslagsilos gemonteerd zijn, met trillingsdosers om ladingsmaterialen van silos op banden af te voeren. Voor cokes en ijzerhoudende materialen bevindt zich een trillingsscherm aan het afvoerpunt van elke band om het materiaal te siften en het gesifte materiaal in weegtol te voeren. Dit systeem blijft weegtol voeden voor de skipwagens.

Het tweede type is een grote structuur van opslagsilos volledig boven gronds en ver van de hoogoven. Dit wordt gedaan voor ovens waar een bandtransporter de ladingsmaterialen naar de ovenbovenkant brengt in plaats van skipwagens. De silos worden gevuld via een bandtransportsysteem. Grondstoffen worden uit de silos getrokken door trillingsdosers en banden in weegtol. De weegtol dumpt het materiaal via een verzamelband op de hoofdband. De weegtol worden geprogrammeerd om de grondstoffen in de juiste volgorde op de hoofdband naar de ovenbovenkant te wegen.

Een geautomatiseerde bovenburen kan een efficiëntere voeding van grondstoffen, efficiëntere selectie, sifting, wegen en afgifte van de lading aan de oven bieden. De geautomatiseerde bovenburen kan direct naast de oven (voor skipvoeding) of op afstand (voor bandvoeding) geplaatst worden.

Automatisering van de bovenburen heeft de productiecapaciteit aanzienlijk verhoogd, de operationele efficiëntie verbeterd en operationele varianten veroorzaakt door operators en apparatuur geëlimineerd. In de praktijk kan een moderne, geautomatiseerde bovenburen echter complex zijn. De bovenburen kan door banden gevoed worden, die op trippende banden materialen naar verschillende silos verdelen. De indeling van banden en apparatuur kan op veel manieren gerangschikt worden. Plaatsing naast de oven leidt vaak tot indelingscongestie en beperkt flexibiliteit voor toekomstige wijzigingen.

Hissysteem

Ladingsmaterialen worden normaal naar de ovenbovenkant getild met skipwagens of bandtransporter.

Skipwagenhissing

Het gebruik van skipwagens voor hoogovens is afgeleid uit de mijnbouw. Skipwagens zijn gedimensioneerd voor de ovendoorvoer. Factoren als hiscapaciteit, skipbrugontwerp, enz. beïnvloeden de skipgrootte. Normaal werken twee skips in tegenovergestelde richting (om hisvermogen te reduceren) op een gemeenschappelijke his. Skips rijden op rails op een skipbrug, meestal onder een hoek van 60–80 graden ten opzichte van de horizontale. De volle skip versnelt langzaam bij vertrek uit de skip-put, versnelt zo snel mogelijk tot maximumsnelheid voor het grootste deel van de til. De his vertraagt de skip bij benadering van de top van de skipbrug. De wielen worden geleid door de dump- en hoornrails terwijl de skip omkeert in de ovenbovenlaadinrichting. Zodra de hisskip de finale dumppositie bereikt en stopt, bereikt de lege skip (dalend met dezelfde snelheden) net de bodem van zijn beweging in de skip-put, klaar voor vullen. Het skiplaadsysteem is een betrouwbare en effectieve techniek voor het leveren van de lading aan de ovenbovenkant. Het mist echter flexibiliteit: skips kunnen alleen een specifieke hoeveelheid materiaal bevatten (overbelading leidt tot overvulling of overbelasting van de his) of worden inefficiënt als kleine volumes specifieke lading nodig zijn. Fig. 5 toont een schematische weergave van skipwagenhissing.

Ovenlaadbandtransporter

Met de bandtransportvering van de bovenburen kwam de bandtransportvering van het hissysteem. Het is nu gebruikelijk dat bovenburen op afstand van de oven gelegen zijn en één grote bandtransporter de lading naar de ovenbovenkant brengt. Als de ovenbovenkant ongeveer 60 meter hoog is, dan moet een bandtransporter onder 8 graden helling ten opzichte van de horizontale minimaal 427 meter van de oven entfernt zijn. Stijlere hellingen worden normaal vermeden om materiaalterugrol te minimaliseren. Het is gebruikelijk om diverse materialen direct over en na het einde van een ferroze lading op de bandtransporter te laden om de ferroze materialen op hun plaats te houden tot ze de ovenbovenkant bereiken.

Laadsysteem aan ovenbovenkant

De oven zelf werkt met positieve hoge bovenkantdruk. Hoogovengas, bestaande uit koolstofmonoxide, koolstofdioxide en stikstof, wordt gegenereerd door het hoogovenproces samen met grote hoeveelheden meegesleept stof. De operator moet de bovenkantdruk handhaven om procesvoordelen en om gassen en stof in te sluiten (zowel voor brandstofwaarde als voor milieubeheer). Echter, de operator moet regelmatig ladingsmateriaal in de bovenkant van de oven plaatsen om het interne proces aan te vullen, zonder de ovenbovenkantdruk te verliezen.

Beltype bovenkant

Jarenlang was het meest voorkomende type ovenbovenkant de tweebel-bovenkant (Fig. 6). Zodra de lading de ovenbovenkant bereikt (per skip of band), valt het in een ontvangsttol en in de kleine-bel-tol. De kleine bel (kegelvormige staalgieting van ca. 2,6 m diameter en 1,4 m hoog voor een 5.000 tGJ/dag oven) zakt en laat de lading in de grote-bel-tol vallen. De kleine bel wordt getild en dicht tegen een vaste zit in de kleine-bel-tol. Afhankelijk van het volume van de grote-bel-tol, worden extra ladingen lading in de grote-bel-tol gesequenceerd door de kleine bel. Tijdens dit proces is de grote bel gesloten gebleven, de oven afdichtend. Wanneer het juiste aantal ladingen is verzameld, zakt de grote bel (ca. 5,5 m diameter en 3,5 m hoog voor een 5.000 tGJ/dag oven) en laat de lading over de bel in de bovenkant van de oven zelf glijden. Na ontlading wordt de grote bel getild en dicht tegen de onderzijde van de grote-bel-tol. Fig. 6 toont beltype hoogovenbovenkantlaadsystemen.

De ladingverdelingscontrole met dit type bovenkant is beperkt door hoe gelijkmatig de lading op de grote bel wordt geplaatst (skipdumpen resulteert in onevenmatige plaatsing) en de valkurven van specifieke ladingsmaterialen (cokes of ijzerlading) als ze van de grote bel glijden en vallen. Verder is de tweebel-bovenkant vatbaar voor verlies van afdichting van de grote en kleine bel en van de pakking tussen de grote-belstang en kleine-belbuis. Belliking ontstaat door slijtage door ladingsmateriaal dat over de afdichtingsoppervlakken glijdt. Stangpakkingslek is het resultaat van slijtage door fijnstof uit de oven of die op de grote-belstang verzamelt na dumpen in de ontvangsttol.

Om slijtage van het grote-belafdichtingsoppervlak te minimaliseren, wordt hoogovengas uit de oven tussen de bellen geïntroduceerd om de ruimte te equaliseren (vermindering van het differentiële drukverschil over het grote-belafdichtingsoppervlak). Dit gas wordt naar de atmosfeer afgelaten voordat de kleine bel open gaat om meer lading toe te voegen. Opties om de beperkingen van het tweebel-type topsysteem te verbeteren zijn hieronder gegeven.

De McKEE-distributeur

De McKEE-distributeur (Fig. 6) was jarenlang de belangrijkste ladingverdelingsverbetering voor de tweebel-bovenkant, maar wordt snel door andere technologieën vervangen. Het ontwerp omvat de mogelijkheid om de kleine bel en kleine-bel-tol samen te roteren tijdens het dumpen van de skip. De lading wordt gelijkmatig in de kleine-bel-tol verdeeld, wat de gelijkmatige plaatsing van lading op de grote bel verbetert. Dit type bovenkant is gevoelig voor slijtage van kleine en grote bel en daaropvolgend verlies van afdichtingseffect.

CRM universele roterende distributeur-bovenkant

De CRM (Centre Recherches Métallurgiques – België) universele roterende distributeur (Fig. 6) werd ontwikkeld om verlies van het kleine-belafdichtingseffect te elimineren. Twee bellen (een afdichtingsbel en een materiaalbel) vervangen de normale kleine bel. Een draaiende ladingtol is gemonteerd op de materiaalbel. De afdichtingsbel bevindt zich onder de materiaalbel en dicht tegen een vaste zit. Tijdens skipdumpen worden de ladingtol en de gesloten materiaalbel geroteerd om de tol gelijkmatig te vullen. Na het vullen stopt de tolrotatie. Wanneer het tijd is om op de grote bel te dumpen, worden de draaiende tol, materiaalbel en afdichtingsbel gezakt. De afdichtingsbel zakt onder de vaste zit. Halverwege het zakproces stopt de toldaling en de materiaalbel en afdichtingsbel zakken verder tot hun stoppositie. Als de opening tussen de materiaalbel en de tol open gaat, laat de lading gelijkmatig in de grote-bel-tol vallen. Als de lading de opening verlaat, komt het niet in contact met het afdichtingsklepafdichtingsoppervlak, waardoor de bovenkantafdichtingscapaciteit behouden blijft. Dit type bovenkant kan 0,2 MPa interne druk aan.

De CRM-bovenkant verbetert de afdichtingscapaciteit en levensduur van de tweebel-bovenkant. Het biedt echter geen dramatische verbetering van de ovenladingverdeling ten opzichte van de McKEE-distributeur en elimineert niet de kwetsbaarheid van het grote-belafdichtingsoppervlak.

De GHH-sluishoptop

De GHH-sluishoptop (Fig. 6) is een wijziging van de tweebel-bovenkant. Het vermindert de afhankelijkheid van de grote bel om een gasafdichting te handhaven. De toevoeging van sluishopen met afzonderlijke afdichtingskleppen voor elke skipdumppositie biedt extra capaciteit voor het afdichten van de bovenkant. De grote bel kan met geen differentieel druk over zijn afdichtingsoppervlak worden bediend (d.w.z. ovenbovenkantdruk is gelijk aan grote-bel-toldruk). De werking is als volgt:

1. Een skip dumpt de lading in de sluishoop via een ontvangsttol en open afdichtingsklep.
2. De lading wordt op de roterende kleine bel geplaatst en vult de roterende distributortol boven de kleine bel gelijkmatig.
3. Een afdichting tussen de sluishoop en de roterende kleine-beltol is open tijdens de rotatie.
4. Wanneer de ladingdumpen van de skip klaar is, worden de afdichtingsklep en de afdichting tussen sluishoop en kleine-beltol gesloten.
5. Equaliseringsgas wordt geïntroduceerd en de sluishoop onder druk gezet tot ovenbovenkantdruk.
6. De kleine bel wordt dan gezakt om de lading in de grote-bel-tol te introduceren.
7. De kleine bel sluit en de druk uit de sluishoop wordt naar de atmosfeer afgelaten.
8. De afdichtingsklep aan de tegenoverliggende kant (d.w.z. aan de andere skipdumppositie) wordt geopend.
9. De afdichting tussen sluishoop en kleine-beltol wordt geopend. Rotatie van de kleine bel en tol begint. De bovenkant kan nu lading van de andere skip accepteren.

Dit type bovenkant verbetert de afdichtingscapaciteit en levensduur van de tweebel-bovenkant. De sluishoptop biedt echter geen dramatische verbetering van de ovenladingverdeling ten opzichte van de McKEE- of CRM-top. Hoewel de grote bel niet meer een afdichtingsfunctie hoeft te vervullen, blijft de levensduur van het kleine-belafdichtingseffect kritiek.

Beweegbare pantserplaten

De grote stap naar verbetering van de ladingverdeling van de beltype-bovenkant was de ontwikkeling van beweegbare pantserplaten (Fig. 7). Instelbare afweerplaten worden in de keelzone van de oven geïnstalleerd om de lading af te buigen nadat deze van de grote bel afglijdt. De beweegbare pantserplaten worden aangepast afhankelijk van het specifieke ladingsmateriaal dat wordt gedumpt en waar de operator de lading binnenin de oven wil plaatsen.

Verschillende fabrikanten leveren verschillende typen beweegbare pantserplaten. Individuele pantsersegmenten kunnen uniform (simultaan en gelijk) binnenin de oven worden bewogen om de lading in een ringvormig patroon te plaatsen. Andere typen bieden individuele controle van de pantserplaten om niet-circulaire verdelingspatronen te bereiken.

Nadelen van beweegbare pantserplaten: (i) het merendeel van de mechanische en slijtagecomponenten ligt in de harde omgeving van de ovenbovenkegel, (ii) verlies van interne werkvolume is nodig voor vrije ruimte tussen beweegbare pantserplaten en het ontwerp-voorraadniveau (hoewel dit gebied niet als ruwe productiviteitszone voor ovenwerkvolume kan worden geclassificeerd), (iii) beperkte mogelijkheid om lading naar het absolute centrum van de oven af te buigen, met name wanneer het voorraadniveau al hoog is. De rolkarakteristiek van pellets negeert vaak de beperkte verplaatsing van de beweegbare pantserplaten.

Bellose bovenkantlaadsysteem (BLT)

In de vroege jaren '70 ontwikkelde Paul Wurth S.A. van Luxemburg het bellose bovenkant (BLT) laadsysteem (Fig. 7). Dit type ovenbovenkant is een radicale afwijking van de beltype-bovenkant. Lading kan binnenin de oven in elk patroon geplaatst worden dat de operator nodig heeft. Annulaire ringen, spiralen, segmenten en puntplaatsing zijn gangbare patronen die bereikt worden door gesynchroniseerde of onafhankelijke kanteling en rotatie van een ladingsverdelingsgoot in de bovenkegel van de oven.

Ovenbovenkantafdichting wordt gedurende de hele campagne van de oven gehandhaafd. Onderhoudsactiviteiten zijn eenvoudig en van korte duur. Normaal bestaat de BLT uit een ontvangstgoot of -tol (ontvangt lading van skips of bandtransporter), een sluishoop met bovenste en onderste afdichtingskleppen, een materiaalstroomregelklep, een hoofddoort aandrijving (water- of gasgekoelde unit voor gootrotatie en -kanteling), en de ladingsverdelingsgoot. Er zijn drie hoofdtypen BLT: (i) parallelle hoop, (ii) centrale voeding, en (iii) compact type.

Typisch omvat het parallele type twee sluishopen (geïnstalleerd op sommige ovens voor doorvoer en back-updoeleinden; een één 'excentrische' hooptype is geïnstalleerd voor een toepassing met beperkte vrije ruimte). Sinds begin jaren '80 hebben verschillende hoogovens de 'centrale voeding' enkele sluishoop gekozen voor de verbeteringen in ladingssegregatie en ladingverdelingscontrole, wat resulteert in verbeterde ovenbedrijfsvoering.

Een 'compact' type BLT-bovenkant is ontwikkeld voor kleine tot middelgrote ovens om de introductie van de BLT (en zijn voordelen) mogelijk te maken bij ovens waar de andere grotere BLT-typen niet gebruikt kunnen worden vanwege kosten of fysieke beperkingen. De stappen in BLT-bedrijf voor een centrale voeding type zijn: (i) lading wordt gedumpt van een skip of bandtransporter via een ontvangstgoot of -tol voorbij een open afdichtingsklep in de sluishoop, (ii) na ontvangst van de lading in de sluishoop wordt de bovenste afdichtingsklep gesloten en equaliseringsgas geïntroduceerd om de sluishoop onder druk te zetten tot ovenbovenkantdruk, (iii) de onderste afdichtingsklep opent, (iv) de lading loopt uit de sluishoop terwijl de materiaalklep is ingesteld op de voorgeselecteerde opening passend bij het specifieke ladingsmateriaal, (v) de lading valt verticaal door de voederspuit met de hoofdaandrijving en valt op de ladingsverdelingsgoot, (vi) de ladingsverdelingsgoot stuurt de lading naar de vereiste punt(en) binnenin de oven, (vii) wanneer de sluishoop volledig leeggelopen is (gemonitord door belastingcellen en/of akoestische monitoring), sluit de onderste afdichtingsklep, (viii) een ontlastingsklep opent om de sluishoop naar de atmosfeer te ontlasten (of via een energierawiningsunit), en (ix) de bovenste afdichtingsklep opent en de reeks wordt herhaald.

Voordelen van BLT ten opzichte van andere bovenkantlaadsystemen: hogere bovenkantdrukcapaciteit (0,25 MPa), brandstofbesparing, verhoogde productie, stabielere bedrijfsvoering, verminderd onderhoud in kosten en tijd, verlengde ovencampagne, en verbeterde operationele controle bij hoge koleninjectiesnelheden in de tuyères.

Gimbal-laadsysteem

Het doel van het Gimbal-laadsysteem is het vergemakkelijken van gecontroleerde verdeling van laadmateriaal in de hoogoven via een Gimbal-type trillende goot door een houderhop en variabele materiaalklepopening, zodat het geperstise laadsysteem erboven onafhankelijk kan werken van het verdelingssysteem. Het gebruikt een kegelvormige verdelingsgoot, ondersteund door ringen in een Gimbal-regeling, wat onafhankelijke en gecombineerde kanteling van de gootas produceert. De Gimbal-distributeur, als onderdeel van het totale hoogovenbovenkantlaadsysteem, biedt een volledig geïntegreerde laadoplossing, die aanzienlijke verbetering in hoogovenbedrijf en onderhoudskosten genereert.

De Gimbal-bovenkant omvat een volledige reeks ovenbovenkantverdelingsapparatuur, inclusief verdelingswippen, bovenste afdichtingskleppen, hopen, onderste afdichtingskleppen, materiaalstroomkleppen en goggle-klepassen, allemaal afvoerend via hydraulisch aangedreven verdelingsgaten. De kantelende goot wordt aangedreven door twee hydraulische cylinders, 90 graden uit elkaar gemonteerd. Dit type ophanging en aandrijving resulteert niet in een rotatie van de kantelende goot, maar in een cirkelvormige pad door superpositie van beide kantelbewegingen. Onafhankelijke of gecombineerde bediening van de cylinders stelt de gootas in staat om naar elke hoek, of zelfs langs elk pad te worden gericht. Beweging wordt geleverd door twee hydraulische cylinders, elk werkend door een as, verbindingsstang en cardangewricht om de Gimbal-ringen aan te sturen. Door de beweging van de hydraulische cylinders stelt de verdelingsgoot nauwkeurige materiaalverdeling met potentieel voor oneindig aantal laadpatronen met wisselende snelheden toe. Deze omvatten ring, spiraal, centrum, punt, segment of sector laden, wat volledige controle biedt over materiaalladen in de oven.

De gehele distributeurmontage is ingesloten in een gasdichte behuizing, direct gemonteerd op de topflens van de hoogovenbovenkegel. De behuizing bevat een vaste inlaatgoot en een kantelende verdelingsgoot ondersteund door ringen in een Gimbal-regeling, wat onafhankelijke en gecombineerde kanteling van de gootas toestaat. De montage is gemaakt van een combinatie van roestvrij en koolstofstaal, met de vaste inlaatgoot en kantelende gootlijf voorzien van keramische uitkleding voor superieure slijtagebescherming. Een gesloten waterkoelingsysteem levert koelwater door de hoofassen, Gimbal-lagers en cardangewrichtlagers om de bewegende elementen van het Gimbal-verdelingssysteem te koelen.

Belangrijkste kenmerken van het Gimbal-ontwerp: (i) eenvoudig, robuust ontwerp, gebruikmakend van hefbomen aangedreven door hydraulische cylinders, (ii) aandrijfcylinders gemonteerd buiten drukverpakking, dus niet blootgesteld aan hete en stoffige omstandigheden, (iii) Gimbal-ringregeling geeft eenvoudige kantelbeweging in twee vlakken, die gesuperponeerd 360 graden verdeling geeft, en (iv) slijtage op de kantelende goot is geëqualiseerd over de omtrek, wat een lange operationele levensduur geeft.

De hoogoven Gimbal-bovenkant is een geautomatiseerd, computergecontroleerd geperstiseerd laadsysteem ontworpen om: (i) ladingen erts, cokes en diverse materialen in de houderhop te ontvangen, onafhankelijk van het verdelingssysteem eronder, (ii) die ladingen, zoals nodig, vrij te geven aan een dynamische verdelingsgoot onder de houderhop, en (iii) materiaal in voorgeschreven patronen te verdelen naar de oven voorraadlijn volgens een vooraf bepaalde laadmatrix. Controle van de Gimbal-verdelingsgoot is volledig geïntegreerd in de algehele ovenlaadsoftware. Het systeem biedt een hoog niveau van nauwkeurigheid en controle voor de Gimbal-bewegingen en dus de positionering van de verdelingsgoot. Fig. 8 toont de Gimbal-materiaaldistributeur en laadsysteem.

Oven zelf

De oven zelf is het hoofdreactorvat van het hoogoven-ijzerproductieproces. De interne lijnen zijn ontworpen om het interne proces te ondersteunen. De externe lijnen zijn ontworpen om de benodigde systemen te bieden om het interne proces te bevatten, handhaven, monitoren, ondersteunen en aanpassen.

Het hoogovenproces is een tegenstroomproces. Het proces omvat: (i) lading bij omgevingsomstandigheden wordt in de ovenbovenkant op de kolom lading binnenin de oven geplaatst, (ii) als de lading daalt met de ladingskolom, wordt het verwarmd, chemisch gewijzigd en uiteindelijk gesmolten, (iii) verdere chemische wijzigingen treden op met het gesmolten materiaal, (iv) de gesmolten producten worden bij de bodem geëxtraheerd, (v) smelting van ladingsmateriaal en extractie resulteren in daling van de ladingskolom en de behoefte aan aanvulling van de lading aan de top, (vi) warme wind wordt via tuyères bij de bodem geïntroduceerd, (vii) hoogovengassen worden gegenereerd voor de tuyères en stijgen door de lading en chemisch wijzigen de dalende lading alsook zichzelf worden chemisch gewijzigd en gekoeld, (viii) hoogovengas (en stof) wordt bij de top van de oven geëxtraheerd, en (ix) warmte wordt uit het vat in alle richtingen geëxtraheerd (vooral door het bekledingskoelsysteem) en samen met het hoogovengas, vloeibaar ijzer en vloeibare slak. Fig. 9 toont doorsnede en typen hoogovens.

Oventype

Ovens worden geconstrueerd als mantel-ondersteunde of vrijstaande. Mantel-ondersteunde hoogovens hebben kenmerkend een ringbal (mantel) aan de onderkant van de onderste schacht van de oven. De mantel wordt op zijn beurt ondersteund door kolommen op de hoofdovenfundering. De kuil, tuyèreborst en bosh worden ook door de fundering ondersteund. Ovens met mantelondersteuningskolommen hebben tendens tot beperkte toegang en verminderde flexibiliteit voor verbeteringen in de mantel-, bosh- en tuyèreborstgebieden.

Omdat thermische uitrekking een grote overweging is in ovenmantelontwerp, biedt de mantelstijl van oven een interessante ontwerpoverweging. De mantelondersteuningskolommen zijn relatief koel. De mantel neigt ertoe een constante hoogte te handhaven ten opzichte van de ovenfundering gedurende de campagne. Thermische uitrekking van de schacht door proceswarmte wordt beschouwd als gebaseerd op de 'vaste' mantel (d.w.z. de top van de oven rijst ten opzichte van de mantel). De effectieve hoogte van de bosh-, tuyèreborst- en kuilmantels (ondersteund op de ovenfundering) neemt toe door thermische uitrekking van de mantel door proceswarmte. Het onderste deel van de oven til omhoog richting de vaste mantel. Daarom is een uitrekvoeding van een of ander type nodig bij de bosh/mantel-verbinding of ergens geschikt in het onderste deel van de oven.

Vrijstaande ovens zijn ontwikkeld om de kolommen te elimineren en de installatie van grote apparatuur en ovenkoelingsverbeteringen toe te staan. Dit ovotype heeft een dikke mantel voor structurele ondersteuning. Installatie en onderhoud van een betrouwbaar koelings- en bekledingssysteem is nodig om de structurele levensduur van de mantel te ondersteunen.

Twee variaties van de vrijstaande oven zijn gebruikt. Een type voorziet in een aparte structurele ondersteuningstoren om het ovenafgassysteem en laad/hissysteem belasting te dragen. Het andere type (terwijl het een aparte ondersteuningstoren gebruikt voor mantelvervanging tijdens herstellingen) gebruikt de oven zelf om het afgassysteem en laad/hissysteem belasting te dragen. Speciale overweging voor het ovenmantelontwerp moet worden gemaakt ongeacht het ovotype. Het ovenvat wordt blootgesteld aan interne drukken van wind en gas, lading, vloeibaar ijzer en slak. Dode en live belasting tijdens alle bedrijfs-, onderhouds- en herstellingsfasen moeten overwogen worden.

Ovenzones

De belangrijkste zones van de oven zelf zijn: (i) bovenkegel, (ii) keel, (iii) schacht, (iv) mantel/buik, (v) bosh, (vi) tuyèreborst, (vii) kuilmuren, (viii) kuilbodem, (ix) fundering.

Bovenkegel

De bovenkegel of koepel is het bovenste deel van de oven zelf. Het ondersteunt de ovenbovenkantlaadapparatuur en het hoogovengasverzamelingssysteem. Voorraadstangen (voorraadniveau recorders of meters) worden normaal hier geplaatst om het bovenste niveau van de lading in de oven te monitoren. Deze apparaten leveren de toestemmings- of indicatiesignalen om de volgende geplande ladinginvoer aan de oven te laden. Typisch zijn het gewichten die door speciale lieren worden gelost, of microgolfunits. Sommige ovens incorporeren radioactieve isotopenemitter en detectoren gemonteerd in de ovenkeel om het ladingsniveau te monitoren. Infraroodcamera kan in de bovenkegel geïnstalleerd worden om de hoogovengastemperatuurverdeling te monitoren terwijl het de ovenlading voorraadlijn verlaat.

De bovenkegel is de coolste zone van de oven zelf, maar kan blootgesteld worden aan extrem hoge temperaturen als de lading 'glijdt' (snelle, onbeheerste ladingdaling na een periode van ongewone afwezigheid van daling). De net geladen lading valt door deze zone en het hoogovengas wordt van deze sectie weggevoerd.

Keel

Stalen slijtageplaten of pantserplaten worden in deze zone geïnstalleerd. Hier is slijtage van de ovenbekleding door de geladen lading de belangrijkste oorzaak van achteruitgang. Ovenoperators werken om het bovenste niveau van de lading (het voorraadniveau) in deze regio te handhaven. Beweegbare pantserplaten kunnen in dit gebied geïnstalleerd worden om de lading af te buigen die van een grote bel valt. Met de installatie van de BLT kan slijtage van het voorraadniveaugebied aanzienlijk verminderd worden. Sommige ovengebruikers kiezen ervoor de pantserplaten te elimineren en een slijtvast refractaire bekleding te gebruiken.

Schacht

De schacht (soms schacht of 'in-wand' genoemd) is de zone tussen de mantel of buik bij een vrijstaande oven en het voorraadniveaugebied. Gladde, uniforme lijnen (het proces 'werkoppervlak') van de schacht zijn essentieel voor uniforme en voorspelbare ladingdaling, hoogovengasstijging en stabiele procescontrole gedurende de hele ovencampagne. Procesoverwegingen dicteren een grotere diameter aan de basis van de schacht dan aan de top. Typische schachthoeken liggen in het bereik van ongeveer 85 graden ten opzichte van de horizontale.

Mantel/buik

Het mantel- of buikgebied voorziet in de overgang tussen de uitgezette schacht en bosh-secties. Handhaving van de effectiviteit van het koelings/bekledingssysteem is bijzonder belangrijk voor het manteltype oven om de mantelstructuur te beschermen. Thermische bescherming is ook belangrijk voor het vrijstaande ovotype. Echter, het vrijstaande ontwerp is in dit gebied minder ingewikkeld en toegankelijker.

Bosh

Het boshgebied ligt tussen de tuyèreborst en de mantel/buik van de oven. De bosh-diameter neemt van onder naar boven toe. De helling van de bosh stelt de efficiënte stijging van procesgassen toe en is noodzakelijk om de benodigde zonelevensduur te bieden (procesgassen zijn extrem heet en interne chemische aanvalscondities zijn zwaar). Typische bosh-hoeken liggen in het bereik van ongeveer 80 graden ten opzichte van de horizontale. Boshes zijn van twee basistypen: (i) gebande en (ii) gedichte. Ze kunnen door verschillende technieken gekoeld worden.

Gebande boshes komen voor in oudere mantel-ondersteunde ovens (ze kunnen niet op vrijstaande ovens toegepast worden). Een aantal stalen banden worden in incrementieel toenemende diameters geplaatst (kleinste aan de onderkant van de bosh en grootste aan de top) en met verbindingsstrippen samengevoegd. Ruimte tussen de banden stelt de introductie van koperen koelplaten toe. Keramische baksteenbekleding moet worden gebruikt omdat luchtingang leidt tot oxidatie van koolstofgebaseerde bekledingen. Gaslekken door de gebande bosh kan hoog zijn. Dit type is niet geschikt voor hoogovens met hoge winddruk/hoge bovenkantdruk. Gebande boshes bieden voldoende flexibiliteit om de vereiste voor een manteluitrekvoeding in het onderste deel van de oven te elimineren.

Gedichte boshes, met continue staalmantelplaat in plaats van afzonderlijke banden, worden gebruikt om verbeterde koelings/bekledingssystemen, hogere ovenbedrijfsdrukken en het vrijstaande ovotype toe te laten. Gedichte boshes houden waardevolle gassen in de oven, wat het metallurgische proces verbetert. Daarnaast ondersteunt de gedichte bosh, omdat het luchtingang in de bekleding voorkomt, het gebruik van koolstofgebaseerde refractairen.

Tuyèreborst

Warmte wind wordt via tuyères (watergekoelde koperen units) in de tuyèreborst in de oven geïntroduceerd. Het aantal benodigde tuyères hangt af van de grootte (productiecapaciteit) van de oven. De tuyèreborst-diameter, tuyèreafstand en aantal tuyères worden beïnvloed door de verwachte raceway-zonegrootte voor elke tuyère.

Tuyèrestokken (Fig. 10) voeren de warme wind van de buspijp naar de tuyères. De tuyères worden ondersteund door tuyèrekoelers (watergekoelde koperen units) die op hun beurt ondersteund worden door stalen tuyèrekoelerhouders (zijde las of gebout aan de ovenmantel). Speciale overwegingen moeten worden gemaakt in het tuyèreborst-mantel- en bekledingsontwerp om effectieve afdichting van de verschillende componenten te handhaven om ontweken en verlies van ovengassen te voorkomen.

Kuil

De kuil (Fig. 10) is het smelters van de oven. Hier worden gietijzer en vloeibare slak verzameld en gehouden tot de oven getapt wordt. De kuilmuren worden doorgetapt door taphaten (vaak ijzernotches genoemd) voor de afvoer van het verzamelde gietijzer en vloeibare slak. Het aantal taphaten is afhankelijk van de ovengrootte, gietijzer- en vloeibare slakhandlingvereisten, fysieke en kapitaalbeperkingen, enz.

Verschillende ovens zijn uitgerust met een slak- of cindernotch (normaal één per oven, hoewel sommige ovens er twee kunnen hebben). De slaknotch-openingshoogte is normaal voldoende hoger dan de ijzernotch-hoogte. In vroeger tijden, toen slakvolumes hoog waren, werd de slak periodiek vanuit de slaknotch gespoeld. Dit vereenvoudigde het ijzer/slak-scheidingsproces in de gietbuis. Vaker nu wordt de slaknotch echter alleen bewaard voor initiële ovenopstartprocedures of voor noodgevalgebruik bij ijzernotch- of andere ovenbedrijfsproblemen.

Kuilbodem

De kuilbodem ondersteunt de kuilmuren en wordt overstroomd door het ijzer binnenin de oven. Naarmate de campagne vordert, slijt de kuilbodembekleding af tot een vast evenwichtspunt. De overgebleven refractaire bevat het proces en beschermt met voldoende koeling of inherent isolatiewaarde de ovenfundering en fundering.

Koelsysteem

De toepassing van specifieke koeltechnieken op individuele ovenzones is afhankelijk van factoren als campagnelevensverwachting, ovenoperationele filosofie, ladingtypen, refractairen, kostenbeperkingen, fysieke beperkingen, beschikbare koelmedia en voorkeuren. Verschillende koeltechnieken kunnen voor verschillende zones worden voorzien om de bekleding te helpen weerstand te bieden aan specifieke zoneverslechteringsfactoren. Normaal is de voorziening van voldoende koelcapaciteit in elk van de toepasselijke ovenzones nodig als het daar gelegen bekledingssysteem moet overleven. Waar de thermische, chemische en tot op zekere hoogte de slijtende condities van het proces extreem zijn, moet voldoende koeling worden voorzien om de benodigde uniforme interne lijnen van de oven te handhaven en de ovenmantel te beschermen.

Typisch worden de bovenkegel- en keelgebieden van de oven niet gekoeld. De kuilbodem kan 'actief' gekoeld worden door onder-kuilkoeling (lucht, water, of olie media) of 'passief' door warmteleiding door de kuilbodembekleding naar de kuilmuren. De basiskoelopties voor de rest van de oven zijn: (i) geen koeling (typisch het bovenste deel van de schacht wordt in verschillende ovens niet gekoeld), (ii) douche- of spuitkoeling, (iii) mantel- of kanaalkoeling, (iv) plaatkoeling, en (v) staafkoeling.

Douche- of spuitkoeling

Water wordt door sproeiers of overloopgoten gericht en daalt in een film over de mantelplaat. Effectief sproeierontwerp, aantallen en positionering zijn belangrijk voor dekkingsgraad en om terugkaatsing te minimaliseren. Goed afweerplaatontwerp is nodig om efficiënte koelwaterverdeling te garanderen en spatten te minimaliseren. Douchekoeling wordt veel toegepast in de bosh- en kuilmurengebieden. Spuitkoeling wordt normaal toegepast voor nood- of back-upkoeling, voornamelijk in het schachtgebied. Externe mantelplaatcorrosie en organische vervuiling zijn veelvoorkomende problemen die waterstroom kunnen storen of de mantel van het koelingseffect van de oppervlaktekoeling isoleren. Waterbehandeling is een belangrijke overweging om effectieve koeling te behouden.

Mantel- of kanaalkoeling

Gefabriceerde koelkamers of structurele staalkanalen of profielen worden direct aan de buitenkant van de mantelplaat gelast. Water stroomt met lage snelheid door de koelelementen om de mantel en bekleding te koelen. Mantel- of kanaalkoeling wordt veel toegepast op kuilmuren, tuyèreborst en boshgebieden. Schaalopbouw op de ovenmantel en afvalverzameling in de bodems van de externe koelelementen kunnen de koelingseffectiviteit compromitteren. Daarom is periodieke reiniging van de koelelementen nodig.

Het kritieke zorggebied in de tot nu toe genoemde koelschema's is de noodzaak voor de mantelplaat om als koelelement te fungeren. Als extreme warmtebelasting op de binnenkant van de mantel werkt, bestaat er een extreem hoge thermische gradiënt over de mantel. Dit effect resulteert in hoge thermisch geïnduceerde mantelspanningen en uiteindelijke scheurvorming. Scheuren beginnen aan de binnenkant van de oven en voortplanten naar buiten. De scheuren blijven onzichtbaar (behalve een 'heet punt') tot ze de mantelplaat volledig doorpenetreren. Doorbreking van de mantelplaat resulteert in lek van hoogovengas, blootgestelde mantelverkoolstofing en verstoring van het koelingseffect (vooral spuit- of douchekoeling). Mantelscheuring in een gedichte koelmantel of kanaal is moeilijk te lokaliseren en kan resulteren in lange ovenuitvaltijd voor herstel. Binnendringing van water in de oven (vaak wanneer de oven offline is en interne ovengasdruk waterintrusie via mantelscheuren niet kan voorkomen) kan nadelige invloed hebben op de ovenbekleding. Water in de oven kan potentieel gevaarlijk zijn door explosierisico (stoom of waterstof). Omdat douche- en mantelkoeling afhankelijk zijn van de mantelplaat om proceswarmte naar het koelmedium te geleiden, zijn plaat- en staafkoeling geconfigureerd om de mantel van het proces te isoleren.

Plaat- en sigaarkoeling

Installatie van koelelementen door de mantel van de oven (Fig. 11) is een grote ovenontwerpverbetering die resulteert in effectieve koeling van de ovenbekleding en bescherming van de mantelplaat. Koeling wordt geleverd langs de lengte van de koelelementpenetratie in de bekleding. De ingevoegde elementen bieden positieve mechanische ondersteuning voor de refractaire bekleding. Typische plaatkoelerfabricatie is gegoten hoge-leiding koper. Enkele of meerdere doorgangen van koelwater kunnen geïntegreerd worden. Koelkasten met groter verticaal profiel zijn gegoten uit staal, ijzer of koper gegoten.

Sigaartype (cilindrische) koelers (Fig. 11) van staal en/of koper zijn ook met succes gebruikt. De filosofie van dichte plaatkoeling (d.w.z. verticale pitch van 350–400 mm middelpunt-tot-middelpunt, en horizontale pitch van 600 mm middelpunt-tot-middelpunt) heeft het koelingseffect verbeterd en de bekledingslevensduur verlengd.

Koperen koelplaten zijn traditioneel in de mantelplaat geankerd met bevestigingsstaven of geboutte verbindingen om gemakkelijke vervanging bij plaatlek toe te staan. Recenter zijn platen ontworpen met staalsecties aan de achterkant van de plaat voor direct lassen aan de stalen mantel. Hoewel soms langer durend om te vervangen, biedt dit type een positieve afdichting tegen hoogovengaslek. Plaatkoelers worden typisch in gebieden geïnstalleerd boven waar het vloeibare ijzer in de oven verzameld wordt. Dus het middenpunt van de tuyèreborst, tot aan de onderkant van de keelpantser is het toepassingsbereik.

Staafkoeling

Gegoten ijzeren koelelementen (Shannon-platen of staven) zijn jarenlang in de bosh- en kuilmurengebieden gebruikt. Deze gietstukken hebben gekoorde koelkanalen van grote doorsnede. Hoewel hun levensduur in de bosh niet opvallend was, zijn meerdere campagnes normaal voor de kuilmuren. Deze staven lieten vaak leiden tot lage stroomsnelheden van marginale kwaliteit koelwater (schaalopbouw en afvaldepositie/opbouw) en soms gietporositeit. Waterlekken in de kuilmuren kunnen een aanzienlijk probleem zijn.

In de jaren '50 ontwikkelde de toenmalige USSR een nieuw type staafkoeler (Fig. 12) en 'natuurlijke verdampingsstaafkoeling'. Voor dit ontwerp waren gietstukken van grijze gietijzer met staalbuizen voor waterdoorgangen. De buizen werden voor het gieten gecoat om verbranding van de koelbuis en metallurgisch contact met het staaflichaamsmateriaal te voorkomen. De staven werden in horizontale rijen met de oven geïnstalleerd en de koelbuizen steekten door de mantel. Verticale kolommen van staven werden gevormd door de interconnectie van de uittredende buizen van de ene staaf tot de corresponderende staaf in de volgende rij. Staven kunnen op alle muren in de zones onder de pantser toegepast worden. Staven in de kuilmuren en tuyèreborst worden met gladde vlakken geleverd. Staven in de bosh, mantel/buik en schacht hebben normaal ribrecessen voor installatie van refractair.

De evolutie van het staafkoelerontwerp is dramatisch geweest. Staven in de hogere warmtebelastinggebieden zijn nu typisch gegoten uit knoopijzer voor verbeterde thermische geleiding en scheurweerstand. Terwijl vroege staafontwerpen gegoten refractair gebruikten (geïnstalleerd na staafinstallatie binnenin de oven), incorporeren ribben nu normaal refractaire bakstenen, ofwel in plaats gegoten (met het staaflichaam in de gieterei) of gegleden en gemetseld op plaats vóór installatie in de oven. Fig. 12 toont staafkoeler en generaties van staafontwikkeling.

Staven worden normaal verwacht een refractaire bekleding voor enige tijd te behouden. Na verlies (verwacht) van de bekleding zijn de staven ontworpen om de slijtende effecten van dalende lading en stijgend vuil gas te weerstaan. Ook moeten ze de verwachte proceswarmtebelasting opnemen en weerstand bieden aan thermische belastingscycling en schok. Vier generaties staven (Fig. 12) worden in de industrie normaal herkend.

Eerste generatie staven worden niet meer normaal gebruikt. Deze staven hebben vier koellichaamcircuits (met grote radius bochten die de staafhoeken niet effectief koelen. Deze staven zijn gemaakt van grijze gietijzergietstukken met gegoten ribrefractair. Tweede generatie staven hebben vier koellichaamcircuits met korte radius bochten voor verbeterde hoekkoeling. Deze staven zijn gemaakt van knoopijzergietstukken met in gegoten of gelijmde ribbakstenen. Derde generatie staven hebben twee-laags lichaamskoeling met vier of zes koellichaamcircuits (staafheet vlak) en een of twee slangenvormige koudevlakcircuits (staafkoude vlak) voor extra of back-up koeling in het geval van heetvlakcircuitverlies. Deze staven hebben extra randkoeling (boven en onder). Het meer frequente gebruik van deze staven is als gekoelde legplaten om een refractaire bekleding te ondersteunen. Deze staven hebben in gegoten of gemetselde ribbakstenen. Vierde generatie staven hebben twee-laagskoeling (vergelijkbaar met derde generatie). Deze staven hebben gekoelde legplaten en in gegoten muurbaksteenbekleding, wat de noodzaak voor een handmatig geplaatste interne baksteenbekleding elimineert.

Staven met heetvlaklegplaten zijn effectiever in het behouden van een baksteenbekleding dan de gladde rib-gezichte bakstenen. Echter, zodra de baksteenbekleding verdwijnt, zijn de legplaten zeer blootgesteld binnenin de oven. De legplaten storen ladingdaling en gasstijging. Blootgestelde legplaten neigen ertoe snel te faillen. Ze worden vaak gediend door koelwater apart van de hoofdfd staafkoelcircuits. Op deze manier kunnen lekkende legplaatcircuits gemakkelijker gelokaliseerd of geïsoleerd worden. Sommige staaffabrikanten leveren nu afzonderlijke legplaatgietstukken zodat legplaatbarsting en verlies de ouderstaven niet beschadigen. Er is ook een huidige verandering in filosofie om de toepassing van legplaten volledig achterwege te laten.

Variaties van de basistaafgeneratietypen zijn gangbaar. Bijvoorbeeld, staven van vierde generatietype die refractair gietmateriaal voor de muurbekleding gebruiken, zijn met succes toegepast. Alternatief zijn baksteenbekledingen geankerd aan de staaflichamen. Dergelijke benaderingen kunnen gebruikt worden om te substitueren voor baksteenondersteuningslegplaten.

Een 'vijfde' generatie staafontwerp is ontwikkeld: de koperen staaf (Fig. 13). De ontwikkeling van koperen staven werd zowel in Japan als Duitsland uitgevoerd voor gebruik in het gebied van bosh, buik en onderste schacht om te gaan met hoge warmtebelasting en grote temperatuursfluctuaties. Terwijl Japan gegoten koperen staven koos, zijn Duitse koperen staven gewalste koperen platen met nauwe buitentoleranties en geboorde koelkanalen. Geboorde en gedopte koperen staven zijn typisch ontworpen voor vier waterbuizen in een rechte lijn aan de top en vier waterbuizen in een rechte lijn aan de bodem. Materialen voor interne buizencollen omvatten monel, koper of staal. In tegenstelling tot gietijzeren staven, zijn koperen staven bedoeld om gebonden te worden aan de koelbuis.

De ontwikkeling van de in-gegoten staalbuis koperen staaf heeft de volgende aspecten overwogen. Volgens het eerste aspect is voor de preventie van deformatie, een geschikt ontwerp van de staaflengte en boutbeperkingspunten belangrijk. Het eerste aspect is dat het gebruik van de in-gegoten staalbuis koperen staaf met zijn eigen ontwerp nuttig is voor het effectief reduceren van deformatierisico. Fig. 13 toont de beperkingspunten van een gewalste koperen staaf en de in-gegoten staalbuis koperen staaf. Een gewalste koperen staaf is aan de mantel bevestigd door montagebouten en pennen. Om de las aan de basis van een stijgende buis te beschermen tegen schade door spanningen, is de stijgende piping met de mantel verbonden door een uitrekvoeding. Vanwege deze structuur zijn de boven- en ondereinden van de staven vrij verplaatsbaar, waardoor de staven gemakkelijk vervormd worden. De grote thermische belasting die herhaaldelijk op de koperen staaf wordt toegepast in de loop van de fluctuaties in de hoogovenbedrijfsvoering etc., zorgt ervoor dat plastische vervorming geleidelijk wordt opgebouwd, en resulteert in grote deformatie. Er zijn gevallen waarin de deformatie aan het bovenste uiteinde 50 mm of meer heeft bereikt en een las is gebroken, onder de voorwaarde van een overmatig lange staaf, een ongeschikte boutpositie, of hoge warmtebelasting die de ontwerpvoorwaarde overschrijdt.

Op dit moment is het meest populaire type koperen staaf de gewalste koperen staaf, het fabricatieproces van welke gaat over het boren van gaten in een koperen plaat. De waterkanaleinden van deze staven zijn propgelast. De in-gegoten staalbuis koperen staaf, die is ontwikkeld, wordt gemaakt door gebogen staalbuizen in het koperen te gieten, een volledig ander fabricatieproces dan dat van de conventionele gewalste koperen staaf. Deze unieke fabricagemethode heeft het mogelijk gemaakt om hoge energie-efficiëntie en lange levensduur van hoogovens te bereiken, wat niet bereikt kan worden met de gewalste koperen staaf.

Natuurlijke verdampingsstaafkoeling (NEVC) is een techniek waarbij ketelkwaliteitswater in de onderste rij staven wordt geïntroduceerd en door natuurlijke middelen opstroomt door de verticale koelcircuits. Naarmate de proceswarmte door de staaf en koelbuis in het water geleidt, verhit het water op zijn beurt. Naarmate het water warmte, zet het zich uit. Omdat koeler water beneden wordt geïntroduceerd, neigt het warme water omhoog te bewegen. Op een bepaald punt in het verticale koelcircuit is het water aan het kookpunt. Als het water zijn fase verandert in stoom, door de latente warmte van verdamping, wordt additionele warmte geabsorbeerd (de faseovergang dryvend). Na het begin van koken stijgt tweefasenstroom (water en stoommengsel) de koelbuizen op naar de top van de oven. Normaal op het ovenbovenplatform gelegen zijn stoomscheidingsdrums gebruikt om de stoom te extraheren en naar de atmosfeer te venten. Aanvulwater wordt in de drum geïntroduceerd (om de afgelaten stoom te vervangen). Het water wordt door zwaartekracht terug naar de ovenbodem geleid en nogmaals aan de staven toegevoerd. Deze koeltechniek is zeer efficiënt en heeft lage exploitatiekosten. Er is geen pompapparatuur. De verbeteringen in dit systeem zijn geweest om de stroom van het koelwater te verhogen met recirculatiepompen (gedwongen verdampingskoeling, FEVC) om uniform koelwaterstroom te garanderen en het recirculerende water te koelen (gedwongen koud water koeling – FCWC). Beide benaderingen hebben resulteerd in verbeterde staaf- en bekledingslevensduur.

Staven bieden een uitstekende bescherming voor de mantelplaat gedurende hun levensduur (die verlengd wordt zolang de interne baksteenbekleding op zijn plaats blijft). Staaftoepassing is geïmplementeerd in alle gebieden van de oven van kuilmuren tot en met de bovenste schacht.

Een nadeel voor conversie van een bestaande plaatgekoelde oven naar staafkoeling kan de kosten van een nieuwe mantel zijn. Echter, als de bestaande mantel al in nood is en ohnehin vervangen moet worden, is de conversiekost geen grote factor.

Gietbuis

De gietbuis (Fig. 14) is het gebied of gebieden bij de hoogoven waar apparatuur geplaatst wordt om veilig het gietijzer en vloeibare slak uit de oven te extraheren, ze te scheiden, en ze naar de juiste handlingapparatuur of faciliteiten te leiden. Het gietijzer en vloeibare slak worden uit de oven via de taphaten verwijderd. Alleen zelden wordt slak vandaag de dag vanuit de slaknotch gespoeld. De apparatuur voor de taphaten moet betrouwbaar zijn en minimaal onderhoud vereisen. Ovens tappen typisch acht tot elf keer per dag.

Moderkanon

De moderkanon wordt gebruikt om de taphaten na afloop van tappen te sluiten. Een hoeveelheid taphatenmassa wordt door de moderkanon ingedrukt om het versleten gat te vullen en een hoeveelheid taphatenmassa (de paddenstoel) in de kuil te handhaven. De moderkanon wordt normaal op de taphaten gehouden tot de taphatenmassa uitgehard is en de taphaten veilig gedicht is. Een hydraulische moderkanon gebruikt hydraulische kracht om te zwenken, te houden en de taphatenmassa in te druken. Typische injectiedruk van taphatenmassa is in de orde van 20–25 MPa, wat toelaat om viscieuze massa in de oven met hoge druk in te drukken. De hydraulische kanan wordt met een kracht van 15–35 ton tegen de oven gehouden. Dit type moderkanon kan in één beweging in plaats worden gezwenkt.

Een electromechanische kanan heeft drie afzonderlijke elektrische aandrijvingen voor unitzwenk, looppositionering en rammen. Daarom zijn verschillende afzonderlijke bewegingen nodig voor nauwkeurige positionering van de moderkanon aan de taphaten. Taphatenmassa injectiedruk ligt in het bereik van slechts 5–8 MPa. De electromechanische moderkanon wordt aan de oven vastgezet om het tijdens het dichten op zijn plaats te houden.

Taphatenboor

De taphatenboor wordt gebruikt om een gat door de taphatenklei in de kuil van de oven te boren. Een booreenheid wordt hydraulisch in plaats gezwenkt en hydraulisch in de werkpositie gehouden. Een pneumatische motor voedt de hamereenheid (met een bevestigde boorstang en boorkop) in het gat. Gecomprimeerde lucht wordt door het centrum van de boorstang en de boorkop gevoerd om de kop te koelen en de verwijderde taphatenmassa weg te blazen. Wanneer de taphatenboorstang in de kuil gepenetreerd is, wordt de boorstang ingetrokken en de boor zwenkt vrij van de gietijzerstroom.

Inlegstangtechniek

De toepassing van de inlegstangpraktijk heeft het tapproces verbeterd. Wanneer de taphatenmassa na dichten nog plastisch is, wordt een staalstaaf in de taphaten gedreven door de taphatenboor. Terwijl de staaf tijdens de tijd tussen gieten op zijn plaats blijft, verhit hij door geleiding van het kuilgietijzer. Dit stelt uitharding van de taphatenmassa over zijn gehele lengte toe (in tegenstelling tot uitharding met de oven en instellen aan de buitenkant bij de ovenkoelelementen). De uitgeharde taphatenmassa is meer weerstandsbaar tegen erosie tijdens tappen, wat de tapsnelheidscontrole verbetert. Minder taphatenmassa is nodig om het gat opnieuw te dichten. Wanneer de taphaten geopend moet worden, haalt een klemminrichting en een achterwaartshammerinrichting op de taphatenboor de staaf eruit. De timing voor taphatenopenen kan makkelijker gecontroleerd (voorspeld) worden dan door conventioneel boren. Deze functie is belangrijk voor soepel ovenbedrijf en voor planning van gietijzerlevering aan downstream faciliteiten.

Zijde taphatenapparatuur

Moderkanon en boormachines zijn normaal aan weerszijden van de taphaten geïnstalleerd. Ontwikkeling van ontwerp heeft installatie van deze apparatuur aan één zijde van de taphaten toegestaan. De boor zwenkt over de moderkanon of vice versa. Dit type installatie vergemakkelijkt verbeterde toegang voor taphaten- en gootonderhoud en verbeterde toepassing van goot- en taphatengebied rookgasafvang.

Met de komst van tuyère-toegangsplatformen om tuyère- en tuyèrestokinspectie en -vervanging te vergemakkelijken, is de beschikbare kopvrijte voor de taphatenapparatuur verminderd. Echter, installaties met taphatenapparatuur aan dezelfde zijde kunnen bereikt worden met lage kopvrijte (bijv. 2,2 meter).

Goot- en loperstelsel

Typische gietijzer- en slaktapsnelheden liggen in het bereik van 4–6 ton per minuut en 3–5 ton per minuut, respectievelijk. De goot- en loperstelsels moeten ontworpen zijn om het ijzer en de slak goed te scheiden en ze weg van de oven te transporteren voor stroomsnelheden binnen het normale bereik en voor ongewone piekstroomsnelheden.

De gietijzergoot (Fig. 15) is een refractaire uitgeklede tol in de gietbuisvloer en ontworpen om ijzer en slak na ontlading uit de oven te verzamelen. Het gietijzer stroomt de goot af, onder een scheider en over een dam in het gietijzerlopersysteem. Het gietijzerniveau in de goot wordt bepaald door de dam. Goed damontwerp dompelt het laagste deel van de scheider in het gietijzerbad. De slak, lichter dan het gietijzer, drijft de goot af bovenop het gietijzerbad. Omdat het niet in het gietijzer kan zakken en door de scheideropening, verzamelt het bovenop het gietijzer tot voldoende volume zich verzameld heeft om over een slakdam te overlopen en de slakloper af te lopen. Aan het einde van het tappen wordt de slakloperdamhoogte verlaagd om de meeste slak af te voeren. Het resterende gietijzer wordt in de goot gehouden om oxidatie en thermische schok van de gootrefractaire bekleding te voorkomen.

Wanneer onderhoud van de gootbekleding nodig is, kan het gietijzerbad gedumpt worden door de gietijzerdam te verwijderen, of door een gootafvoerklep te openen, of door in de zijde van de goot (op zijn laagste punt) te boren met een afvoerboor. De gootbodem is normaal ontworpen met een 2% (minimaal) helling voor effectieve afvoer. Gootdwaarsdoorsnede en lengteontwerp zijn belangrijk voor effectieve ijzer- en slakstroompatronen, retentie en scheiding. Een goed gootontwerp resulteert in gietijzeropbrengstverbeteringen. Effectieve gootbekleding- en koeltechnieken zijn belangrijk voor bekledingslevensduur, gietijzertemperatuur, en gietbuis structurele staal- en beton warmtebescherming overwegingen. Goten werden traditioneel in stalen dozen 'begraven in zand' in het gietbuisvloersysteem bewaard. Verbeterd gootontwerp integreert gedwongen of natuurlijke luchtconvectie of waterkoeling.

Gietbuispraktijk vereist dat de lopers zo kort mogelijk zijn. Dit minimaliseert temperatuurverlies van gietijzer en vermindert loperonderhoud en rookgasvorming. Kortere lopers kunnen ook resulteren in verminderde kapitaaluitgaven voor gietbuisgebouwinstallatie of -wijziging. Omdat de lopers van de oven af moeten hellen, volgt de gietbuisvloer normaal dezelfde helling als de lopers.

Slaklopers zijn normaal ontworpen met een 7% (minimaal) helling. Slak kan gericht worden naar: (i) slakpotten voor spoorweg- of mobiele apparatuurtransport naar een externe locatie voor dumpen, (ii) slakputten angrenzend aan de oven voor luchtkoeling en waterkwensing voor excavatie door mobiele apparatuur, en (iii) granulatieinstallaties angrenzend aan de oven voor omzetting van vloeibare slak in gegranuleerde slak. Granulatieunits zijn voorzien van systemen om rookemissies geassocieerd met milieukwesties te elimineren.

Gietijzerlopers zijn normaal ontworpen met een 3% (minimaal) helling. Gietijzer wordt normaal naar gietijzertransportladels (torpedowagens / open ladels) gericht voor transport naar de staalverhitingsoven of gietijzergietmachines. Terwijl normale praktijk is om één ijzerlopersysteem met afleidkleppen te hebben die het gietijzer naar verschillende gietposities sturen, elk met een ladel. Toepassing van de kantelende loperpraktijk is gunstig gebleken. Een kantelende loper is normaal met een elektrisch motor-aangedreven actuator (met een handmatig handwiel back-up), en wordt om ongeveer 5 graden gekanteld om het gietijzer af te leiden. Een bad gietijzer wordt in de kantelende loper gehouden om spatten en refractaire slijtage te minimaliseren. Wanneer één gietijzerladel gevuld is, wordt de loper naar de overkant gekanteld om de andere ladel te vullen. Indien nodig, verwijdert een lokomotief de gevulde ladel en plaatst een lege ladel op zijn plaats. Deze operatie kan zonder oven te pluggen uitgevoerd worden. Wanneer het tappen klaar is, wordt de kantelende loper een extra 5 graden gekanteld om zijn gietijzerbad in de ladel te dumpen.

Moderne gietbuisontwerp omvat platte vloeren, waar de loper volledig bedekt is en vlak met de vloer gemonteerd is. Dit stelt veiliger en gemakkelijker gebruik van mobiele voertuigen in het gietbuisgebied toe. Het gebruik van radio-gecontroleerde apparatuur en andere apparaten heeft het gietbuiswerk gehervormd, en deze, samen met effectieve emissiecontrolsystemen, hebben de werkomstandigheden verbeterd. Naarmate de hoogovenkuildiameter toeneemt, ontstaat een resulterende behoefte om de grootte van de gietbuis te vergroten. Grote ovens zijn normaal ontworpen met vier taphaten (Fig. 14). Met een vier-taphatenconfiguratie moet de gietbuisindeling voldoende ruimte bieden voor beweging over de vloer zelf. Er zijn geen ontwerpkwesties geassocieerd met deze vereiste zolang de benodigde ruimte in het terreinplan voorzien is. De vergroting van de gietbuis in termen van vloerplan vertegenwoordigt geen radicale verandering in ontwerpfilosofie die een uitdaging kan vormen voor de ovenontwerper. Een efficiënte en streng gecontroleerde tappen is noodzakelijk voor het garanderen van een stabiele bedrijfsvoering en hoge productiviteit van de hoogoven.

Emissiecontrole

Roekafvangvereisten en toepassingen lijken aanzienlijk over de wereld te variëren. Hoogovens hebben momenteel volledige, gedeeltelijke, of zelfs geen gietbuisrookafvangsysteem. Uitlaatventilator- en zakfiltercapaciteit in de orde van 9.000–11.500 m³/min (afhankelijk van bedrijfs- en ontwerppraktijken) is typisch voor volledige rookafvang van een twee-taphaten gietbuisinstallatie (voor gotenlopers en kantelende lopers).

Goed ontwerp en toepassing van rookafvang loperdekken kunnen gietbuistoegang vergemakkelijken (d.w.z. platte vloerconfiguratie met stalen platen of platen) voor personeel en mobiele apparatuur overstek. Loperdekken kunnen ook gietijzertemperatuurverlies verminderen en refractaire levensduur van de loper verbeteren.

Sommige ovens gebruiken vlamonderdrukking die de zuurstof in de lucht direct boven de goot en ijzerlopers elimineert. Verbrandingsproducten voorkomen oxidatie van het gietijzeroppervlak, wat zichtbaar deeltjes en rook vermindert.

Overige aspecten van hoogovenontwerp

Het is noodzakelijk dat een complete studie van elk element in het procesketen, van grondstofaanlevering tot gietijzerverbruik, wordt gemaakt om te garanderen dat er geen 'knelpunten' in het systeem zijn die de oven kunnen verhinderen de doelen van zijn installatie te halen. Bij het ontwerpen van de hoogoven moet het gedachteproces gebruikt worden om het ovenontwerp te ontwikkelen en enkele alternatieven overwogen voordat het ontwerp vastgelegd wordt. Tijdens het ontwerpen van de oven moeten die ovenapparatuur geselecteerd worden die het beste voldoen aan de behoeften van de ovenbedrijfsvoering.

Het ovenontwerp moet garanderen dat: (i) de oven in staat is de operationele doelen van productie, productiviteit (ton per dag per kubieke meter werkvolume), specifieke verbruiken (kg per ton gietijzer), en productkwaliteit op kosteneffectieve wijze te halen, (ii) de oven de flexibiliteit heeft om veranderingen in de kwaliteit van de grondstoffen te accepteren en te absorberen, en (iii) de oven in staat is de gewenste campagnelevensduur te bereiken zowel wat betreft tijd als totale productie.

Financiële verantwoording is de overweldigende overweging voor het ontwerp. Hiervoor moet de economische studie zeer uitgebreid zijn. Verder moet het ovenontwerp de nieuwste technologische ontwikkelingen omvatten zodat de oven niet technologisch verouderd raakt gedurende zijn gehele campagne.

Het werkvolume van de oven is het interne volume van de oven berekend tussen de tuyères en de voorraadlijn. Kuilproductiviteit van de oven is gewaardeerd in ton per dag per kubieke meter actief kuilvolume. Actief kuilvolume is het interne volume van de oven berekend tussen de tuyères en de taphaten. Actief kuilvolume is een maat voor de opslagcapaciteit van de oven voor de vloeistoffen geproduceerd in het werkvolume (boven de tuyères). Dus ton per dag per kubieke meter actief kuilvolume is een maat voor de specifieke capaciteit (doorvoer per eenheidsvolume) van de kuil van de hoogoven.

Het ontwerp van de kuil is zeer belangrijk omdat het een sterke invloed heeft op de ovenbedrijfsvoering. De ovenbedrijfsvoering wordt beïnvloed omdat de kuilvloeistofniveaus snel veranderen wat variaties in gasstroompatroon, gasbenutting, en winddruk veroorzaakt. Ook, door deze snelle veranderingen in vloeistofniveau, kan er klemming/verbranding van de tuyères optreden wat de waaiing van de oven beïnvloedt.

Het ovenkuilvolume bepaalt ook de controles die de operator tijdens ovenbedrijfsvoering moet uitoefenen. Voor een zeer goede kuilvloeistofniveaucontrole heeft de hoge doorvoeroven ongeveer 90% tijd nodig die in tappen wordt besteed. Om deze taptijd mogelijk te maken, moet de gietvloer goed ontworpen zijn.

De ovenbekleding en het koelsysteem hebben speciale aandacht nodig zodat ze geen problemen poseren gedurende de gehele campagne van de hoogoven. De selectie van refractairen, koelelementen, en interne ovengeometrie is in dit opzicht zeer belangrijk. Koperen staven zijn in dit opzicht duur maar ze zijn zeer economisch in vergelijking met de alternatieven. Koolstofbekleding van de kuil is zeer belangrijk voor de lange levensduur van de kuil. De refractaire bekledingdikte van de schacht heeft implicaties voor het ovenwerkvolume.

De benodigde productie bepaalt normaal de grootte van de hoogoven. Echter, voor het dimensioneren van de hoogoven zijn de grondstoffen, de productchemie, en zelfs de operationele filosofie belangrijk. Terwijl de ovengrootte implicaties heeft voor de kapitaalkosten, heeft productiviteitsverbetering implicaties voor de exploitatiekosten. De specifieke productiviteit van de oven moet bepaald worden voor de bepaling van de grootte van de hoogoven nodig om de vereiste hoeveelheid gietijzer te produceren. Vanuit het brede bereik van mogelijke bedrijfssnelheden moet het werkvolume van de oven berekend worden. Productiviteit en dus ovengrootte moet ook gebaseerd zijn op het brandstofverbruik. Het brandstofverbruik is afhankelijk van de kwaliteit van grondstoffen, warme windparameters, gietijzerkwaliteit, en de operationele filosofie.

De grootte is de belangrijkste factor voor de bepaling van de hoogovenproductiviteit. Er zijn echter andere factoren die ook de hoogovenproductiviteit beïnvloeden. De belangrijkste van deze factoren omvatten: (i) warme windtemperatuur en druk, (ii) hoge bovenkantdruk, (iii) zuurstofverrijking van de wind, (iv) injectie van auxiliere brandstof aan de tuyère, (v) voorbereide lading (sinter, pellets, etc.), (vi) Fe-gehalte van de ferroze lading, (vii) as in cokes, (viii) kwaliteit van de cokes, (ix) vochtgehalte van de lading, (x) directe lading van fluxen (kalksteen, dolomiet, etc.) in de hoogoven, (xi) fijnstofgehalte in de lading, (xii) kwaliteit van het te produceren gietijzer, (xiii) ladingverdelingscontrole in de oven, en (xiv) automatiserings- en controllniveau in de oven.

De beschikbaarheid van ovenapparatuur, voorziening van reserveapparatuur, en de onderhoudsfilosofie zijn belangrijke factoren die hoge invloed hebben op de jaarlijkse productie uit de hoogoven. Verder is het incorporeren van veilige en gezonde werkpraktijken tijdens de bedrijfsvoering van de hoogoven in het ontwerp van de hoogoven belangrijk wat een hoge invloed heeft op de ovenproductie. In dit opzicht moeten veiligheidsvergrendelingen op alle plaatsen voorzien worden waar een kans bestaat op onveilige bedrijfspraktijken.