Optimalisatie van hoogovengietshuis operaties voor efficiëntie en betrouwbaarheid

Het hoogovengietshuis (BF cast house) is het werkgebied waar gietijzer en vloeibare slak getapt worden uit de hoogoven en ofwel in ladels gegoten worden (torpedowagen of open ladels) of afgeleid worden voor verstomping (gietijzergieten en slakgranulatie) of behandeling (gietshuis ontzwaveling).

Belang van een goed gietshuis

Een goede, probleemvrije gietshuisoperatie is een belangrijke vereiste in een hoge productiviteit hoogoven voor lage kosten operatie. Het functionele ontwerp van het gietshuis, operationele praktijk, refraktairtechnologie, automatisering en milieueisen zijn belangrijke kwesties die bekeken moeten worden om te voldoen aan de eisen voor grotere betrouwbaarheid en uitvoer van het gietshuis. In elke hoogoven is het gietshuis het meest arbeidsintensieve gebied in de gehele BF operatie. Het ontwerp moet volledig geïntegreerd zijn met de verwachte gietijzerproductie, hearth volume, en tappingpraktijk terwijl het gebruik van arbeid, onderhoud, materialen wordt geminimaliseerd en de werkomstandigheden worden verbeterd. Het primair doel is om het vloeibare ijzer uit de hoogoven te verwijderen met een gietssnelheid en door een aantal gieten per dag dat bepaald wordt door de smeltsnelheid, effectieve hearth volume, en de wens om de hearth in een 'droge' conditie te houden eerder dan door de beschikbaarheid van de gietshuistroggen, lopen en gietshuisapparatuur. Typische lay-out van een BF gietshuis is getoond in Figuur 1.

Ontwerpvereisten voor efficiënte operatie

Het ontwerp en de operatie van het gietshuis moeten de efficiëntie van de BF operatie verbeteren ten aanzien van de volgende parameters:

• Verbetering van de werkomstandigheden voor werklieden betrokken bij het tappen van het gietijzer en vloeibare slak
• Reductie van de warmteverliezen van het gietijzer door de temperatuur te handhaven
• Reductie van de hoeveelheid gietijzer verloren met de vloeibare slak
• Significante reductie van het volume verontreinigingen gecreëerd tijdens het tappen

Het gietshuis moet een bepaald aantal ingangen, gangen en uitgangen hebben door waar werklieden het gebied in noodgevallen kunnen ontruimen. Het moet ontworpen en geplaatst zijn op een zodanige manier dat het altijd mogelijk is voor werklieden te ontsnappen vanuit elk gebied van het gietshuis zonder voor taphaten te hoeven passeren of over lopen te stappen.

De grootte van het gietshuis hangt af van de productiecapaciteit van de oven, maar het is ook belangrijk dat er voldoende ruimte is om zowel de werklieden als de apparatuur onder te brengen. In het bijzonder moet er zoveel mogelijk vrije ruimte zijn naast de oven en aan elke kant van de taphatt. Ideaal moet de lay-out zo zijn dat de lopen zo kort mogelijk gehouden worden. Met kantelende of zwenkwende lopen en hoge capaciteit gietijzerladels kunnen de werkomstandigheden in het gietshuis verbeterd worden, en kan het tappen gemakkelijker gemaakt worden. Verder is zorgvuldige taphatt opening en sluiten een cruciale succesfactor voor een hoogoven.

Voor efficiënte stof- en rookonttrekking in het gietshuis, moeten de ijzerlopen bedekt zijn. Echter, het tapproces en taphatt onderhoud vereisen onbelemmerde toegang tot het frontgebied van de loop. Diverse ontwerpen van trogdekselmanipulatoren bieden flexibele oplossingen in een gietshuis.

De gietshuisvloeren aan de metaal- en slakkant moeten gladde oppervlakken hebben, en in bepaalde delen iets hellend zijn. De hellingshoek moet niet geselecteerd worden puur voor gemakkelijke verwijdering van slak en gietijzer. Als de helling te steil is, zal werk in het gietshuis onnodig vermoeiend zijn en het risico op vallen groter zijn.

De diepte van de lopen moet groot genoeg zijn om de maximum mogelijke stroom van gietijzer te accommoderen na rekening te houden met de aanwezigheid van de refraktaire bekleding.

Bijzondere zorg moet besteed worden aan de selectie van het systeem dat de taphatt verbindt met de hoofdlopen, zodat er geen onderbreking is tussen de hoogoven en de tapvloer.

Openingen in de tapvloer, voor ontruiming van getapte vloeibare stof en slak, moeten afgeschermd zijn zodat werklieden er niet door kunnen vallen.

De explosie van een slakladel is zeldzaam maar niet onmogelijk en voor elk type installatie moeten de meest geschikte maatregelen genomen worden om werklieden te beschermen tegen slakspatsen.

Een ander gevaar is overspilling of lekkage van gietijzer van de metalladels op de rails en het omringende gebied. Als de grond nat is kan een explosie optreden. Passende maatregelen moeten genomen worden om water (grondwater, regenwater of water van de hoogoven) te voorkomen dat het in het gebied infiltreert of afvoert. Er moeten faciliteiten zijn voor afvoer van elk water dat tussen de rails kan verzamelen.

Het gietshuis moet ontworpen en uitgerust zijn om werklieden in staat te stellen het vullen van gietijzer- en slakladels te superviseren zonder gevaar van ongelukken.

Zorg moet besteed worden aan de selectie en locatie van slakgranulatieinstallatie, zodat er geen mogelijkheid is dat stoom van koelwater in het gietshuis wordt geblazen. Er moet een systeem geïnstalleerd worden om werklieden en apparatuur te beschermen tegen de explosies die kunnen optreden wanneer gietijzer per ongeluk met slak getapt wordt.

Transport- en hanteringsmachines gebruikt in het gietshuis moeten zorgvuldig gekozen worden, aangezien handmatige hantering op een absolute minimum gehouden moet worden en elk deel van de tapvloer bereikbaar moet zijn. Machines moeten een of meer overhoofse loopkranen of andere tilliften en vorkheftrucks en andere hanteringstrucks omvatten. Een toegangsramp en manoeuvreerruimte op de tapvloer moet voorzien zijn voor hanteringstrucks.

Gevaren voor gietshuiswerklieden

De gevaren waaraan gietshuiswerklieden blootgesteld zijn tijdens tapoperaties zijn als volgt:

• Hoge temperatuur van materialen en warmtestraling door gietijzer en gesmolten slak
• Explosies en spatten van gietijzer en slak
• Overstrooming en lekkage
• Ovenuitbarsting
• Rook, stof, gas en stoom
• Gebruik van zuurstof voor lansen van de taphaten
• Gebruik van machines zoals taphattboren en persen, pneumatische, hydraulische en elektrische apparatuur etc.
• Gebruik van handgereedschappen
• Hantering van materialen, en afval etc.
• Gebruik van brandbaar gas voor drogen van lopen
• Gebruik van rijsthuls voor warmtebehoud en zand
• Geluid.

Moderne gietshuisapparatuur

Moderne hoogovens hebben de volgende apparatuur, gereedschappen en verbruiksartikelen in het gietshuis:

• Taphattboor
• Boorstafwisselaar
• Taphattkleipers
• Taphattkleiperlader
• Trogdeksel en trogdekselmanipulator
• Peilmeetsysteem voor torpedowagens
• Kantelende loop
• Jack dam boor
• Bedieningscabines
• Temperatuurmeting en bemonstering
• Refraktarie verbruiksartikelen
• Andere verbruiksartikelen zoals zand, rijsthuls, lanspijp, en pierceringsstaaf etc.
• Zuurstof voor lansen en brandstofgas voor loopdrogen

Taphattboren

Economisch tappen vereist een hoge prestatie taphattkanaal. Naast de keuze van passende taphattklei en de optimale openingstrategie, zijn optimale aanpassingen van de tappparameters alsook hun reproduceerbaarheid belangrijk. Taphattboren moeten maximale flexibiliteit combineren met goed bewaarde hoge capaciteit boorhamers om effectief boren te garanderen. De basisontwerp- en installatievereisten voor taphattboren zijn als volgt:

• De boor moet voldoende krachtig en rigide zijn voor nauwkeurig boren van de taphatt
• Het moet mogelijk zijn om de boor in bepaalde posities te vergrendelen
• Alle bewegingen en manoeuvres van de boor moeten op afstand bedienbaar zijn
• Het moet mogelijk zijn om deze op elk gegeven moment te stoppen
• De machine moet uitgerust zijn met een waarschuwingssirene of summer die automatisch moet werken voordat de boor in beweging wordt gezet
• De boor moet zo geïnstalleerd zijn dat wanneer hij niet in gebruik is, werklieden vrij om hem heen kunnen bewegen en reparaties aan hem kunnen uitvoeren. Er moet voldoende ruimte zijn voor één persoon om tussen de machine en elk obstakel te passeren
• Geschikte beschermingsmiddelen moeten voorzien zijn voor het personeel dat rond de machine werkt, en de machine zelf moet ook beschermd zijn
• Stroomlijnen moeten beschermd zijn tegen warmte en uitbarstingen en ze moeten goede mechanische sterkte hebben
• Als elektriciteit gebruikt wordt, is het raadzaam om voorzieningen via ten minste twee onafhankelijke circuits te hebben, waarvan er een een veiligheidscircuit moet zijn
• Als bediening hydraulisch of pneumatisch is, moet een passend gedimensioneerde accumulator geïnstalleerd worden.

Taphattkleipers

Een oven onder elke conditie sluiten is een cruciale veiligheidseis. Dit vereist extreme betrouwbaarheid en robuustheid van taphattkleipers. De basisontwerp- en installatievereisten voor taphattpersen zijn als volgt:

• De pers moet krachtig genoeg zijn om de taphattklei in de taphatt te extruderen tegen de volle kracht van de interne druk van de hoogoven, zelfs wanneer de druk boven normaal stijgt
• De machine moet in staat zijn om de mond van de pers correct in de taphatt te plaatsen ondanks enige obstructie door slakken of ander materiaal
• De machine moet ontworpen zijn om alle benodigde klei voor de prop te extruderen
• Het moet mogelijk zijn om de pers in diverse posities te vergrendelen
• Alle bewegingen en manoeuvres van de pers moeten op afstand bedienbaar zijn; het moet mogelijk zijn om deze op elk gegeven moment te stoppen
• De machine moet uitgerust zijn met een waarschuwingssirene of summer die automatisch moet werken voordat de pers in beweging wordt gezet
• De pers moet zo geïnstalleerd zijn dat wanneer hij niet in gebruik is, werklieden vrij om hem heen kunnen bewegen en reparaties aan hem kunnen uitvoeren; er moet voldoende ruimte zijn voor één persoon om tussen de machine en elk obstakel te passeren
• Geschikte beschermingsmiddelen moeten voorzien zijn voor het personeel dat rond de machine werkt, en de machine zelf moet ook beschermd zijn
• Stroomlijnen moeten beschermd zijn tegen warmte en uitbarstingen en ze moeten goede mechanische sterkte hebben
• Als elektriciteit gebruikt wordt, is het raadzaam om voorzieningen via ten minste twee onafhankelijke circuits te hebben, waarvan er een een veiligheidscircuit moet zijn
• Als bediening hydraulisch is, moet een passend gedimensioneerde accumulator geïnstalleerd worden

Bedieningscabines

Bedieningscabines voor de taphattpersen en boren moeten geplaatst, beschermd en uitgerust zijn op een zodanige manier dat operatie zelfs in noodgevallen mogelijk is. Dienovereenkomstig moeten ze de volgende basiskenmerken hebben:

• De locatie van de bedieningscabine moet zodanig zijn dat het personeel volledig beschermd is tegen het risico van uitbarstingen of explosies en operaties op een perfecte manier kan observeren
• Geen brandbaar materiaal mag in de constructie gebruikt worden
• Ten minste twee verschillende en onafhankelijke ingangen moeten voorzien zijn, waarvan er een toegang moet bieden tot een noodonthalingsplatform aan de buitenkant, dat te allen tijde vrij moet worden gehouden
• Er mogen geen deuren zijn die van de cabines naar de lopen leiden
• Het observatieramen dat de tapgebied overziet moet: (i) zo klein mogelijk zijn maar de operator een compleet zicht geven op het operatiegebied en de locatie van de pers en/of boor, (ii) voorzien zijn van 'Triplex' glaspanelen op een frame dat naar buiten opent, beschermd door een rooster, (iii) De bedieningen moeten naast de ramen geplaatst zijn zodat de operator ze gemakkelijk kan bedienen tijdens het volgen van de voortgang van de operaties. Voorkomende maatregelen moeten genomen worden om per ongeluk bediening van bedieningen te voorkomen, en (iv) Communicatie tussen de cabine en andere plaatsen waar werk verbonden met de operatie van de hoogoven wordt gedaan, moet voorzien zijn door ten minste twee afzonderlijke systemen van mondelinge communicatie (interne telefoon, intercom, en radiotelefoon etc.).
• De cabine moet voorzien zijn van een ventilatiesysteem dat lucht intrekt uit een gebied niet vervuild door rook of gas.
• Als de cabine niet in een gebied geplaatst kan worden dat beschermd is tegen mogelijke spatten of explosies, moeten de veiligheidsmaatregelen geïntensiveerd worden. In het bijzonder moeten de deuren zo ingesteld zijn dat elke explosie er neigt toe te sluiten in plaats van openen, en de wanden, deuren en dak moeten bedekt zijn met vlam- en hittebestendige materialen.

Taphatt piercen met zuurstof

De apparatuur voor taphatt piercen bestaat uit flexibele buizen voor zuurstoftoevoer, een lanshouder, en zuurstoflansen. Zuurstoflansen bestaan uit een of meer staalbuizen. Het is belangrijk om te garanderen dat de operator altijd ver genoeg van de taphatt vandaan is om vonken en spatten te vermijden. Het is daarom raadzaam om niet toe te laten dat lansen te ver hun lengte afbranden, maar eerder de onverbrande secties te herwinnen om buizen van de oorspronkelijke lengte samen te stellen. Grote zorg moet besteed worden aan het verbinden van dergelijke buizen, om lekkage van zuurstof door de lassen te voorkomen. Buizen in slechte staat moeten afgekeurd worden. Buizen moeten al ontvettigd zijn bij levering aan het gietshuis. Vette buizen mogen niet gebruikt worden. Buizen moeten opgeslagen worden in gebieden beschermd tegen olie, vet, stof en weer. Alleen die secties van buizen die voldoen aan de minimum veiligheidseisen mogen hergebruikt worden voor hergebruik.

Gietshuis refraktarie verbruiksartikelen

Voor de hoogoven taphaten, waar ijzer en slak periodiek getapt worden, worden kant-en-klaar taphatmengsels (ook taphattklei genoemd) gebruikt om het gat aan het einde van een tap te propen. Deze hitteverhardende materialen worden vervolgens geboord voor de volgende tap. Voor de troggen en lopen, waar ijzer en slak gescheiden worden en ijzer gericht wordt naar de ladel, worden hydraulisch gebonden gietmassen gebruikt als basise bekleding en spuitmassa voor reparatie.

Taphattklei

Taphattklei is het materiaal dat gebruikt wordt om de taphatt na het tappen te propen zodat geen materiaal kan lekken, en om het gestopt te houden tot de taphatt de volgende keer geopend wordt. Vandaag de dag zijn de keuze en het gebruik van taphattklei gecorreleerd aan veel factoren die als volgt zijn:

• De hoogoven operationele condities, die voornamelijk afhangen van de grootte en de exploitatie - de kleien participeren aan het proces als cruciale elementen om betrouwbaarheid en veiligheid te garanderen om de hoogovenproductiviteit niet te storen.
• De specifieke rangschikking van het taphattgebied en zijn beheer – dit vereist dat de kleien niet alleen drijven en weerstaan tegen de vloeibare metaal aanval maar dat ze ook positieve invloed hebben op de hearth drainage en op de perifere ijzerstroom door de gat lengte.
• De milieuaspecten worden aangenomen zowel als beleid in de verbetering van de menselijke werkomstandigheden op het gietshuisniveau en als een algemene milieubescherming.
• Economische aspecten om een optimale eenheidskost per ton gietijzer geproduceerd voor te stellen, aangezien de taphattklei kosten blijven een van de substantiële kosten in de gietshuisoperatie.

De taphattklei moet eigenschappen hebben om consequent en veilig de volgende functies uit te voeren:

• Stromen wanneer geduwd door de kleipers, om de taphatt te propen. Taphattklei moet voldoende buigzaam zijn om correct geïnjiceerd te worden.
• Uitharden binnen de taphatt tijdens de prop-naar-tap tijd maar zonder krimp om een dichte afdichting te garanderen
• Snel genoeg uitharden om druk van binnen de oven te weerstaan
• In een acceptabele tijd te boren.
• Een stabiele, gecontroleerde smeltstroom bij tap toestaan zonder sproeien
• Uitzetting en chemische aanval door gietijzer en slak tijdens tappen weerstaan
• Een stabiel substraat vormen voor de volgende prop
• Een stabiele en controleerbare taphatlengte bieden.
• Voldoende porieus zijn om destillatiegassen te laten ontsnappen
• Het moet ook, in bepaalde gevallen, geschikt zijn voor het onderhouden van de taphatt en het herstellen ervan naar zijn normale toestand als het verslechterd is

De eisen aan taphattklei zijn de volgende:

• Verbeterde plasticiteit – Om betere verwerkbaarheid te bieden
• Hoge corrosie- en abrasieweerstand – Om constante taphatlengte en taphatlengte te bieden
• Goede sinterbaarheid – Om goede sterkte te bieden
• Hechtsterkte – Het is vereist voor correct hechten van nieuwe taphattmengsel met oude
• Goede gasafgiftecapaciteit – Om de vorming van gasdruk binnen te verminderen
• Gemakkelijk tappen of boren.

Anhydride kleien zijn meer slijtvast dan die water bevatten. De laatste kunnen niet gebruikt worden voor moderne hoogovens en bijzondere voorzorgsmaatregelen moeten genomen worden wanneer ze gebruikt worden. Grondstoffen gebruikt voor taphattklei zijn: gesmolten alumina, gekalcineerde bauxiet, chamotte, vuurvaste klei, kleimineralen, pyrofylliet, silica, fijn zand, kyaniet, fijn gekalcineerde alumina, rook silica, zirconium, chromieten, siliciumcarbide, koolstof, siliciumnitride, metalen poeders, cokes, ultra fijn koolstof, teer, hars, en speciale oliën.