Optimalisatie van hoogovensoperaties voor verlengde campagneleven

Operationele praktijken en campagneleven van een hoogoven

De kosten voor het herbouwen of herstenen van een hoogoven (HO) zijn zeer hoog. Technieken om de campagneduur te verlengen zijn daarom van cruciaal belang en moeten actief worden nagevolgd.

Grotere hoogovens hebben doorgaans een iets hogere campagnopbrengst per eenheidsvolume. Dit verschil komt doordat grotere ovens over het algemeen een moderner ontwerp hebben en beter geautomatiseerd zijn. Aangezien de levensvatbaarheid van een geïntegreerd staalwerk afhangt van een continue voorraad aan rauwijzer (HM), legt een fabriek met een klein aantal grote ovens een zware nadruk op een lange campagneduur.

Technieken voor verlenging van de campagneduur

De technieken voor verlenging van de campagneduur van een hoogoven (Fig. 1) vallen in drie categorieën:

• Operationele praktijken – De controle van het HO-proces heeft een grote invloed op de campagneduur. De oven moet niet alleen worden bediend om de productiedoeleinden te halen, maar ook om de levensduur te maximaliseren. Het is daarom noodzakelijk om de bedrijfspraktijken aan te passen naarmate de campagne vordert en in reactie op probleemgebieden voor de maximalisatie van de campagneduur.
• Herstelmaatregelen – Zodra slijtage of schade die de levensduur van de HO beïnvloedt, zichtbaar wordt, moeten ingenieurstechnische reparatietechnieken worden gebruikt of ontwikkeld om de campagneduur te maximaliseren.
• Verbeterde ontwerpen – Naarmate verbeterde materialen en apparatuur worden ontwikkeld, moeten deze worden geïntegreerd in toekomstige herbouwen om de levensduur van kritieke gebieden van de HO te verlengen, mits dit kosteneffectief is.

Fig. 1 Technieken voor verlenging van de campagneduur van de hoogoven

In dit artikel worden de operationele praktijken voor een verbeterde campagneduur besproken. De bedrijfspraktijken die de campagneduur van de HO beïnvloeden, worden hieronder beschreven.

Productiviteit

De productiviteit van een HO wordt normaal uitgedrukt in tonnen (t) rauwijzer per eenheidsvolume HO (m³) per dag. Hoge productiviteit betekent een verhoogde doorvoer van materialen bij hogere dalingsnelheden van de lading, met een verhoogde hearth-activiteit om de grotere hoeveelheid vloeistoffen te verwijderen. De stabiliteit van de operatie wordt beïnvloed wanneer de HO hard wordt gedreven: de lading daalt minder soepel en de smeltzone ligt hoger. Dit beïnvloedt de wandvertering. De verhoogde doorvoer van vloeistoffen versnelt de hearth-slijtage en leidt tot zwaardere taphole-omstandigheden.

Lage productiviteit houdt verlengde periodes van een laag warmwindvolume in, wat resulteert in verminderde blastpenetratie en een verhoogde gasstroom langs de HO-wand, tenzij passende aanpassingen in de ladingverdeling worden gemaakt. Lange productiestilstanden hebben meestal een nadelig effect op de hearth-toestand.

Bij HO's die een lange campagneduur hebben bereikt, blijkt dat deze ovens niet op hun maximale potentieel zijn bediend gedurende de meerderheid van de campagne. De gemeenschappelijke factor is stabiele, consistente operatie, met praktijken om de wanden en hearth te monitoren en te beschermen. Dergelijke operatie is makkelijker te bereiken bij productieniveaus onder de maximale uitvoer. Het is echter moeilijk een universele waarde van de productiviteitsindex (t/m³/dag) te definiëren om dit te bereiken, aangezien de index ook wordt beïnvloed door verschillende andere factoren dan de dryfsnelheid van de HO. Dit zijn de interne vorm van de HO, de toestand van de refraktairvertering, lokale bedrijfsomstandigheden en onderhoudsperiodes.

Voor maximalisatie van de campagneduur is een strategie nodig om de HO stabiel en gecontroleerd te laten draaien. Veel HO-herbouwen omvatten een vergroting van het binnenvolume, niet om de uitvoer te verhogen, maar om productiedoelen te halen bij lagere productiviteitsniveaus en daarmee de potentieel voor stabielere operatie en langere campagneduur te bieden.

Het is een feit dat frequente stilstanden van een HO de productiviteit verminderen, maar de campagneduur wordt ook verminderd door het overmatige aantal stop/start-operaties. De campagnopbrengst per eenheidsvolume wordt disproportioneel verminderd ten opzichte van de percentage downtime. Lange campagnes, gemeten aan dit criterium, worden het beste bereikt met continue operatie van de HO zonder lange stilstanden.

Kortdurende verminderingen in productiviteit zijn ook nodig om probleemgebieden die op de HO geïdentificeerd zijn, aan te pakken, om de integriteit van de oven te beschermen en een voortijdig einde van de campagne te voorkomen.

Lading

Voor een stabiele operatie van de HO op redelijke productiviteitsniveaus is cokes van goede kwaliteit noodzakelijk. Feitelijk is cokes een van de hoofdredenen voor slechte operatieperiodes. Slechte operatieperiodes leiden vaak tot erratische, en zelfs uitgekoelde operaties die potentiëlt destructief zijn voor de HO-lining en dus voor de campagneduur.

Cokes moet sterk en gestabiliseerd zijn om het gewicht van de lading te dragen met minimale mechanische afbraak. Het moet voldoende groot en nauw gesorteerd zijn, met een minimum aan fijne fracties, om een permeabele bedding te creëren waar door vloeistoffen naar de hearth kunnen druipen zonder de opgaande gassen te hinderen. Een consistente grootte is nodig om ongewilde variaties in permeabiliteit te voorkomen en het concept van variërende cokeslaagdikte over de HO-straal te ondersteunen om de radiale gasstroom te controleren. De cokes moet voldoende onreactief zijn tegen oplossingsverlies, zijn kracht onder dergelijke omstandigheden behouden, en laag in alkaliën zijn om alkaligasvorming in de raceway te minimaliseren, wat een nadelig effect heeft op cokesafbraak en ovenrefraktaria. Variaties in cokesvocht en koolstofgehalte moeten worden gecontroleerd om hun effect op de thermische toestand van het proces te minimaliseren.

Bij hoge niveaus van tuyère-hydrocarboon-injectie is er een corresponderende vermindering in het aandeel cokes dat wordt geladen, waardoor cokeskwaliteit nog belangrijker wordt.

Een universele cokeskwaliteit, voor stabiele operatie compatibel met een lange HO-levensduur, is moeilijk te specificeren, aangezien niet alleen verschillende typen operatie verschillende cokeseisen hebben, maar ook fysieke eigenschappen variëren volgens het bemonsteringspunt tussen de cokesovens en de HO.

Bij gebruik van cokes van meer dan één bron is ofwel adequate blending nodig, ofwel is het essentieel om de verschillende cokes discrete te laden, omdat wisselende verhoudingen van cokes met verschillende eigenschappen leiden tot onstabiele omstandigheden in de HO.

Cokes in het HO-centrum vervangt geleidelijk de 'dode man' en de cokes in de hearth, die permeabel moet blijven om de vloeistoffen over het centrum van de hearth te laten afstromen. Dit voorkomt overmatige perifere stroom van HM in de hearth wat kan leiden tot ernstige refraktairslijtage aan de basis van de zijwand. Een stijging van de hearth-pad-centrumtemperatuur wordt meestal waargenomen met een toename van de dode-man-cokesgrootte, wat verhoogde hearth-centrumactiviteit aangeeft. De zeefopening van de cokeszeven is een belangrijke parameter voor het handhaven van de hearth-permeabiliteit. Het is meestal gunstig om de zeefgrootte te vergroten en de extra kleine cokes die ontstaan, gemengd met de ertslading, weg van de HO-centrumlijn te laden.

Het doel van het gebruik van cokes van hoge kwaliteit is om te waarborgen dat grote cokes de lagere regio's van de HO bereikt. Voor monitoring hiervan is het wenselijk om de cokes af en toe op tuyère-niveau te bemonsteren om de cokesafbraak door de oven te beoordelen. Dit wordt normaal uitgevoerd tijdens gepland onderhoud. Een groot monster cokes wordt uit een tuyère-opening geschraapt en de eigenschappen worden vergeleken met een monster van de bijbehorende voercokes. Op deze manier kunnen ook andere factoren die de cokesgrootte beïnvloeden, worden geïdentificeerd.

Goede, consistente cokeskwaliteit en de monitoring van zowel stockline- als bosh-cokes is duidelijk een belangrijke strategie voor een lange campagneduur.

Ertsladingmix

HO's worden bediend met een grote verscheidenheid aan ertsladingcomponenten zoals sinter, pellets en gesorteerd ijzererts (SIO) etc. Een verscheidenheid aan fluxen wordt ook in de ertslading gebruikt.

Kleinere hoeveelheden andere materialen zoals herwonnen schroot, ferroze fijne fracties, Walschil, converter-slak, ilmeniet, gerecycled afval of zelfs direct gereduceerd ijzer of gegranuleerd ijzer worden soms ook in de ertslading gebruikt. Het gebruik van deze materialen hangt meestal af van lokale factoren.

Geïntegreerde staalwerken hebben normaal sinterinstallaties, dus HO's in deze fabrieken gebruiken een groot percentage sinter in de lading, met de balans van de lading die hoofdzakelijk uit SIO en/of pellets bestaat. Pellets worden in sommige fabrieken vorgezogen boven SIO voor de balans van de lading vanwege hun superieure eigenschappen.

Wereldwijd varieert het pelletpercentage in de HO-lading van 0% tot 100%. Ervaring in verschillende fabrieken heeft getoond dat HO's die een hoog percentage pellets gebruiken, leiden tot hogere warmtebelastingvariaties in de onderste shaft en bosh, wat leidt tot overmatige onderste shaft- en bosh-slijtage en een kortere campagneduur. Een van de redenen hiervoor is de onvoldoende controle van ladingverdeling. Pellets hebben een veel lager valhoek dan sinter of cokes en, wanneer ze op een hellende stockline landen, rollen ze gemakkelijk. Dit resulteert in een relatief dikke ertslaag richting het HO-centrum wat overmatige gasstroom aan de wand van de HO bevordert.

Deze situatie wordt tegengegaan met de toevoeging van hoge-dichtheidskoeling in de onderste shaft en verbeterde ladingverdelingsapparatuur. Fluctuerende lagere staaf-temperaturen, verhoogd glijden en HM-temperatuurschommelingen kunnen worden waargenomen met pelletlading wat moet worden gecontroleerd door ladingverdelingscontrole, met centrum-cokeslading en toevoeging van notencokes aan de pellets.

Een belangrijk aspect van de individuele ladingcomponent is de verzachtings- en smelteigenschappen. Het grootste deel van de drukval over een HO zit in het gebied waar de ertslading verzacht, smelt en afdruipelt over de cokesbedding door welke de gassen opstijgen. Een wijd verzachtings- en smelttraject veroorzaakt een verhoogde drukval en een grote cohesieve zone die op de onderste shaft-stenenen drukt, waarbij de refraktaria worden blootgesteld aan hoge temperaturen over een breder gebied dan wenselijk. Een lagere wandtemperatuur en/of minder thermische fluctuaties helpen de levensduur van de shaft-stenen te verlengen.

De smelt- en verzachtingseigenschappen van een meervoudige componentenlading verschillen van die van de individuele componenten. Daarom moeten de verzachtings- en smelttestgegevens niet alleen worden overwogen voor de individuele ladingcomponenten, maar ook van de voorgestelde ertsmix ter ondersteuning van de ertsladingselectie.

Voor het minimaliseren van thermische en chemische variaties is een homogene lading wenselijk. De ladingcomponenten moeten zo intiem mogelijk gemengd zijn. Dit hangt af van het aantal ladingcomponenten en het individuele ladingsysteem, maar kan meestal tot een redelijke graad worden bereikt door selectie van opslagbunkers en de volgorde van materiaalontlading.

Het is mogelijk om stabiele HO-operatie en lange campagneduur te bereiken met verschillende ladingen, mits de materiaalkwaliteit consistent is en er adequate wandkoelcapaciteit en juiste verdelingscontrole beschikbaar is.

Kwaliteit van de ertslading

Een permeabele HO is nodig voor stabiele operatie. Het is belangrijk dat de ertslading sterk is, nauw gesorteerd en efficiënt gezeefd om fijne fracties te verwijderen. Het mag niet excessief in de shaft ontbinden en additionele fijne fracties genereren. Het moet voldoende porieus, reduceerbaar en van een grootte zijn die het toelaat om effectief gereduceerd te worden voordat het de verzachtingszone bereikt. Op deze manier is de cohesieve zone minder restrictief, met minder FeO-rijke slak, en de thermische belasting in de lagere regio's van de HO is lager, wat soepelere operatie bevordert.

De verzachtings- en smelteigenschappen van de ertscomponenten hebben een belangrijk effect op de operatie van de HO. Beperkingen in de cohesieve zone en slechte smelteigenschappen kunnen resulteren in erratische ladingdaling, onstabiele operatie en thermische fluctuaties. Deze omstandigheden zullen waarschijnlijk de HO-wandlevensduur verkorten.

Er is geen gestandaardiseerde verzachtings- en smelttest en er zijn veel indices aangehaald om de verzachtings- en smelttemperaturen weer te geven zoals start van directe reductie, drukval tijdens smelten, en hoeveelheid afgedruipeld materiaal etc.

Ladingverdeling

Ladingverdeling is een van de hoofdfactoren die de campagneduur van de HO beïnvloeden. Niet alleen kan het de stabiliteit van de operatie beïnvloeden, maar door de radiale gasstroom in de HO te bepalen, is het een van de belangrijkste factoren die de slijtagesnelheid van de HO-wanden controleren.

Over het algemeen wordt de radiale gasstroom gecontroleerd door de erts-tot-cokesverhouding in de lading, aangezien de cokesgrootte meestal groter is. Dit wordt normaal bereikt door het laden van het materiaal in discrete lagen en het variëren van de laagdikte over de straal van de HO. Bescherming van de HO-wanden wordt daarom bereikt door het verhogen van het aandeel van de ertslaag aan de wand, wat resulteert in een verminderde hoeveelheid warmte die wordt verwijderd door het wandkoelsysteem. Er is echter een limiet aan het aandeel ertsmateriaal dicht bij de HO-wand om de vorming van een inactieve laag te voorkomen, wat de vorming van wandaccraties kan bevorderen en onvoorbereide lading in de lagere regio's van de HO toelaat en de tuyère-verliezen verhoogt. Het aandeel cokes in het centrum van de HO moet voldoende zijn om stabiele HO-operatie op het gewenste productieniveau toe te staan. Een groot aandeel cokes creëert een relatief permeabel gebied met minder dalende vloeistoffen, wat het gebruik van maximaal blastvolume toestaat zonder grote fluctuaties in blastdruk en erratische ladingdaling.

De cokes in het centrum van de HO vervangt de cokes in de hearth en een cokes-rijk permeabel centrum bevordert een permeabele hearth, wat verband houdt met de vloeistofstroom over de hearth. De centrale cokesschoorsteen mag niet onnodig breed zijn. In zo'n geval ontstaat inefficiëntie en kan schade worden toegebracht aan bepaalde delen van de oventop door de excessief hoge warmtecapaciteit van de opgaande gassen.

Gesplitste grootte lading

Meer geavanceerde verdelingssystemen bieden additionele controle van ladingverdeling door gebruik te maken van meer dan één groottebereik van een gegeven materiaal. Een van de meest gebruikte praktijken is het laden van fijn ertsmateriaal, vaak afkomstig van zeefafval van de hoofdertslading. Fijnen worden apart in kleine hoeveelheden dicht bij de HO-wand geladen, om een gelokaliseerde vermindering in permeabiliteit te geven en daarbij de wanden te beschermen. Het laden van een apart klein batch fijn materiaal vermindert meestal de laadcapaciteit van de HO.

Notencokes

Een flexibel ladingsysteem stelt het gebruik van notencokes toe (typische grootte in het bereik 10 mm tot 30 mm). Het laden van notencokes, gemengd in de ertslading en gepositioneerd langs de middenstraal, verbetert de operatie door de reductie-efficiëntie en permeabiliteit van de ertslaag in de cohesieve zone te verbeteren. Er is verbeterde permeabiliteit en verminderde buiktemperaturen met notencokeslading. De notencokes geladen aan de wand, ingesloten tussen twee ertsladingen, voorkomt een inactief wandgebied wanneer fijn erts aan de wand werd geladen. Notencokes wordt aan de pellets toegevoegd om hun valhoek te verhogen, waardoor het aandeel ertslading aan het HO-centrum verminderd wordt.

Grootte-segregatie

Veel ladingsystemen creëren een bepaalde mate van grootte-segregatie in de invoermaterialen. Als het initiële materiaal dat ontladen wordt fijner is en het finale materiaal grover, kan deze eigenschap worden benut om de radiale grootteverdeling, en dus de radiale gasstroomverdeling, te versterken. Dit type segregatie treedt over het algemeen op bij bandgeladen ovens eerder dan bij skipgeladen ovens en is beter controleerbaar met een bell-less top. Geschikte aanpassingen kunnen ook aan het ladingsysteem worden toegevoegd om de gewenste segregatie-eigenschappen te verbeteren.

Additionele radiale grootte-segregatie kan ook optreden door afrollen over een hellende stockline. Grootte-segregatie kan ook de smelt- en verzachtingseigenschappen van de lading langs de HO-straal wijzigen, wanneer één component een ander groottebereik en chemie heeft.

Sommige ladingsystemen resulteren in een circumferentiële variatie in ladingverdeling. Deze variaties moeten worden geminimaliseerd door ontwerp of operatie.

Centrum-cokeslading

Een groot aandeel cokes is meestal nodig aan het HO-centrum, om voldoende centrumwerking te bevorderen voor stabiele operatie. Dit is met name zo bij hogere productiviteiten en bij operatie met hoge niveaus van tuyère-hydrocarboon-injectie. Echter, om te opereren met uitsluitend cokes in het centrum van de oven is minder brandstofefficiënt en technieken zijn ontwikkeld om de breedte van deze regio van centrum-cokeslading te minimaliseren. Bij een bell-less top wordt dit bereikt door een klein batch cokes te laden met de roteerende goot volledig neergehaald.

Een permeabele cokesbedding is nodig in de hearth, om de stroom van vloeistoffen over het centrum van de hearth te bevorderen en perifele stroom te verminderen, wat ernstige zijwandslijtage kan veroorzaken. De cokes in de dode man en hearth wordt geleidelijk vervangen door cokes uit het ovencentrum. Centrum-cokeslading vermindert het percentage ertsmateriaal aan het HO-centrum en verbetert de hearth-permeabiliteit. Hearth-permeabiliteit kan verder worden verbeterd met het laden van grotere gestabiliseerde cokes in het centrum.

Kruin-pantser levensduur

Voor een lange campagneduur is het belangrijk om slijtage aan het vaste kruin-pantser door directe impact van ladingmaterialen te minimaliseren. Hoewel het mogelijk is om het kruin-pantser te repareren of beschermplaten te incorporeren, kan dit lange onderhoudsstilstanden met zich meebrengen, die zelf schadelijk kunnen zijn voor de ovenlevensduur. Daarom moeten de ladingverdeling en de stockline-hoogte die gebruikt worden, gekozen worden om dergelijke ladingimpact te vermijden.

Rauwijzerkwaliteit

Bij operatie zonder een beschermende skul in de hearth, wordt de hearth-koolstof meestal verwijderd door oplossingsaanval van ijzer en slak. Vroegtijdige verkooling van het ijzer, voordat het contact maakt met de hearth-refraktaria, minimaliseert dergelijke hearth-slijtage.

Voor vroegtijdige verkooling is een verlengde contactperiode tussen vloeistoffen en cokes nodig. Bij een gegeven productiviteit kan dit worden bevorderd door een hogere druppelzone en dode man, met een hogere cohesieve zone. Dit resulteert normaal in een toename van HM-silicium (Si). Over het algemeen neemt het koolstofverzadigingsniveau af met toenemende Si-gehalte. Als resultaat is HM dichter bij verzadiging bij hogere Si-niveaus, voor een gegeven HO-grootte en HM-temperatuur.

Daarnaast verhoogt een toename van HM Si de vloeistofstemperatuur van HM en vermindert daardoor de vloeibaarheid. Dit neigt de stroomsnelheid in de hearth te verminderen en de vorming van een verstijde laag op de hearth-refraktaria te bevorderen.

Bij lagere HM-temperaturen is het koolstofverzadigingsniveau van het ijzer lager en wordt het eerder bereikt. Lage HM-temperatuur heeft het extra voordeel van verhoogde ijzerviscositeit wat perifele stroom vermindert, de neiging tot oplossen van beschermende skulken en penetreren van fijne scheuren en poriën vermindert.

Hogere HM Si en lagere HM-temperatuur zijn moeilijk samen te bereiken, aangezien een hogere cohesieve zone meestal resulteert in een warmere oven, maar het algehele effect is dat de HM die de hearth binnenkomt, dichter bij koolstofverzadiging komt. Een vermindering in hoge topdruk zal waarschijnlijk resulteren in een lichte toename van Si zonder de thermische toestand van de HO te beïnvloeden. De kans op oplossing van hearth-koolstof is lager bij hogere Si-niveaus.

Tuyère-diameter

De tuyère-diameter wordt gekozen om adequate blastpenetratie te waarborgen voor gegeven operatieomstandigheden en om overmatige gasstroom langs de HO-wanden te voorkomen. De selectie van de tuyère-grootte beïnvloedt de mate van centrumwerking van de HO en de mate van bescherming van de bosh- en onderste shaft-wanden. Het is meestal nodig om de tuyère-diameter rondom de HO te variëren om circumferentiële balans van gasstroom te waarborgen.

Hoewel tuyère-grootten zorgvuldig worden gekozen, wordt vaak een significante toename in diameter waargenomen wanneer een tuyère wordt gewisseld, met name wanneer lange levensduur wordt bereikt. Dit beïnvloedt beide bovengenoemde factoren en het is voordelig in termen van campagneduur om tuyères na een bepaalde periode te wisselen, niet alleen om het effect van tuyèreslijtage te minimaliseren, maar ook om de kans op waterlekken in de HO en het aantal ongeplande off-blast-periodes om defecte tuyères te wisselen, te verminderen.

De diameter van tuyères direct boven de taphole wordt vaak verkleind, of de tuyères zelfs gesloten, om soepel gieten te bevorderen en de ijzerproductie boven de taphole te verminderen.

De tuyère-diameter wordt vaak lokaal verkleind, in reactie op hoge hearth-zijwandtemperaturen, om de druppelende vloeistoffen en hearth-activiteit in het probleemgebied te verminderen. Dit wordt gedaan door toevoeging van tuyère-invoegstukken of door tuyère-vervanging. In ernstige gevallen, of als korte-termijn noodgevalmaatregel, kunnen de betrokken tuyères worden gedicht door afstopen met klei. Dit heeft vaak een snel effect in het verminderen van de corresponderende hearth-zijwandtemperaturen.

Giethuispraktijken

Giethuispraktijken spelen een belangrijke rol bij het controleren van vloeistofstroom in de hearth en het vermijden van hoge vloeistofniveaus die de raceway kunnen benaderen, wat de blastverdeling beïnvloedt of zelfs tuyère- of blowpipe-schade kan veroorzaken. Deze factoren kunnen de stabiliteit van de operatie beïnvloeden, resulteren in off-blast-periodes en potentiëel de campagneduur beïnvloeden.

Taphole-lengte

Met een langere taphole worden de vloeistoffen niet alleen van lager in de hearth getapt, maar ook vanaf een punt dichter bij het centrum van de hearth. Dit vermindert perifele stroom nabij de taphole en dus slijtage van de hearth-zijwand. Om de taphole-lengte te verlengen, is het nodig om de hoeveelheid taphole-massa die geïnjecteerd wordt over een periode te verhogen, om progressief de grootte van de paddenstoel aan de binnenkant van de HO te vergroten, wat ook de refraktaria onder de taphole beschermt. Met een korte taphole-lengte en afwisselend gieten van wijd uit elkaar liggende tapholes, nemen de zijwandtemperatuurschommelingen toe, potentieel de refraktairerosie vergrotend.

Hoge hearth-pad-temperaturen kunnen worden ervaren door verlies van een bevroren laag en/of hearth-koolstofoplossing, terwijl hearth-zijwandtemperaturen bevredigend zijn. In dergelijke gevallen kan het nodig zijn om de taphole te verkorten, door de hoeveelheid geïnjecteerde taphole-massa te verminderen en mogelijk door een vermindering in de taphole-helling. Dit helpt bij de vermindering van HM-stroom nabij het HO-centrum en het verhogen van de vloeistoffen die op de hearth-pad blijven.

Taphole-diameter

De benodigde taphole-diameter om een gegeven productiviteit te handhaven, hangt af van HO-parameters, zoals het aandeel van de tijd dat gegoten wordt, topdruk, slakvolume, hearth-cokesgrootte, vloeistofviscositeiten en de eigenschappen van taphole-massa. Als de taphole te klein is voor een gegeven productiesnelheid, dan is het niet mogelijk om de oven droog te gieten. Als de taphole te groot is, kunnen minder vloeistoffen uit de oven worden verwijderd tijdens een gietbeurt omdat de taphole te vroeg uitschiet, aangezien de vloeistoffen boven de taphole worden verwijderd voordat de vloeistoffen aan de tegenoverliggende kant van de hearth door de cokesbedding kunnen dalen. In beide gevallen blijft het vloeistofniveau in de hearth hoog en beïnvloedt uiteindelijk de stabiele operatie. Daarom is de optimale grootte van de taphole nodig, die uit ervaring wordt afgeleid.

Wanneer een enkele taphole wordt gebruikt, moet de gekozen zijn om de HO droog te gieten en voldoende tijd te bieden voor de taphole-massa om tussen gietbeurten te verharden. Op een HO waar afwisselende tapholes worden gebruikt, kunnen verschillende taphole-groottes nodig zijn onder bepaalde operatieomstandigheden, om afvoer over de oven te waarborgen.

Op een multi-taphole HO die hearth-pad-slijtage ervaart, kan het wenselijk zijn om de taphole-diameter te vergroten. Dit, samen met een vermindering in taphole-lengte, vermindert de ijzerstroom over de hearth-pad en verhoogt het residuele ijzer in de hearth aan het einde van de gietbeurt, wat de vorming van een bevroren laag op de hearth-pad bevordert.

Taphole-massa

De eigenschappen van taphole-massa zijn belangrijk voor de HO-operaties. De massa moet snel verstijven en volledig verharden tussen gietbeurten om een sterke, duurzame taphole te creëren. De taphole-massa moet goede hechtingseigenschappen hebben, om een sterke, permanente structuur op te bouwen die de stroom van vloeistoffen weerstaat en ook de hearth-refraktaria onder de taphole beschermt.

Aantal, positie en prestaties

Hoge productiviteit kan worden bereikt op een middelgrote, enkele-taphole hoogoven. Er zijn echter voordelen wanneer meer dan één taphole beschikbaar is, wat een noodzaak is bij hogere productieniveaus. Afwisselend gieten vanaf tapholes aan tegenoverliggende kanten van de oven resulteert in effectievere hearth-afvoer, en geeft ook een langere periode voor de taphole-massa om volledig te verharden, wat resulteert in een duurzamere taphole. Het bestaan van twee tapholes stelt grote herstelwerkzaamheden aan een hoofd ijzergot toe zonder een off-blast-periode te vereisen. Als hitteplekken optreden op de hearth-wand van een multi-taphole HO, kan het mogelijk zijn om een alternatieve taphole te gebruiken die geen perifele stroom in het geërodeerde gebied bevordert. Zijwandslijtage als gevolg van perifele stroom wordt gelijkmatiger over de omtrek verspreid op een multi-taphole oven.

Voor een grote, hoge-productiviteit HO is het wenselijk om vier tapholes te hebben, waardoor een tegenovergesteld paar bediend kan worden terwijl één got gerepareerd wordt en de ander op stand-by staat. Om zijwandslijtage gelijkmatig te maken en volledige hearth-afvoer te bevorderen, zouden deze ideaal op 90 graden intervallen geplaatst zijn.

Gietfrequentie en -snelheid

Gietsnelheid wordt bepaald door de gebruikte taphole-boorgrootte, de slijtage-eigenschappen van de taphole-massa, topdruk, de viscositeit van de vloeistoffen en het aantal tapholes in gebruik. Met moderne high-performance taphole-massa is er een neiging om het aantal gietbeurten te verminderen, wat de taphole-operatiekosten verlaagt. Door de gietsnelheid te verlagen, nemen de vloeistofsnelheden in de hearth af maar ze duren langer. Op een multi-giethuis HO bestaat de mogelijkheid om tegelijkertijd van tegenovergestelde tapholes te gieten (lap casting), mits de taphole-massa volledig verhardt in een kortere tijd dan de gietduur en de bemanning en logistiek dit toelaten. Deze techniek vermindert de stroomsnelheden in de hearth, hoewel het vaak alleen wordt gebruikt bij hoge vloeistofniveaus of voordat de HO off-blast gaat.

Lange gietvertragingen moeten tegen alle kosten worden vermeden, om verstoring van HO-operaties te minimaliseren. Dit vereist goed ontwerp en betrouwbare operatie van giethuisapparatuur, goede giethuispraktijken en goed gecoördineerd transport van HM-kroesen.

Alkaliën en zink

Alkalimetalen en zink hebben een nadelig effect op het HO-proces en refraktaria. De lading moet alkaliën en zinkgehalte op een minimum economisch niveau hebben. Normaal worden alkaliën en zink gecontroleerd op niveaus van minder dan 5 kg/tHM (beste praktijk is 2 kg/tHM), maar door condensatie van alkalidamp op de dalende lading kan een grote recirculerende lading in de HO opbouwen. Dit resulteert in verhoogde sinterdegradatie en cokesafbraak, en bevordert de vorming van wandaccraties, wat allemaal kan leiden tot onregelmatige ladingdaling en onstabiele HO-operatie.

Alkaliën en zink, in gasvormig formaat, penetreren scheuren en poriën in de HO-wandrefraktaria. De resulterende chemische aanval en thermische cycling verzwakt de oppervlaktelaag van het refraktarium, wat uiteindelijk wordt verwijderd door de dalende lading, waardoor het proces zich herhaalt.

Hearth-dissecties na het einde van de campagne hebben getoond dat overmatige slijtage optreedt aan de basis van de zijwand en dat een broos gebied meestal gevormd wordt tussen de mantel en het hete oppervlak van de koolstof. Alkaliën en zink worden vaak in hoge niveaus in deze broze zone gevonden. Verschillende afbraakmechanismen zijn voorgesteld die deze verbindingen betrekken. Spannings- en thermische scheuring in de zijwand laten gasvormige alkaliën en zink penetreren en in de poriën neerslaan. Dit leidt tot steenuitzetting, embrittlement, verdere zwelling en uiteindelijke vernietiging van de refraktairmassa. Een significante mate van refraktairbescherming tegen alkaliën en zink wordt bereikt als een accratie of skul op het hete oppervlak van het refraktarium bevroren is, waardoor het refraktarium beschermd wordt tegen chemische aanval.

De meerderheid van de alkaliën wordt in de slak verwijderd en de rest in het topgas. Echter, de slakpraktijk, thermische toestand en ladingverdeling spelen een grote rol bij alkaliverwijdering. Een vermindering in slakbasiciteit verhoogt de hoeveelheid alkalien die in de slak verwijderd wordt, evenals een toename in het thermische niveau van de HO of in de toptemperatuur, door het verbreeden of intensiveren van de graad van centrale werking. Daarnaast is cokesdegradatie waarschijnlijk groter voor operaties met een hoog niveau van tuyère-hydrocarboon-injectie, vanwege de verhoogde verblijftijd van de lading. Het is belangrijk dat de balans van in- en uitgang van alkalien en zink wordt gemonitord en dat de HO wordt bediend met een thermisch en chemisch regime compatibel met het invoerniveau van deze elementen, om hun verwijdering in de slak en topgas te bevorderen.

TiO2-toevoeging

Monsters van de hearth-lining aan het einde van een campagne in HO's bevatten normaal titanium-bevattende afzettingen. Deze vormen een beschermende laag in geërodeerde regio's van de hearth-zijwand, in de salamander en in steenporiën en -voegen. Het titanium is meestal in de vorm van carbonitriden Ti(C,N), een vaste oplossing van titaniumcarbide (TiC) en titaniumnitride (TiN). Daarom betreft de huidige praktijk de introductie van titania (TiO2) in de HO om deze beschermende lagen te bevorderen. Drie methoden worden normaal gebruikt voor de introductie van TiO2. Deze zijn (i) toevoeging aan de lading, (ii) injectie aan de tuyères, (iii) toevoeging via taphole-massa.

De meest voorkomende techniek is door toevoeging van titaniferer ertsen (meestal ilmeniet) aan de lading. Alternatief kan TiO2 via sinter worden toegevoegd, doch op lage niveaus.

Twee strategieën worden doorgaans gehanteerd voor TiO2-toevoeging. De eerste is curatief, met het starten van TiO2-toevoegingen alleen wanneer hoge hearth-temperaturen worden waargenomen, wat hearth-slijtage aangeeft. De andere hanteert een preventieve benadering en voegt een kleine hoeveelheid TiO2 continu toe, met verhoogde toevoeging als hoge temperaturen worden waargenomen. De TiO2-inname voor de preventieve aanpak is doorgaans 3 tot 5 kg/tHM, wat meestal resulteert in maximaal 0,1% Ti in de HM en 1% tot 1,5% TiO2 in de slak. Voor curatieve actie kan de TiO2-dosering oplopen tot 20 kg/tHM, op welk niveau de HM tot 0,3% Ti kan bevatten en de slak tot 3,5% TiO2. Dit creëert operatieproblemen door hoge slakviscositeit en gerustvorming in de got, en dergelijke hoge TiO2-niveaus worden daarom alleen voor korte periodes gebruikt.

Om de neerslag van Ti(C,N) te bevorderen, wordt de TiO2-toevoeging soms verhoogd vóór een afsluiting zodat de in de hearth overgebleven HM verzadigd raakt in Ti. Terwijl de hearth afkoelt tijdens de afsluiting, bevordert dit neerslag. Echter, de hervatting van de productie is moeilijker bij hoge Ti-niveaus omdat dit operatieproblemen creëert.

TiO2 kan ook worden toegevoegd door TiO2-fijnen door de tuyères te injecteren. De voordelen van de techniek zijn (i) toepassing op gelokaliseerde posities, (ii) verminderde kosten door lagere TiO2-snelheid, (iii) goede resultaten van korte-tijdinjectie, en (iv) ongewijzigde ladingseigenschappen.

De derde methode van TiO2-toevoeging is door gebruik van taphole-massa die TiO2 bevat. Een dergelijke massa die getest was, was teer-gebonden met ongeveer 10% TiO2. Duidelijk is de titania gebonden in de taphole-massa in een ongereduceerde vorm, en wordt in relatief kleine hoeveelheden geïnjecteerd. Er zijn echter twijfels of het gereduceerd wordt en in voldoende hoeveelheid in HM oplost om te neerslaan of of het gereduceerd en adequaat aan de hearth-zijwand gebonden wordt om van nut te zijn.

TiO2 wordt normaal gedeeltelijk gereduceerd in de HO en opgelost in de HM. De oplosbaarheid is groter bij hogere temperaturen. Als de Ti in de HM de verzadiging benadert en de refraktair hete oppervlaktemperatuur in geërodeerde regio's, scheuren en poriën lager is dan de HM-temperatuur, dan wordt Ti gepresipiteerd als Ti(C,N). De techniek heeft meer kans op succes bij hogere toevoegingssnelheden, maar er zijn andere factoren die met dit basismechanisme kunnen interfereren, waaronder de thermische toestand van de hearth, metaal/slak-chemie en vloeistofstroomkenmerken.

TiO2-toevoegingen worden meestal uitgevoerd in combinatie met andere curatieve acties zoals het verminderen van productiviteit, het sluiten van tuyères en het verbeteren van de hearth-koelintensiteit. Het directe effect van TiO2-toevoeging is daarom vaak moeilijk te bepalen. Het is essentieel om regelmatig, nauwkeurige Ti-balansen uit te voeren om de techniek te beoordelen en de operatie aan te passen om Ti-retentie te bevorderen. Het effect van hoge toevoegingssnelheden kan zelfs een nadelig effect hebben op de ovenoperatie, wat eventuele voordelen tenietdoet.

De toevoeging van TiO2 voor hearth-bescherming moet normaal worden overwogen als onderdeel van een hearth-beschermingsplan, niet in isolatie.

Monitoring

Ladingverdeling moet regelmatig worden gemonitord om wandbescherming en een stabiele, dryvende HO te waarborgen. Veranderingen in operatieve parameters, bijv. veranderingen in tuyère-hydrocarboon-injectiesnelheid of blastvolume, kunnen aanpassingen in ladingverdeling vereisen. Het effect van ladingverdeling wordt meestal gemonitord met diverse sensoren en instrumenten.

Voor het maximaliseren van de campagneduur is het nodig dat de ladingsapparatuur in staat is om de ladingverdeling nauwkeurig te controleren. Ook benodigde instrumentatie moet worden gemonteerd om de HO-operatie uitgebreid te monitoren, zodat de ladingverdeling op een gecontroleerde en technische manier gewijzigd en beoordeeld kan worden.

Instrumentatie en controle

Vroegtijdige waarschuwing van hearth-probleemgebieden is vitaal om de campagneduur te maximaliseren, en thermokoppels gelegen in de hearth-zijwand en in de hearth-pad zijn absoluut noodzakelijk om hearth-slijtage te monitoren. Herziende operationele praktijken en acties om de hearth te beschermen, moeten worden genomen als resultaat van stijgende hearth-temperaturen. Hearth-pad- en zijwandtemperaturen kunnen ook een indicatie geven van vloeistofstroom in de hearth, een belangrijke factor in hearth-slijtage.

Temperaturen gemeten door thermokoppels worden beïnvloed door slechts een klein gebied rond de thermokoppel. Het is daarom van vitaal belang om de thermokoppels in de kritische slijtagegebieden te plaatsen. Belangrijke gebieden zijn onder de tapholes en rond de basis van de zijwanden waar het zo-genoemde 'olifantenpoot'-slijtagepatroon normaal wordt gevonden. Een adequaat aantal thermokoppels moet worden geïnstalleerd, in de beste lay-out om zo complete dekking als praktisch mogelijk te geven. Op verschillende locaties kunnen thermokoppels op twee of drie verschillende dieptes worden gepositioneerd om berekening van het thermische profiel in het refraktarium en dus de dikte van residueel refraktarium toe te laten.

Beweging van koolstofblokken kan hearth-pad-thermokoppels afknijpen, wat valse hete verbindingen of totale uitval veroorzaakt. Deze problemen kunnen worden opgelost door de thermokoppels in hulses te monteren. Thermokoppels moeten ook rond de tapholes worden gepositioneerd, om taphole-omstandigheden en operatie te monitoren.

Additionele thermokoppels worden vaak halverwege een campagne toegevoegd in gebieden van bekende refraktairslijtage, om een meer gelokaliseerd beeld te geven van zich ontwikkelende problemen. Op dezelfde manier worden thermokoppels vaak aan gerepareerde gebieden toegevoegd om de reparatie te monitoren.

Hearth-koeling monitoren

Warmtestroom in de hearth-pad of staafkoelwater kan worden bepaald uit de waterdebieten en het verschil tussen inlaat- en uitlaattemperatuur van het water, met behulp van weerstandsthermometers. Het kan alleen worden gebruikt om een indicatie te geven van de gemiddelde hearth-slijtage. Het is met name toepasbaar in de latere stadia van een campagne, na thermokoppel-deterioratie. Het monitoren van langetermijntrends in hearth-koelwatertemperatuur kan een indicatie geven van de efficiëntie van het koelsysteem.

Ovenwandcondities

De procescondities aan de ovenwand zijn vitaal voor de campagneduur. De wanden mogen niet worden blootgesteld aan hoge warmtebelasting door een overmatige hoeveelheid gas dat aan de wand opstijgt of impingement van de smeltzone op de wand, wat resulteert in snelle deterioratie van het refraktarium en slijtage van de koelelementen. Aan de andere kant mogen de wanden niet zo inactief zijn dat grote accraties op hen mogen vormen, wat soepel ladingdaling, controle van ladingverdeling en stabiele HO-operatie verhindert. Om wandcondities te monitoren worden diverse methoden gebruikt.

De gangbare methode om de wanden te monitoren is het gebruik van in-wand thermokoppels, gepositioneerd in de steenwerk, met de puntjes een korte afstand terug van het hete oppervlak om een goede thermische respons te geven. Wandactiviteit wordt gemonitord vanuit het temperatuurniveau en fluctuaties.

Er moet een goede dekking van thermokoppels zowel verticaal als circumferentieel zijn om de wanden adequate te monitoren. Typisch worden zeven niveaus van thermokoppels gebruikt, elk met acht circumferentiële posities. Met een groot aantal thermokoppels is het voor de operator moeilijk om de variatie van ze allemaal te monitoren. Door de temperaturen op veel punten te gebruiken, wordt normaal een isotherme kaart gegenereerd, die regio's van hoge of lage temperaturen identificeert wat betrekking heeft op refraktairslijtage, asymmetrische operatie of accratievorming. Het dynamische temperatuurgedrag wordt ook benut om de vorming of verlies en omvang van een accratie te voorspellen.

Kruin- of velthermokoppels worden vaak rondom de omtrek geïnstalleerd, net onder het vaste kruin-pantser. De thermokoppelpuntjes worden op niveau geïnstalleerd met het hete oppervlak van het refraktarium, om gastemperatuur op te nemen. Deze geven een directe maat van de gasstroom aan de wand en zijn meestal onbeïnvloed door depositie van materiaal, in tegenstelling tot in-wand thermokoppels lager in de shaft.

Radiale meetpalen

Het gebruik van ingetrokken palen is een van de belangrijke technieken om ladingverdeling te monitoren en te optimaliseren, en dus de campagneduur. Dergelijke palen zijn de enige methode om de variatie in operatieve kenmerken langs de ovenstraal te meten, in tegenstelling tot het uitsluitend vertrouwen op wandmetingen. Ze zijn essentieel van twee typen namelijk (i) over-lading, en (ii) onder-lading.

Over-lading palen hebben verschillende functies. De eenvoudigste soort is meestal vast, watergekoeld en meet het radiale of diametrale topgas-temperatuurprofiel en, in sommige gevallen, de gasanalyse. Meeste ingetrokken palen meten het stockline-laagprofiel en kunnen van een mechanisch type zijn, waar een gewicht naar de stockline wordt gelost, of een contactloos type, met radar, microgolven, lasers, etc.

Topgassnelheid kan ook fysiek bepaald worden om de hoeveelheid gasstroom te meten, en topgasanalyse en temperatuurmeting wordt vaak in combinatie met de andere functies uitgevoerd. Palen worden ook gebruikt om de traject van materiaal van de roteerende goot of beweegbare kruin-pantser te bepalen, voor calibratie van voorspellende modellen voor ladingverdeling en om het effect van ladingsgootslijtage te bepalen.

Onder-lading, of in-lading, palen bemonsteren gas en meten temperatuur op een aantal radiale posities. Ze zijn doorgaans gepositioneerd in de bovenste shaft, typisch 3 m tot 6 m onder de stockline. Deze palen zijn doorgaans van twee typen. Het verbruikbare type is typisch 50 mm in diameter, buigt mee met de dalende lading en wordt bij intrekking weer rechtgetrokken voor hergebruik.

Aangezien het topgas van de stockline naar een van de vier afvoeren moet stromen, begint het gasstroompatroon zich te vervormen nabij de stockline. Een grote mate van gasmenging treedt dan boven de lading op, en over-lading palen moeten dicht bij de stockline gepositioneerd zijn, en bij voorkeur geneigd, om acceptabele temperatuur- en gasprofielen te geven. De bovenste shaft onder-lading palen zijn gevoeliger en geven superieure resultaten ten opzichte van over-lading palen. Daarnaast kunnen vaste over-lading palen vrij groot zijn en, afhankelijk van de stockline-hoogte, een 'schaduw' creëren en de ladingverdeling eronder vervormen, wat onrepresentatieve resultaten kan geven.

Palen, met name onder-lading palen, zijn essentiële tools voor het verlengen van de HO-campaigneduur.

Hearth-modellen

In de laatste jaren, met toenemende rekencapaciteit beschikbaar, zijn veel wiskundige en numerieke technieken ontwikkeld om HO-hearth-erosie en vloeistofstroom in de hearth te voorspellen.

Hearth-lining-slijtage kan worden berekend door wiskundig model, met behulp van temperatuurmetingen van ingebouwde thermokoppels in de hearth-bodem en zijwand. Voor deze techniek om nauwkeurig te zijn, is een goede dekking van thermokoppels vereist en hun invoegdiepte moet precies bekend zijn, samen met de thermische eigenschappen en geometrie van de lining. De nauwkeurigheid kan ook worden beïnvloed door parameters die met de tijd kunnen veranderen, zoals de geleidbaarheid van ramming, thermisch contact tussen lagen steenwerk en de ontwikkeling van een broze zone in het refraktarium, wat de geleidbaarheid significant kan veranderen.

Hoewel hearth-temperaturen alleen een directe indicatie van hearth-slijtage geven, combineert dit type model informatie van de thermokoppels, op verschillende afstanden van het hete oppervlak, om de omvang van slijtage en bevroren lagen nauwkeuriger te voorspellen.

Directe meting van hearth-lining-slijtage is moeilijk en onwenselijk aangezien dit boorbemonstering en ingesloten sensoren door de volledige refraktairdikte vereist.

Kunstmatige Intelligentie

Het HO-proces is een complex proces, met een groot aantal procesvariabelen. Moderne, goed geïnstrumenteerde ovens hebben honderden sensoren die gemonitord moeten worden door een afnemend aantal operators. Daardoor worden geautomatiseerde systemen ontwikkeld om de primaire beschikbare informatie te verwerken en secundair advies te geven aan de operators. Dit is gebaseerd op een set operatieregels, statistische analyse van data, het identificeren van trends die vergelijkbaar zijn met historische data en het gebruik van intelligente technieken zoals fuzzy logic en neurale netwerken. Het doel van deze systemen is om afwijkingen van stabiele operatie te voorspellen en de verandering in controleparameters te kwantificeren die nodig zijn om afwijkingen in productie en kwaliteit te minimaliseren. Dit resulteert in stabielere HO-operatie, waarbij grote operatieproblemen zoals erratische ladingdaling en uitgekoelde condities worden vermeden, wat een primaire vereiste is voor lange campagneduur.

Oventop-sensoren

Sinds de late jaren '70 zijn veel HO's uitgerust met infraroodcamera's die door ramen in de topkegel kijken, om het stockline-temperatuurprofiel te meten. Deze techniek overwint enkele nadelen van vaste over-lading temperatuurpalen. De dalende lading wordt niet verstrooid zoals met palen, wat leidt tot een meer symmetrische ladingverdeling, en door materiaaltemperatuur te meten worden de effecten van stockline-tot-paal afstand, die gasmenging en desensitisatie van het temperatuurprofiel kunnen veroorzaken, vermeden. Een verder voordeel is dat de rotatie van de verdelingsgoot in de oven waargenomen kan worden. Echter, deze systemen zijn duur, moeilijk te onderhouden en ervaren problemen met het schoonhouden van het kijkraam, door het vochtige, stoffige topgas. Problemen zijn ervaren met het stof in het topgas dat ook de temperatuurverdeling beïnvloedt. Daarom zijn deze camera's geen standaarduitrusting en veel operators hebben ze verlaten ten gunste van radiale palen.

Sommige ovens zijn uitgerust met contactloze stockline-profielmeetsystemen geïnstalleerd in de oventopkegel. Deze systemen vervangen effectief een ingetrokken over-lading paal en, hoewel duur, hebben ze het voordeel dat ze over een groter deel van de stockline meten dan de enkele straal van een paal.

Thermografie

Het gebruik van thermische imaging camera's om hitteplekken te detecteren op de ovenmantel, topgassysteem, tuyère-stocks, stoven, warmwind- en bustle-mains en andere auxiliere installaties, is belangrijk. Niet alleen stelt het vroege detectie van probleemgebieden in staat en stelt het hun systematische rectificatie toe, maar het helpt ook catastrofale uitvallen te voorkomen, waarbij de HO op een plotselinge, ongecontroleerde manier off-blast moet worden genomen, gevolgd door een vaak moeilijke herstel, wat een nadelig effect zou hebben op de campagneduur.

Lekdetectie

Een efficiënt systeem voor het detecteren van waterlekken in de HO vanuit tuyères en andere koelelementen is essentieel. Onontdekte waterlekken kunnen de oven uittemperen, wat resulteert in erratische operatie en moeilijke herstel van uitgekoelde condities. Waterlekken beïnvloeden direct de HO-campaigneduur als ze de refraktaria beschadigen. Waterlekken in lagere, hottere regio's van de HO, die uitgekleed zijn met koolstofhoudende materialen, resulteren onvermijdelijk in oxidatie van de refraktaria. Rattengaten in de hearth-refraktaria kunnen ontstaan, wat kan leiden tot doorbraken. Waterlekken kunnen ook taphole-problemen veroorzaken die de operaties verstoren.

Tuyère-lekdetectiesystemen worden vaak gebruikt. Een lekdetectiesysteem omvat een systeem van magnetische flowmeters met computeranalyse van differentiële stromen. Een ander systeem van lekdetectie gebruikt een gepresuriseerd gesloten watercircuit met aanvultanks waarbij de aanvulfrequentie de ernst van een lek aangeeft. Andere systemen omvatten observatie van gasbellen of opgeloste CO-gehalte in het water, differentiële drukmetingen etc.

Een goed lekdetectiesysteem waarschuwt de operator vaak in een vroeg stadium van een waterlek, voordat een directe off-blast vereist is. Dit geeft de mogelijkheid om het lekke element te isoleren voordat de oven op een gecontroleerde manier off-blast gaat, met vermindering van tuyère-hydrocarboon-injectie en erts/cokes-verhoudingsaanpassingen, waardoor nadelige effecten van de daaropvolgende stilstand geminimaliseerd worden.

Installatie-onderhoud

Alle mogelijke onderhoudswerkzaamheden moeten tijdens de productie worden uitgevoerd, waardoor de benodigde off-blast-tijd wordt verminderd. Om de duur van een geplande stilstand te minimaliseren, zijn goed plannen en voorbereiding noodzakelijk. Hoewel deze factoren voor economie en om de installatie-uitvoer te maximaliseren duidelijk zijn, wordt hun lange-termijneffect op de ovenlevensduur niet altijd overwogen.

Voorbereidingen moeten altijd gereed zijn voor onderhoud dat uitgevoerd kan worden als de oven ongepland off-blast gaat om andere redenen. Bijvoorbeeld, als de oven off is voor een tuyère-wissel, kan het mogelijk zijn om werk aan het ladingsysteem uit te voeren. Als de oven off-blast is voor problemen in de staalsmeltshop, dan kan het mogelijk zijn om meer uitgebreid onderhoud uit te voeren. Op deze manier kan het totale aantal stilstanden tijdens een HO-campagne verminderd worden en hun duur geminimaliseerd.

Effectief onderhoud vermindert het aantal uitvallen dat resulteert in ongeplande stilstanden. Dit omvat routinematig onderhoud, regelmatige inspecties, periodieke controle van belangrijke instrumentatie, en conditiemonitoring, bijv. trilling- en thermische monitoring. Dit is het meest belangrijk in de latere stadia van een campagne, aangezien auxiliere apparatuur ouder en minder betrouwbaar wordt.

Op dezelfde manier kunnen verbeterde giethuis-onderhoudstechnieken off-blast-tijd verminderen, bijv. verlenging van de levensduur van de hoofd ijzergot op een enkele-taphole oven verlaagt downtime.

Off-blast periodes

Het aantal off-blast-periodes, voornamelijk ongeplande, heeft een groot effect op de campagneduur in termen van opbrengst per eenheidsvolume, wat disproportioneel wordt verminderd ten opzichte van de percentage downtime. Wandschade kan ontstaan door een verhoogde graad van wandwerking bij de lagere blastvolumes die worden aangetroffen tijdens het off- en on-blast gaan, afkoelen en herverwarmen van de refraktaria of erratische operatie tijdens herstel van de stilstand.

Sommige HO-operators geven aan dat off-blast-periodes de hearth 'laten rusten' en een beschermende skul laten vormen of verdikken. In feite is het off-blast nemen van de HO vaak een noodprocedure, in latere stadia van de campagne, wanneer hoge temperaturen worden gedetecteerd binnen de hearth-refraktaria.

Korte stilstanden

Voor geplande stilstanden kan additionele cokes enkele uren van tevoren worden geladen, om te compenseren voor de verminderde blastcondities en de warmteverliezen tijdens de stilstandperiode. Deze extra cokes in de lagere regio's van de HO assisteert bij soepel herstel van de stilstand. Het is gebruikelijk om de tuyère-hydrocarboon-injectie voor een stilstand te verminderen of te stoppen.

Bij hoge injectiesnelheden is er een veel lager aandeel cokes in de HO, wat consequent minder permeabel is en dit kan het herstel van de stilstand belemmeren. Daarnaast is de HO bij hoge injectiesnelheden tijdens het herstel merkbaar brandstofdeficiënt tot de injectie wordt hervat. Dit mag niet gebeuren tot het blastvolume ongeveer de helft van zijn volle snelheid heeft bereikt, wanneer een adequate raceway gevormd is en de injectant veilig verbruikt kan worden. Als er operatieproblemen zijn bij het vestigen van raceway-condities en terugkeren naar het blastniveau waarop injectie mogelijk is, kan dit resulteren in koude condities of tuyère-blokkages met slak en is de HO brandstofdeficiënt op een moment dat additionele brandstof nodig is.

Naast erts/cokes-verhoudingscompensatie, is een ladingwijziging doorgaans wenselijk voor een stilstandperiode. Kleinere materiaalcomponenten van de lading moeten uit de lading worden gehaald om permeabiliteit na de stilstand te bevorderen. Hoge niveaus van titaniferer ertsen moeten ook worden verminderd om problemen bij lagere HM-temperaturen na de stilstand te vermijden. Het aandeel ladingcomponenten dat verslechtert bij hoge temperaturen over een lange periode, zoals ertsen vatbaar voor decrepitatie, moeten in een stilstandlading worden verminderd. Daarnaast kan een zurdere lading worden geladen om te compenseren voor hogere Si-gehalte in de HM tijdens herstel na de afsluiting.

Tijdens een stilstand kunnen andere nadelige factoren optreden die de terugkeer naar volle blast-operaties beïnvloeden. Bijvoorbeeld, dit kan omvatten (i) verlengde periodes bij verminderd blastvolume om de oven droog te gieten voor de off-blast, (ii) een verlengde stilstandperiode om diverse redenen, (iii) waterlekken in de HO tijdens de afsluiting, en (iv) problemen tijdens het herstel die meerdere off-blasts vereisen (misschien om blastlekken of ladingsfouten te rectificeren). Onder dergelijke omstandigheden worden de ongewenste operatiecondities verlengd en de additionele geladen cokes kan onvoldoende zijn, wat leidt tot een minder soepel herstel van de stilstand.

Om soepel operatie te waarborgen en het effect van een stilstand op de levensduur van de HO te minimaliseren, geloven sommige operators in een langzame start na een geplande stilstand. Een typisch voorbeeld is om de uitvoer te controleren op 90% op de dag voor een stilstand en te hervatten op 80%, dan 90% uitvoer op de twee dagen na de stilstand. Echter, dit mag niet acceptabel zijn voor andere operators, onder condities waar hoge uitvoer nodig is.

Ongeplande stilstanden zijn onwenselijk en, indien mogelijk, proberen veel HO-operators het off-blast nemen van de HO lang genoeg uit te stellen om een gecompenseerde lading te laten dalen tot bosh-niveau. Er wordt meestal geprobeerd om de HO zo droog mogelijk te gieten, om slak terug in de tuyères en blowpipes te krijgen, wat kan bevriezen en de stilstand verder verlengen. Dit geeft ook tijd om de reparatiewerkzaamheden voor te bereiden en de off-blast-tijd te minimaliseren. Om te compenseren voor de warmteverlies door een ongeplande stilstand, wordt de tuyère-hydrocarboon-injectie doorgaans verhoogd na terugkeer op blast, mits het niet al op zijn maximumniveau is.

Productiestilstanden kunnen ook optreden door problemen in de staalsmeltshop of tijdens periodes van lage vraag. Deze gebeurtenissen moeten worden gecoördineerd om zo mogelijk voorafgaande waarschuwing te krijgen, en de optie van een gecompenseerde lading te geven. De varkengietmachine (PCM), torpedo-kroesvloot of staalsmeltshop-mixers moeten als buffer gebruikt worden voor korte stilstanden. In bepaalde omstandigheden, wanneer er minimale voorafgaande waarschuwing is van een afsluiting, de HO niet droog is en er weinig lege kroescapaciteit is, en er geen PCM beschikbaar is, is het voren om het HM te dumpen.

Stack-spray-technieken voor de reparatie van wandrefraktaria hebben zich ontwikkeld, waardoor de wanden in een relatief korte stilstand kunnen worden opgesproeid, door de lading naar een laag niveau te blazen. Hoewel dit een grote hoeveelheid cokes toelaat om in de lagere niveaus van de oven te laden om de opstart te helpen, is er vaak moeite door de hoeveelheid terugkaatsende refraktarium die in de oven valt. Opstart is makkelijker als een laag-terugkaatsingsmateriaal wordt gebruikt en de HO wordt afgeblazen tot tuyère-niveau, waardoor het terugkaatsingsmateriaal uit de oven geschraapt kan worden. Dit kan effectiever worden bereikt door het gebruik van T-vormige vellen van geprofileerde bladen, opgerold door de tuyère-koeleropeningen in te voegen. De blow-in ladingchemie moet ook worden aangepast om een slakchemie te geven die het residuele terugkaatsingsmateriaal in staat stelt te smelten.

Er is een verschil van mening over of koelwaterstromen voor stilstanden langer dan een gegeven duur moeten worden verminderd. Sommige operators verkiezen verminderde stromen om refraktairtemperaturen te handhaven. De meerderheid verkiest de hearth-koelwater op volle stroom om een dikke beschermende skul te bevorderen, terwijl anderen die de waterstroom verminderen suggereren dat door minder warmte te verwijderen het een soepel opstart assisteert.

Een andere factor die het herstel van een stilstand beïnvloedt, is de verwijdering van een accratie van de HO-wanden, voortkomend uit de additionele wandwerking en erratische ladingdaling. Dit kan resulteren in uitgekoelde condities op een moment dat ze het minst wenselijk zijn. Als een accratie bekend is gevormd, is het wenselijk om te proberen het voor een lange stilstand te verwijderen. Een goed systeem van accratie-monitoring geeft directe waarschuwing in geval van optreden, om thermische compensatie zo snel mogelijk mogelijk te maken.

Lange stilstanden

Afhankelijk van de duur van de stilstand, kan de HO worden gevuld met een cokes-blank en een lage erts/cokes-lading, of de lading kan worden afgeblazen tot tuyère-niveau. Voor stilstanden van diverse weken of langer, moet de salamander getapt worden. Als dit niet gedaan wordt, zal niet alleen een aanzienlijke hoeveelheid proceswarmte nodig zijn tijdens het herstel om het te smelten, maar het zal zich ook nog uitdijen terwijl het nog vast is en oneigenlijke spanningen op de hearth-refraktaria en mantel uitoefenen, wat hun levensduur verkort. Dit is nog belangrijker bij die HO's, waar de sump-diepte is vergroot om perifele ijzerstroom in de hearth te verminderen. Het is wenselijk om deze spanningen te monitoren met rekstrepen bevestigd aan de hearth-mantel, en procedures te ontwikkelen om dergelijke spanningen te minimaliseren.

Om te herstellen van langere stilstanden, wanneer de HO in een koude toestand is, is het nodig om de hearth op te warmen en een vroege verbinding tussen de taphole en de tuyères te vestigen om vloeistoffen te laten verwijderen. Dit kan worden gedaan door het gebruik van een blastpijp aan de taphole of het gebruik van een oxy-branders lans. Het is belangrijk om te voorkomen dat de zuurstof, die aan de taphole binnenkomt, de hearth-koolstof beschadigt, wat de campagneduur direct kan verkorten. Herstel van uitgekoelde hearth-condities, na grote waterinlaat tijdens een routinematige onderhoudsstilstand, is gerapporteerd tot ernstige hearth-erosie geleid te hebben. Herstel van lange afsluitingen, met een grote hoeveelheid vast metaal in de hearth en een impermeabele dode man, kan resulteren in overmatige perifele stroom in de hearth met versnelde hearth-zijwanderosie.

Productieregels

Als een continu proces, wordt de HO bediend door een aantal verschillende operators die, zonder een set regels om naar te opereren, anders zouden reageren op een gegeven situatie. De individuele acties die genomen worden, zijn misschien niet de juiste en, als resultaat, kan het proces variabeler zijn dan als de ideale actie genomen was. De meerderheid van HO's wordt daarom bediend volgens vastgestelde procedures die zijn ontwikkeld en verbeterd uit ervaring. Deze regels dekken een breed gebied, inclusief praktische procedures en procescontrole.

Om de HO-stabiliteit te maximaliseren, is het noodzakelijk om zowel de thermische toestand als de aërodynamica van de oven nauwkeurig te controleren. Staalwerken bedenken meestal hun eigen regels om de thermische toestand te controleren, wat doorgaans de HM Si en temperatuur als indicatoren omvat, met het gebruik van topgasanalyse en berekening van de hoeveelheid warmte beschikbaar in de HO voor silice-reductie en om de vloeistofproducten te oververwarmen. Controle van de thermische toestand is meestal door aanpassing van condities aan de tuyère of door kleine veranderingen in de hoeveelheid geladen cokes. Oven aërodynamica worden gemonitord door regels met betrekking tot oven drukval en ladingdalingsnelheden, met aanpassing aan blastvolume, ladingverdeling of ladingseigenschappen om stabiliteit te bereiken.

Operatieregels zijn ook nodig voor niet-routine operaties, waar schade aan de HO kan voortvloeien uit onjuiste procedures, bijvoorbeeld in het herstel van uitgekoelde hearth-condities, waar schade aan refraktaria kan gebeuren.

Specifieke regels voor verlenging van HO-levensduur

Veel operators hebben een specifieke set operatiepraktijken voor de verlenging van de campagneduur, die aanwezig zijn om schade aan de HO te minimaliseren of verdere deterioratie te voorkomen. Aangezien de hearth het kritieke gebied van de HO is dat niet gerepareerd kan worden zonder een lange afsluiting, gaan deze regels of actieplannen vaak over hearth-condities. Typisch worden de acties gedefinieerd volgens hearth-temperaturen of refraktairdikte.