Operatiepraktijken en campagneleven van een hoogoven

Bedieningspraktijken en campagneleven van een hoogoven

De kosten voor het ombouwen of opnieuw bekleden van een hoogoven (BF) zijn erg hoog. Daarom zijn technieken om de levensduur van BF-campagnes te verlengen belangrijk en moeten ze zeer actief worden nagestreefd.

Grote BF's hebben meestal een iets hogere campagne-output per volume-eenheid. Dit verschil is omdat grotere BF's over het algemeen een moderner ontwerp hebben en goed geautomatiseerd zijn. Aangezien de levensvatbaarheid van een geïntegreerde staalfabriek afhangt van een continue aanvoer van ruwijzer (HM), wat in een fabriek met een klein aantal grote ovens veel belang hecht aan een lange levensduur van de campagne.

De technieken voor het verlengen van de levensduur van een BF-campagne (Fig 1) vallen onder de volgende drie categorieën.

• Operationele praktijken – De beheersing van het BF-proces heeft een groot effect op het campagneleven. BF moet niet alleen worden gebruikt om aan de productiebehoeften te voldoen, maar ook om de levensduur te maximaliseren. Daarom is het noodzakelijk om de operationele praktijken aan te passen naarmate de campagne vordert en als reactie op de probleemgebieden voor het maximaliseren van de levensduur van de campagne.
• Herstelmaatregelen - Zodra slijtage of schade die de levensduur van de BF beïnvloedt, duidelijk wordt, moeten technische reparatietechnieken worden gebruikt of ontwikkeld om de levensduur van de campagne te maximaliseren.
• Verbeterde ontwerpen – Naarmate er verbeterde materialen en apparatuur worden ontwikkeld, moeten deze worden opgenomen in toekomstige verbouwingen om de levensduur van kritieke delen van de BF te verlengen, waar het kosteneffectief is om dit te doen.

Fig 1 Technieken voor verlenging van de levensduur van hoogovencampagnes

Operationele werkwijzen voor een betere levensduur van de campagne worden in dit artikel besproken. De werkwijzen die van invloed zijn op de levensduur van de BF-campagne worden hieronder beschreven.

Productiviteit

De productiviteit van een BF wordt normaal gesproken uitgedrukt in ton (t) HM per eenheid BF-volume (cum) per dag. Hoge productiviteit houdt een verhoogde doorvoer van materialen in bij hogere lastdalingssnelheden, met een verhoogde haardactiviteit om de grotere hoeveelheid vloeibare producten te verwijderen.De stabiliteit van de werking wordt beïnvloed wanneer de BF hard wordt aangedreven dan is de lastafdaling minder soepel en de smeltzone is hoger.Deze beïnvloeden de BF-wandslijtage.De verhoogde doorvoer van vloeibare producten versnellen de slijtage van de haard en resulteren in zwaardere kraangatcondities.

Een lage productiviteit houdt in dat er langere perioden zijn met een laag hetestraalvolume, wat resulteert in een verminderde penetratie van de explosie en een grotere gasstroom langs de BF-wand, tenzij er geschikte wijzigingen in de lastverdeling worden aangebracht. Lange productiepauzes meestal hebben een nadelig effect op de conditie van de haard.

Als we kijken naar het productiviteitsniveau van de BF's die een lange campagneduur hebben bereikt, is het duidelijk dat deze BF's voor het grootste deel van de campagne niet optimaal zijn benut. factor is een stabiele, consistente werking, met praktijken die worden gebruikt om de muren en de haard te bewaken en te beschermen. Een dergelijke operatie wordt gemakkelijker bereikt bij productieniveaus onder de maximale output. Het is echter moeilijk om een ​​universele waarde te definiëren van de productiviteitsindex (t/cum/ dag) om dit te bereiken, aangezien de index ook wordt beïnvloed door verschillende andere factoren dan de rijsnelheid van de BF. Dit zijn de interne vorm van de BF, de staat van de vuurvaste slijtage, lokale bedrijfsomstandigheden en onderhoudsperioden enz.

Voor een maximale levensduur van de campagne is een strategie nodig om de BF op een stabiele, gecontroleerde manier te laten werken. Bij veel BF-reconstructies is het interne volume vergroot, niet om de output te vergroten, maar om het mogelijk te maken productiedoelen te halen bij lagere productiviteitsniveaus en zo het potentieel te bieden voor een stabielere werking en een langere levensduur van de campagne.

Het is een feit dat frequente onderbrekingen van een BF de productiviteit verminderen, maar de levensduur van de campagne wordt ook verkort door het buitensporige aantal stop/start-bewerkingen. De campagne-output per volume-eenheid wordt verminderd onevenredig aan het percentage uitvaltijd. Lange campagnes, gemeten aan de hand van dit criterium, worden het best bereikt met continue werking van BF zonder lange onderbrekingen.

Productiviteitsvermindering op korte termijn is ook nodig om de probleemgebieden op de BF aan te pakken, om de integriteit van de oven te beschermen en een voortijdig einde van de campagne te voorkomen.

P>

Burden

Voor een stabiele werking van BF bij redelijke productiviteitsniveaus is cokes van goede kwaliteit noodzakelijk. In feite is cokes een van de belangrijkste redenen voor de slechte werkingsperiode. Slechte werkingsperioden resulteren vaak in grillige en zelfs gekoelde operaties die potentieel destructief zijn voor de BF-voering en dus voor het campagneleven.

Cokes moet sterk en gestabiliseerd zijn om het gewicht van de last te dragen met minimale mechanische afbraak. Het moet voldoende groot en dicht bemeten zijn, met een minimum aan fijne deeltjes om een ​​doorlatend bed te creëren waardoor vloeistoffen kunnen in de haard druppelen zonder de opstijgende gassen te beperken. Een consistente maat is nodig om ongewenste variaties in de permeabiliteit te voorkomen en om het concept van variërende dikte van de cokeslaag over de BF-straal te ondersteunen om de radiale gasstroom te beheersen. De cokes moet voldoende zijn reageert niet op oplossingsverlies, behoudt zijn sterkte onder dergelijke omstandigheden en bevat weinig alkaliën om alkalivergassing in de toevoerleiding tot een minimum te beperken, wat een schadelijk effect heeft op de afbraak van cokes en op vuurvaste materialen. hun effect op de thermische toestand van het proces.

Bij hoge niveaus van injectie van koolwaterstof in de mondstuk, is er een overeenkomstige vermindering van het aandeel cokes dat wordt geladen en bijgevolg wordt de kwaliteit van de cokes nog belangrijker.

Een universele cokeskwaliteit, voor een stabiele werking die compatibel is met een lange levensduur van de hoogoven, is moeilijk te specificeren, aangezien niet alleen verschillende soorten operaties verschillende cokesvereisten hebben, maar ook de fysieke eigenschappen variëren naargelang de bemonsteringspunt tussen de cokesovens en de BF.

In het geval van gebruik van cokes uit meer dan één bron, is ofwel een adequate vermenging nodig ofwel het discreet laden van de verschillende cokes essentieel, aangezien fluctuerende hoeveelheden cokes met verschillende eigenschappen resulteren in onstabiele omstandigheden in de BF.

Cokes in het BF-centrum vervangt geleidelijk de dode man en de cokes in de haard, die doorlaatbaar moet blijven om de vloeistoffen over het midden van de haard te laten wegvloeien. Dit voorkomt overmatige perifere stroom van HM in de haard, wat kan leiden tot ernstige vuurvaste slijtage aan de basis van de zijwand. Een toename van de temperatuur in het midden van de haardplaat wordt meestal waargenomen met een toename van de dodemanscokes, wat wijst op een verhoogde activiteit van het haardcentrum. de cokeszeven zijn een belangrijke parameter voor het behoud van de doorlaatbaarheid van de haard. Het is meestal gunstig om de zeefgrootte te vergroten en de extra kleine cokes die ontstaat, vermengd met de ertsbelasting, weg van de BF-middellijn te laden.

Het doel van het gebruik van cokes van hoge kwaliteit is ervoor te zorgen dat grote cokes de lagere regionen van de BF bereiken. Om dit te controleren, is het wenselijk dat de cokes van tijd tot tijd wordt bemonsterd op tuyere-niveau voor het beoordelen van de cokesafbraak door de oven. Dit wordt normaal gesproken uitgevoerd tijdens het geplande onderhoud. Een groot cokesmonster wordt uit een blaasmondstuk geharkt en de eigenschappen ervan worden vergeleken met een monster van de overeenkomstige voedingscokes. Op deze manier kunnen andere factoren die van invloed zijn cola-grootte kan ook worden geïdentificeerd.

Coke van goede, consistente kwaliteit en het bewaken van zowel de voorraadlijn als de bosh-coke is duidelijk een belangrijke strategie voor een lange campagneduur.

Ertslast mix

BF's worden gebruikt met een grote verscheidenheid aan ertsladingscomponenten zoals sinter, pellets en ijzererts (SIO) enz. Een verscheidenheid aan fluxen wordt ook gebruikt bij de ertslading.

Kleinere hoeveelheden van andere materialen zoals teruggewonnen schroot, ferrofines, walshuid, convertorslak, ilmeniet, gerecycled afval of zelfs direct gereduceerd ijzer of gegranuleerd ijzer worden soms ook gebruikt in de ertsbelasting. Het gebruik van deze materialen hangt meestal af van lokale factoren.

Geïntegreerde staalfabrieken hebben normaal gesproken sinterfabrieken, vandaar dat BF's in deze fabrieken een groot percentage sinter in de last gebruiken, waarbij de rest van de last voornamelijk uit SIO en/of pellets bestaat. Pellets hebben de voorkeur over SIO in sommige installaties voor het saldo van de last wegens hun superieure eigenschappen.

Over de hele wereld varieert het percentage pellets in de BF-belasting van 0% tot 100%. Ervaring in verschillende fabrieken heeft aangetoond dat BF's die een hoog percentage pellets gebruiken, grotere variaties in de warmtebelasting hebben in de lagere stapel en bosh, wat leidt tot overmatige slijtage van de onderste stapel en bosh en een kortere levensduur van de campagne. Een van de redenen hiervoor is de onvoldoende controle van de lastverdeling. Pellets hebben een veel kleinere rusthoek dan sinter of cokes en, wanneer ze op een hellende voorraadlijn, hebben de neiging om gemakkelijk te rollen. Dit resulteert in een relatief dikke ertslaag naar het BF-centrum, wat een overmatige gasstroom aan de wand van de BF bevordert.

Deze situatie wordt tegengegaan door de toevoeging van koeling met een hoge dichtheid in de onderste schacht en verbeterde uitrusting voor het verdelen van de last. Fluctuerende lagere staaftemperaturen, toegenomen slippen en HM-temperatuurschommelingen kunnen worden waargenomen met pelletlading die moet worden gecontroleerd door lastenverdeling, met centrale cokesvulling en toevoeging van notencokes aan de pellets.

Een belangrijk aspect van de individuele belastingscomponent zijn de verwekings- en smelteigenschappen. Het grootste deel van de drukval over een BF bevindt zich in het gebied waar de ertsbelasting zachter wordt, smelt en naar beneden druipt het cokesbed waardoor de gassen opstijgen Een breed smelt- en verwekingstraject veroorzaakt een verhoogde drukval en een grote samenhangende wortelzone die botst op het metselwerk van de onderste schacht, waarbij de vuurvaste materialen worden blootgesteld aan hoge temperaturen over een groter gebied dan wenselijk is. Een lagere muurtemperatuur en/of minder thermische schommelingen helpen de levensduur van het schachtmetselwerk te verlengen.

De smelt- en verzachtingseigenschappen van een belasting met meerdere componenten verschillen van die van de afzonderlijke componenten. Daarom moeten de gegevens van de verwekings- en smelttest niet alleen in aanmerking worden genomen voor de afzonderlijke belastingbestanddelen, maar ook van de voorgestelde ertsmix ter ondersteuning van de selectie van de ertslast.

Voor het minimaliseren van thermische en chemische variaties is een homogene belasting wenselijk. De belastingcomponenten moeten zo goed mogelijk gemengd zijn. Dit hangt af van het aantal belastingcomponenten en het individuele laadsysteem, maar het kan meestal in redelijke mate worden bereikt door selectie van opslagbunkers en de volgorde van materiaalafvoer.

Het is mogelijk om een ​​stabiele BF-werking en een lange levensduur van de campagne te bereiken door verschillende belastingen te gebruiken, op voorwaarde dat de materiaalkwaliteit consistent is en er voldoende wandkoelingscapaciteit en een goede distributiecontrole beschikbaar is. 

Kwaliteit van ertslading

Een permeabele BF  is noodzakelijk voor een stabiele werking. Het is belangrijk dat de ertslast sterk is, de juiste afmetingen heeft en efficiënt wordt gescreend om fijne deeltjes te verwijderen. Het mag niet overmatig in de stapel desintegreren en extra boetes genereren Het moet voldoende poreus, reduceerbaar en zo groot zijn dat het effectief kan worden verminderd tegen de tijd dat het de verwekingszone bereikt. Op deze manier is de cohesieve zone minder beperkend, met minder FeO-rijke slakken en de thermische belasting in de lagere regio's van de BF is lager, wat een vlotte werking bevordert.

De verwekings- en smelteigenschappen van de ertscomponenten hebben een belangrijk effect op de werking van de BF. Beperkingen in de cohesieve zone en slechte smelteigenschappen kunnen leiden tot grillige lastafdaling, onstabiele werking en thermische fluctuaties. Deze omstandigheden verkorten waarschijnlijk de levensduur van de BF-muur.

Er is geen gestandaardiseerde verwekings- en smelttest en er zijn veel indices geciteerd om de verwekings- en smelttemperaturen weer te geven, zoals het begin van directe reductie, drukval tijdens het smelten en de hoeveelheid gedruppeld materiaal enz.

Lastverdeling

De verdeling van de last is een van de belangrijkste factoren die de levensduur van de BF beïnvloeden. Niet alleen kan het de stabiliteit van de werking beïnvloeden, maar door de radiale gasstroom in de BF te bepalen, is het ook een van de belangrijkste factoren die de mate van slijtage van de BF-wanden bepalen.

Over het algemeen wordt de radiale gasstroom geregeld door de erts-tot-cokes-verhouding in de lading, aangezien de cokesgrootte gewoonlijk groter is. Dit wordt normaal bereikt door het materiaal in afzonderlijke lagen op te laden en de laagdikte over de de straal van de BF. Bescherming van de BF-wanden wordt daarom bereikt door het aandeel van de ertslaag aan de muur te vergroten, wat resulteert in een verminderde hoeveelheid warmte die door het wandkoelsysteem wordt afgevoerd. Er is echter een grens aan het aandeel van ertsmateriaal dicht bij de BF-wand om de vorming van een inactieve laag te voorkomen, wat de vorming van wandaangroei kan bevorderen en een onvoorbereide belasting in de lagere regionen van de BF kan toelaten en de blaasmondverliezen kan vergroten. de BF moet voldoende zijn om een ​​stabiele werking van de BF op het gewenste productieniveau mogelijk te maken Een groot aandeel cokes creëert een relatief permeabel gebied met minder dalende vloeistoffen, waardoor het maximale straalvolume kan worden gebruikt met zonder grote schommelingen in straaldruk en grillige lastafdaling.

De cokes in het midden van de BF vervangt de cokes in de haard en een cokesrijk permeabel centrum stimuleert een permeabele haard, die de vloeistofstroom over de haard relateert. De centrale cokesschoorsteen is dat niet onnodig breed zijn.  In een dergelijk geval leidt dit tot inefficiëntie en kan er schade ontstaan ​​aan bepaalde delen van de bovenzijde van de oven als gevolg van een te hoge warmtecapaciteit van het opstijgende gas.

Opladen in gesplitste formaten

Meer geavanceerde distributiesystemen maken extra controle van de lastverdeling mogelijk door gebruik te maken van meer dan één maatbereik van een bepaald materiaal. Een van de meest gebruikte praktijken is het laden van fijne ertsmaterialen, vaak van screenings van de belangrijkste ertslading. Boetes worden afzonderlijk in kleine hoeveelheden in de buurt van de BF-muur geladen, om een ​​plaatselijke vermindering van de doorlaatbaarheid te geven en zo de muren te beschermen. Het opladen van een aparte kleine batch fijner materiaal vermindert meestal de oplaadcapaciteit van de BF.

Coke noten

Een flexibel oplaadsysteem maakt het gebruik van cokesmoer mogelijk (typische maat ligt tussen 10 mm en 30 mm). Het laden van notencokes, gemengd in de ertslading en gepositioneerd langs de middenstraal, verbetert de werking door de reductie-efficiëntie en permeabiliteit van de ertslaag in de cohesieve zone te verbeteren. Er is een verbeterde doorlaatbaarheid en lagere buiktemperaturen met het opladen van notencokes. De aan de muur geladen notencokes, ingeklemd tussen de twee ertsladingen, voorkomt een inactief muurgebied wanneer fijn erts aan de muur werd geladen. Er wordt notencokes aan de pellets toegevoegd om hun rusthoek te vergroten, waardoor het aandeel van erts in het BF-centrum wordt verminderd.

Maatscheiding

Veel laadsystemen creëren een zekere mate van groottescheiding in de invoermaterialen. Als het uitgangsmateriaal dat moet worden afgevoerd fijner is en het uiteindelijke materiaal grover, kan deze eigenschap worden gebruikt om de radiale grootteverdeling en daarmee de radiale gasstroomverdeling ten goede te komen. Dit type segregatie vindt in het algemeen plaats bij ovens met bandvulling in plaats van ovens met springlading en is beter controleerbaar met een klokloze top. Er kunnen ook geschikte aanpassingen aan het laadsysteem worden toegevoegd om de gewenste scheidingskenmerken te verbeteren.

Extra scheiding van radiale afmetingen kan ook optreden door een hellende voorraadlijn naar beneden te rollen. Groottescheiding kan ook de smelt- en verwekingseigenschappen van de last langs de BF-straal wijzigen, wanneer een component een ander groottebereik en andere chemie heeft.

Sommige heffingssystemen leiden tot een omtreksvariatie in de lastenverdeling. Deze variaties moeten worden geminimaliseerd door ontwerp of bediening.

Centrum cokes opladen

In het centrum van BF is meestal een groot aandeel cokes nodig om voldoende centrumwerking voor een stabiele werking te stimuleren. Dit is met name het geval bij hogere productiviteiten en bij het werken met hoge niveaus van koolwaterstofinjectie in de mondstuk. Het werken met geheel cokes in het midden van de oven is echter minder brandstofefficiënt en er zijn technieken ontwikkeld om de breedte van dit gebied van het midden van de cokeslading tot een minimum te beperken. Op een top zonder bel wordt dit bereikt door een kleine hoeveelheid coke te laden met de roterende trechter volledig omlaag.

In de haard is een doorlaatbaar cokesbed nodig om de vloeistofstroom door het midden van de haard te stimuleren en de perifere stroming te verminderen, wat overmatige slijtage van de zijwanden kan veroorzaken. De cokes in de dode man en haard wordt geleidelijk vervangen door cokes uit het ovencentrum. Het laden van cokes in het midden vermindert het percentage ertsmateriaal in het BF-centrum en verbetert de doorlaatbaarheid van de haard. De doorlaatbaarheid van de haard kan verder worden verbeterd met een grotere gestabiliseerde cokeslading in het midden.

Keelpantserleven

Voor een lange levensduur van de campagne is het belangrijk om de slijtage van het vaste keelpantser, veroorzaakt door de directe impact van belaste materialen, tot een minimum te beperken. Hoewel het mogelijk is om het keelpantser te repareren of beschermingsplaten op te nemen, kan dit lange onderhoudsonderbrekingen met zich meebrengen, die op zichzelf schadelijk kunnen zijn voor de levensduur van de oven. Daarom moeten de lastverdeling en de gebruikte hoogte van de voorraadlijn worden gekozen om een ​​dergelijke belastingimpact te voorkomen.

Hot metal kwaliteit

Bij gebruik zonder beschermende schedel in de haard, wordt de koolstof in de haard meestal verwijderd door oplossingsaanval van ijzer en slakken. Vroege carbonisatie van het ijzer, voordat het in contact komt met de vuurvaste haard, minimaliseert dergelijke slijtage van de haard.

Voor vroege carburisatie is een langere periode van contact tussen vloeistoffen en cokes nodig. Bij een gegeven productiviteit kan dit worden aangemoedigd door een grotere druppelzone en dodemanszone, met een hogere samenhangende zone. Dit resulteert normaal gesproken in een toename van HM-silicium (Si). Over het algemeen neemt het koolstofverzadigingsniveau af met toenemend Si-gehalte. Als gevolg hiervan is HM dichter bij verzadiging bij hogere Si-niveaus, voor een gegeven BF-grootte en de HM-temperatuur.

Bovendien verhoogt een toename van HM Si de HM-liquidustemperatuur en vermindert daardoor de vloeibaarheid ervan. Dit heeft de neiging de stroomsnelheid in de haard te verminderen en de vorming van een gestolde laag op de vuurvaste haard aan te moedigen.

Bij lagere HM-temperaturen is het koolstofverzadigingsniveau van het ijzer lager en wordt het eerder bereikt. Lage HM-temperatuur heeft het extra voordeel van een verhoogde ijzerviscositeit die de perifere stroom vermindert, waardoor de neiging om beschermende schedels op te lossen en fijne scheuren en poriën binnen te dringen, wordt verminderd.

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

Tuyere-diameter

De diameter van de Tuyere is gekozen om te zorgen voor voldoende penetratie van de explosie voor de gegeven bedrijfsomstandigheden en om te voorkomen dat overmatig gas de BF-wanden opstijgt. De keuze van de maat van de blaaspijp is van invloed op de mate van centrumwerking van de BF en de mate van bescherming van de schacht en de onderste schachtwanden. Het is meestal nodig om de diameter van de blaas rond de BF te variëren om een ​​evenwicht in de omtrek van de gasstroom te garanderen.

Hoewel de afmetingen van de blaaspijpen zorgvuldig worden gekozen, wordt vaak een significante toename van de diameter waargenomen wanneer een blaaspijp wordt vervangen, vooral wanneer een lange levensduur wordt bereikt. Dit heeft invloed op beide bovengenoemde factoren en het is voordelig voor de levensduur van de campagne om de blaaspijpen na een bepaalde periode te vervangen, niet alleen om het effect van de slijtage van de blaaspijpen te minimaliseren, maar ook om de kans op waterlekkage in de BF en het aantal ongeplande uitschakelingen te verminderen. blast perioden om mislukte tuyeres te wijzigen.

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

De diameter van de tuyere wordt vaak plaatselijk verkleind als reactie op hoge zijwandtemperaturen van de haard, om de druipende vloeistoffen en haardactiviteit in het probleemgebied te verminderen. Dit wordt gedaan door het toevoegen van blaasmondstukken of door blaasmondvervanging. In ernstige gevallen, of als noodmaatregel op korte termijn, kunnen de betreffende blaaspijpen worden afgesloten door ze met klei te dichten. Dit heeft vaak een snel effect bij het verlagen van de corresponderende zijwandtemperaturen van de haard.

Casthouse-praktijken

Giethuispraktijken spelen een belangrijke rol bij het beheersen van de vloeistofstroom in de haard en het vermijden van hoge vloeistofniveaus die op de loopbaan kunnen botsen, de verdeling van de ontploffing beïnvloeden of zelfs blaaspijp- of blaaspijpschade veroorzaken. Deze factoren kunnen de stabiliteit van de operatie beïnvloeden, resulteren in perioden van ontploffing en mogelijk van invloed zijn op de levensduur van de campagne.

Lengte kraangat

Bij een langer kraangat worden de gesmolten producten niet alleen lager in de haard aangezogen, maar ook vanuit een punt dichter bij het midden van de haard. Dit vermindert de perifere stroming nabij het kraangat en daarmee slijtage van de zijwand van de haard. Om de lengte van het kraangat te verlengen, is het noodzakelijk om de hoeveelheid kraangatmassa die in de loop van de tijd wordt geïnjecteerd te vergroten, om de paddenstoel aan de binnenkant van de BF geleidelijk te vergroten, waardoor ook het vuurvaste materiaal onder het kraangat wordt beschermd. Met een korte kraangatlengte en afwisselend gieten vanuit ver uit elkaar liggende kraangaten, nemen de temperatuurschommelingen van de zijwand toe, waardoor vuurvaste erosie mogelijk toeneemt.

Hoge temperaturen van de haardkussens kunnen optreden als gevolg van het verlies van een bevroren laag en/of het oplossen van koolstof in de haard, terwijl de temperatuur van de zijwand van de haard bevredigend is. In dergelijke gevallen kan het nodig zijn om het kraangat in te korten door de hoeveelheid geïnjecteerde kraangatmassa te verminderen en eventueel door de helling van het kraangat te verkleinen. Dit helpt bij het verminderen van de HM-stroom nabij het BF-centrum en het verhogen van de vloeistoffen die op het haardkussen worden vastgehouden. 

Diameter kraangat

De diameter van het kraangat die nodig is om een ​​bepaalde productiviteit in stand te houden, hangt af van de BF-parameters, zoals het tijdsverloop van het gieten, de topdruk, het slakvolume, de grootte van de haardcokes, de viscositeit van de vloeistof en de eigenschappen van de massa van het kraangat. Indien het kraangat te klein is voor een bepaalde productiesnelheid, zal het niet mogelijk zijn om de oven droog te gieten. Als het kraangat te groot is, kunnen er tijdens het gieten minder gesmolten producten uit de oven worden verwijderd, omdat het kraangat voortijdig zal blazen, omdat de vloeistoffen boven het kraangat worden verwijderd voordat de vloeistoffen aan de andere kant van de haard er doorheen kunnen zakken het colabed. In beide gevallen blijft het vloeistofniveau in de haard hoog en beïnvloedt dit uiteindelijk de stabiele werking. Daarom is de optimale maat van het kraangat noodzakelijk, wat uit ervaring is gebleken.

Wanneer een enkel kraangat wordt gebruikt, moet de maat worden gekozen om de BF droog te kunnen gieten en voldoende tijd te geven om de massa van het kraangat uit te harden tussen de gietbeurten. Op een BF waar alternatieve kraangaten worden gebruikt, kunnen onder bepaalde bedrijfsomstandigheden verschillende maten kraangaten nodig zijn om de afvoer over de oven te verzekeren.

Bij een meervoudig kraangat BF dat slijtage vertoont in de haardplaat, kan het wenselijk zijn om de diameter van het kraangat te vergroten. Dit, samen met een afname van de lengte van het kraangat, vermindert de ijzerstroom over de haardplaat en verhoogt het resterende ijzer in de haard aan het einde van het gieten, waardoor de vorming van een bevroren laag op de haardplaat wordt aangemoedigd.

Kapgatmassa

De eigenschappen van de massa van het kraangat zijn belangrijk voor de BF-bewerkingen. De massa moet snel uitharden en volledig uitharden tussen gietvormen om een ​​sterk, duurzaam kraangat te creëren. De massa van het kraangat moet goede hechtingseigenschappen hebben om een ​​sterke, permanente structuur op te bouwen die bestand is tegen de stroming van vloeistoffen en ook de vuurvaste materialen van de haard onder het kraangat beschermt.

Aantal, positie en prestatie

Hoge productiviteit kan worden bereikt op een middelgrote hoogoven met één kraangat. Er zijn echter voordelen wanneer er meer dan één kraangat beschikbaar is, dit is een noodzaak bij hogere productieniveaus. Afwisselend gieten vanuit kraangaten aan weerszijden van de oven resulteert in een effectievere afvoer van de haard en geeft ook een langere periode voor de massa van het kraangat om volledig uit te harden, wat resulteert in een duurzamer kraangat. De aanwezigheid van twee kraangaten maakt een ingrijpende renovatie van een ijzeren hoofdgeleider mogelijk zonder dat een periode van ontploffing nodig is. Als er hotspots optreden op de haardwand van een meervoudig kraangat BF, kan het mogelijk zijn om een ​​alternatief kraangat te gebruiken dat de perifere stroming in het geërodeerde gebied niet bevordert. Slijtage van de zijwand als gevolg van perifere stroming wordt gelijkmatiger over de omtrek verdeeld op een oven met meerdere kraangaten.

Voor een grote, hoge productiviteit BF verdient het de voorkeur om vier kraangaten te hebben, zodat een tegenovergesteld paar kan worden bediend terwijl de ene loper wordt gerepareerd en de andere stand-by staat. Om de slijtage van de zijwanden te egaliseren en een volledige afvoer van de haard aan te moedigen, zouden deze idealiter met intervallen van 90 graden geplaatst moeten worden.

Castingsfrequentie en -snelheid

De gietsnelheid wordt bepaald door de gebruikte tapgatboormaat, de slijtagekenmerken van de tapgatmassa, topdruk, de viscositeit van de vloeistoffen en het aantal gebruikte tapgaten. Met moderne hoogwaardige kraangatmassa's is er een neiging om het aantal gietstukken te verminderen, wat de bedrijfskosten van het kraangat verlaagt. Door de gietsnelheid te verlagen, nemen de vloeistofsnelheden in de haard af, maar deze gaan langer door. Op een huis met meerdere gietstukken BF bestaat de mogelijkheid om gelijktijdig uit tegenover elkaar liggende kraangaten te gieten (lap casting), waarbij de massa van het kraangat volledig uithardt in een kortere tijd dan de gietduur en de mankracht en logistiek dit mogelijk maken. Deze techniek vermindert de stroomsnelheden in de haard, hoewel het vaak alleen wordt gebruikt in tijden van hoog vloeistofniveau of voordat de BF wordt ontlast.

Lange vertragingen bij het gieten moeten koste wat kost worden vermeden om de verstoring van de BF-operaties tot een minimum te beperken. Dit vereist een goed ontwerp en een betrouwbare werking van gegoten huisapparatuur, goede giethuispraktijken en goed gecoördineerd transport van HM-lepels.

Alkaliën en zink

Alkalimetalen en zink hebben een nadelig effect op het BF-proces en vuurvaste materialen. De last is om het gehalte aan alkaliën en zink op een minimaal economisch niveau te hebben. Normaal gesproken worden alkali en zink geregeld op niveaus van minder dan 5 kg/tHM (de beste praktijk is 2 kg/tHM), maar door condensatie van alkalidamp op de dalende belasting kan zich een grote recirculatiebelasting in de BF opbouwen. Dit resulteert in een verhoogde afbraak van de sinter en afbraak van cokes, en stimuleert de vorming van wandophopingen, die allemaal kunnen resulteren in een onregelmatige lastafname en een onstabiele werking van BF.

Alkaliën en zink, in gasvorm, dringen door in scheuren en poriën in de vuurvaste BF-wand. De resulterende chemische aantasting en thermische cycli verzwakken de oppervlaktelaag van vuurvast materiaal, die uiteindelijk wordt verwijderd door de afnemende belasting, waardoor het proces kan worden herhaald.

Haarddissecties na het einde van de campagne hebben aangetoond dat overmatige slijtage optreedt aan de basis van de zijwand en dat er meestal een brosse zone wordt gevormd tussen de schaal en het hete oppervlak van de koolstof. In deze brosse zone worden vaak alkaliën en zink in hoge concentraties aangetroffen. Er zijn verschillende afbraakmechanismen voorgesteld waarbij deze verbindingen betrokken zijn. Spanning en thermische scheuren in de zijwand zorgen ervoor dat gasvormige alkaliën en zink kunnen doordringen en zich in de poriën kunnen afzetten. Dit leidt tot steenuitzetting, verbrossing, verdere zwelling en uiteindelijk vernietiging van de vuurvaste massa. Een aanzienlijke mate van vuurvaste bescherming tegen alkaliën en zink wordt bereikt als een accretie of schedel wordt bevroren op het hete oppervlak van het vuurvaste materiaal, waardoor het vuurvaste materiaal wordt beschermd tegen chemische aantasting.

Het merendeel van de alkaliën wordt in de slak verwijderd en de rest in het topgas. De slakkenpraktijk, thermische toestand en lastverdeling spelen echter een belangrijke rol bij het verwijderen van alkali. Een verlaging van de basiciteit van de slak verhoogt de hoeveelheid alkali die in de slak wordt verwijderd als een verhoging van het thermische niveau van de BF of in de toptemperatuur, door de mate van centrale werking te verbreden of te intensiveren. Bovendien is bij een gegeven alkalibelasting de afbraak van cokes waarschijnlijk groter voor bewerkingen met een hoge injectiesnelheid van koolwaterstofinjectie in de mondstuk, vanwege de toegenomen verblijftijd van de last. Het is belangrijk dat de balans tussen input en output van alkali en zink wordt gecontroleerd en dat de BF wordt gebruikt met een thermisch en chemisch regime dat compatibel is met het inputniveau van deze elementen, om hun verwijdering in de slak en het topgas te bevorderen.

TiO2-toevoeging

Monsters van de haardbekleding aan het einde van een campagne in BF's bevatten normaal gesproken titaniumhoudende afzettingen. Deze vormen een beschermende laag in geërodeerde delen van de haardzijwand, in de salamander en in baksteenporiën en voegen. Het titanium is meestal in de vorm van carbonitriden Ti(C,N), een vaste oplossing van titaniumcarbide (TiC) en titaniumnitride (TiN). Vandaar dat momenteel de praktijk nodig is om titania (TiO2) in de BF te introduceren om deze beschermende lagen te bevorderen. Voor de introductie van TiO2 worden normaal gesproken drie methoden gebruikt. These are (i) addition to the burden, (ii) injection at the tuyeres, (iii)  addition through tap hole mass.

The most common technique has been by the addition of titaniferrous ores (usually ilmenite) to the burden. Alternatively TiO2 can be added through sinter, though at low levels.

Two strategies are generally adopted for TiO2 addition. The first one is remedial, commencing TiO2 additions only when high hearth temperatures are observed, indicating hearth wear. The other takes a preventive approach and adds a small quantity of TiO2 continuously, increasing the addition level if high temperatures are observed. The TiO2 intake for the preventive approach is generally 3 to5 kg/tHM, which usually results in up to 0.1 % Ti in the HM and 1 % to 1.5 % TiO2 in the slag. For remedial action, the TiO2 dosage can be up to 20 kg/tHM, at which level the HM may contain up to 0.3 % Ti and the slag up to 3.5 % TiO2. This creates operating problems due to high slag viscosity and scaffolding in the runner, and hence such high TiO2 levels are only used for short periods.

For promoting the precipitation of Ti(C,N), sometimes the TiO2 addition is increased before a shutdown so that the HM remaining in the hearth get saturated in Ti. As the hearth cools during the shutdown, this promotes precipitation. However the resumption of production is more difficult at high Ti levels as it  creates operational problems.

TiO2 can also be added by injecting TiO2 fines through the tuyeres. The advantages of the technique are (i) application at localized positions, (ii) reduced cost due to lower TiO2 rate, and (iii) good results from short time injection, and (iv) unchanged burden properties.

The third method of TiO2 addition is by the use of tap hole mass containing TiO2. One such mass which had been tried was tar bonded with approximately 10 % TiO2. Clearly, the titania is bound in the tap hole mass in an unreduced form, and is injected in relatively small quantities. However there are doubts whether it gets reduced and dissolves in HM in sufficient quantities to be precipitated or whether it is reduced and bonded adequately to the hearth sidewall to be of benefit.

TiO2 is normally partially reduced in BF and is dissolved in the HM. The solubility is greater at higher temperatures. If the Ti in the HM is nearing saturation and the refractory hot face temperature in eroded regions, cracks and pores temperature is lower than the HM temperature, then Ti is precipitated, as Ti(C,N). The technique is more likely to succeed at higher addition rates, but there are other factors which can  interfere with this basic mechanism, including thermal state of the hearth, metal/slag chemistry and liquid flow characteristics.

TiO2 additions is usually carried out in conjunction with other remedial actions such as reducing productivity, closing tuyeres and improving hearth cooling intensity. The direct effect of TiO2 addition is therefore often difficult to determine. It is essential to carry out regular, accurate Ti balances to assess the technique and modify operation to encourage Ti retention. The effect of high rate additions can even have a detrimental effect on furnace operation, negating any benefits.

The addition of TiO2 for hearth protection is normally to be considered as part of a hearth protection plan rather than in isolation.

Monitoring

Burden distribution is to be monitored regularly for ensuring the wall protection and a stable and driving BF. Changes in the operating parameters, e.g. changes in tuyere hydrocarbon injectant rate or blast volume, may need adjustments to burden distribution. The effect of burden distribution is usually monitored with various probes and instruments.

For maximizing the campaign life, it is necessary that the charging equipment is capable of controlling accurately  the burden distribution. Also necessary instrumentations are to be fitted to comprehensively monitor the BF operation so that the burden distribution is changed and assessed in a controlled and technical manner. 

Instrumentation and control

Early warning of hearth problem areas is vital to maximize campaign life, and thermocouples located in the hearth sidewall and in the hearth pad are absolutely necessary to monitor hearth wear. Revised operating practices and actions to protect the hearth are to be taken as a result of increasing hearth temperatures. Hearth pad and sidewall temperatures can also give an indication of liquid flow in the hearth, an important factor in hearth wear.

Temperatures recorded by thermocouples are influenced by only a small area round the thermocouple. It is therefore vitally important to locate the thermocouples in the critical wear areas. Important areas are below the tap holes and around the base of the sidewalls where the so called ‘elephant’s foot’ wear pattern is normally found. An adequate number of thermocouples are to be installed, in the best layout to give as complete coverage as far as practical. At several locations, thermocouples can be positioned at two or three different depths to allow calculation of the thermal profile in the refractory and hence the thickness of residual refractory. 

Movement of carbon blocks can nip hearth pad thermocouples, causing false hot junctions or total failure. These problems can be overcome by fitting the thermocouples in sheaths. Thermocouples are also to be positioned around the tap holes, to monitor tap hole conditions and operation.

Additional thermocouples are often added part way through a campaign in areas of known refractory wear, to give a more localized picture of developing problems. Similarly, thermocouples are often added to repaired areas to monitor the repair.

Monitor hearth cooling

Heat flux in the hearth pad or stave cooling water can be determined from the water flow rates and the difference between inlet and outlet water temperature, using resistance thermometers. It can be used only to give an indication of the average hearth wear. It is particularly applicable in the later stages of a campaign, following thermocouple deterioration. Monitoring long term trends in hearth cooling water temperature may give an indication of the efficiency of the cooling system.

Furnace wall conditions

The process conditions at the furnace wall are vital to campaign life. The walls is not to be subjected to high heat loads from an excessive quantity of gas ascending at the wall or impingement of the melting zone on the wall, which results in rapid deterioration of the refractory and wear of the cooling members. On the other hand the walls must not be so inactive that large accretions are permitted to form on them, which prevents smooth burden descent, control of burden distribution and stable blast furnace operation. To monitor wall conditions a variety of methods are used.

The common method of monitoring the walls is using in-wall thermocouples, positioned in the brick work, with the tips a short distance back from the hot face to give a good thermal response. Wall activity is monitored from the temperature level and fluctuations.

There must be a good coverage of thermocouples both vertically and circumferentially to monitor the walls adequately. Typically seven levels of thermocouples, each with eight circumferential positions are used. With a large number of thermocouples, it is difficult for the operator to monitor the variation of them all. By using the temperatures at many points, an isothermal map is normally generated, identifying regions of high or low temperatures which relates to refractory wear, asymmetrical operation or accretion formation. The dynamic temperature behaviour is also be utilized to predict the formation or loss and extent of an accretion.

Throat or skin thermocouples are often installed around the periphery, just below the fixed throat armour. The thermocouple tips are installed level with the hot face of the refractory, to record gas temperature. These give a direct measure of the gas flow at the wall and are usually unaffected by deposition of material, unlike in-wall thermocouples lower in the stack.

Radial measuring probes

The use of retractable probes is one of the important techniques to monitor and optimize burden distribution, and hence campaign life. Such probes are the only method of measuring the variation in operating characteristics along the furnace radius, as opposed to relying  solely on wall measurements. They are essentially of two types namely (i) overburden,  and (ii) underburden.

Overburden probes have several functions. The simplest type is usually fixed, water cooled and measures the radial or diametrical top gas temperature profile and, in some instances, the gas analysis. Most retractable probes measure the stock line layer profile and can be of a mechanical type, where a weight is lowered to the stock line or a non-contact type, using radar, microwaves, lasers, etc.

Top gas velocity can also be physically determined to measure the quantity of gas flow, and top gas analysis and temperature measurement is frequently carried out in conjunction with the other functions. Probes are also used to determine the trajectory of material off the rotating chute or movable throat armour, for calibration of burden distribution predictive models and to determine the effect of charging chute wear.

Underburden, or in-burden, probes sample gas and measure temperature at a number of radial positions. They are generally positioned in the upper stack, typically 3 m to 6 m below the stock line. These probes are generally of two types. The consumable type, is typically 50 mm in diameter, bends with the descending burden and is straightened on withdrawal for subsequent re-use.

Since the top gas has to pass from the stock line up one of the four off takes, the gas flow pattern begins to distort near the stock line. A large degree of gas mixing then occurs above the burden, and overburden probes must be positioned close to the stock line, and preferably inclined, to give acceptable temperature and gas profiles. The upper stack underburden probes are more sensitive and give superior results to overburden probes. In addition, fixed overburden probes can be quite big in size and, depending on the stock line height, can create a ‘shadow’ and distort the burden distribution below them, which can give unrepresentative results.

Probes, especially underburden probes, are essential tools for prolonging BF campaign life.

Hearth models

In recent years, with increasing computing power available, many mathematical and numerical techniques have been developed to predict blast furnace hearth erosion and liquid flow in the hearth.

Hearth lining wear may be calculated by mathematical model, using temperature measurements from embedded thermocouples in the hearth bottom and sidewall. For this technique to be accurate, a good coverage of thermocouples is required and their depth of insertion needs to be known precisely, together with the thermal properties and geometry of the lining. The accuracy may also be affected by parameters that may change with time, such as the conductivity of ramming, thermal contact between courses of brickwork and the development of a brittle zone in the refractory, which can significantly change its conductivity.

Although hearth temperatures alone give a direct indication of hearth wear, this type of modelcombines information from the thermocouples, at differing distances from the hot face, to predict the extent of wear and solidified layers more accurately.

Direct measurement of hearth lining wear is difficult and undesirable since this requires test borings and embedded sensors through the full refractory thickness.

Artificial Intelligence

The blast furnace process is a complex one, with a large number of process variables. Modern, well instrumented furnaces have hundreds of sensors which require to be monitored by a decreasing number of operators. Consequently, computerized systems are being developed to process the primary information available and give secondary advice to the operators. This is based on a set of operating rules, statistical analysis of data, identifying trends that compare with historical data and use of intelligent techniques such as fuzzy logic and neural networks. The aim of these systems is to predict deviation from steady operation and to quantify the change in control parameters required to minimize the deviations in production and quality. This results in more stable BF operation, avoiding major operating problems such as erratic burden descent and chilled conditions, which is a primary requirement for long campaign life.

Furnace top sensors

Since the late 1970s, many BFs have been equipped with infra-red cameras viewing through windows in the top cone, to measure stock line temperature profile. This technique overcomes some of the disadvantages of fixed overburden temperature probes. The falling burden is not scattered as with probes, leading to a more symmetrical burden distribution, and by measuring material temperature the effects of stock line to probe distance, which can result in gas mixing and desensitizes the temperature profile, are avoided. A further benefit is that the rotation of the distribution chute in the furnace can be observed. However, these systems are expensive, difficult to maintain and experience problems in keeping the viewing window clean, due to the moist, dusty top gas. Problems have been experienced with the dust in the top gas also affecting the temperature distribution. Hence these cameras are not a standard fitment and many operators have abandoned them in favour of radial probes.

Some furnaces are equipped with non-contact stock line profile measurement systems installed in the furnace top cone. These systems effectively replace a retractable overburden probe and, although expensive, have the advantage that they measure over a larger proportion of the stock line than the single radius of a probe.

Thermography

The use of thermal imaging cameras to detect hot spots, on the furnace shell, top gas system, tuyere stocks, stoves, hot blast and bustle mains and other ancillary plant, is important. Not only does it enable early detection of problem areas and permit their systematic rectification, but it also helps prevent catastrophic failures, in which the BF has to be taken off-blast in a sudden uncontrolled manner followed by an often difficult recovery, which would have a detrimental effect on campaign life.

  Leak detection

An efficient system of detecting water leaks into the BF from tuyeres and other cooling members is essential. Undetected water leaks may chill the furnace, resulting in erratic operation and difficult recovery from chilled conditions. Water leakage directly affects BF campaign life if it damages the refractories. Water leaks in lower, hotter regions of the BF, which are lined with carbonaceous materials, inevitably results in oxidation of the refractories. Rat holes in the hearth refractories can result, which can lead to breakouts. Water leakage can also result in tap hole problems which may disrupt operations.

Tuyere leak detection systems are often used. One leak detection system incorporates a system of magnetic flow meters with computer analysis of the differential flows. Another system of leak detection uses a pressurized closed circuit water system incorporating make up tanks with  the makeup frequency indicating the severity of a leak. Other systems involve observation of gas bubbles or dissolved CO content in the water, differential pressure measurements etc.

A good leak detection system often warns the operator of a water leak in its early stages, before an immediate off blast is required. This gives the opportunity for the leaking member to be isolated prior to the furnace being taken off in a controlled manner, with reduction in tuyere hydrocarbon injection and ore/coke ratio adjustments, thereby minimizing detrimental effects resulting from the subsequent stoppage.

Plant maintenance

All maintenance work possible are to be carried out during production, thereby reducing the off blast time necessary. To minimize the duration of a planned stoppage, good planning and advance preparation are necessary. Although these factors are obvious for economics and to maximize plant output, their long term effect on furnace life is not always considered.

Preparations should always be in hand for maintenance to be carried out if the furnace comes off blast unplanned for other reasons. For instance, if the furnace is off for a tuyere change, it may be possible for work to be carried out on the charging system. If the furnace is off blast for problems at the steel melting shop, then it may be possible for more extensive maintenance to be performed. In this way, the total number of stoppages during a BF campaign can be reduced and their duration minimized.

Effective maintenance reduces the number of breakdowns which result in unplanned stoppages. This  involve routine maintenance, regular inspections, periodic  checking of important instrumentation, and condition monitoring, e.g. vibration and thermal monitoring. This is most important at later stages of a campaign, as ancillary equipment gets older and less reliable.

Similarly, improved cast house maintenance techniques can reduce off blast time, e.g. extension of the life of the main iron runner on a single tap hole furnace reduces downtime.

Off blast periods

The number of off blast periods, mainly unplanned ones, has a major effect on campaign life in terms of output per unit volume, which is reduced disproportionally to the percentage downtime. Wall damage can result from an increased degree of wall working at the lower blast volumes encountered whilst coming off and on blast, cooling and reheating of the refractories or erratic operation during recovery from the stoppage.

Some BF operators indicate that off blast periods ‘rest’ the hearth and allow a protective skull to form or thicken. In fact, taking the BF off blast is often an emergency procedure, at later stages of the campaign, when high temperatures are detected within the hearth refractory.

Short stoppages

For planned stoppages, additional coke can be charged several hours in advance, to compensate for the reduced blast conditions and the heat losses during the stoppage period. This extra coke in the lower regions of the BF assists smooth recovery from the stoppage. It is usual to decrease or remove tuyere hydrocarbon injection for a stoppage.

At high injection rates, there is a much lower proportion of coke in the BF, which is consequently less permeable and this may hinder recovery from the stoppage. In addition, at high injection rates, the BF is markedly fuel deficient during the recovery until the injection is resumed. This may not happen until the blast volume has reached about half of its full rate, when an adequate raceway is formed and the injectant can be consumed safely. In case there are operating problems in establishing raceway conditions and returning to the level of blast at which injection is possible, it can result into cold conditions or tuyere blockages with slag and the BF is fuel deficient at a time when additional fuel is needed.

In addition to ore/coke ratio compensation, a burden change is generally desirable for a stoppage period. Smaller material components of the burden is to be removed from the burden to promote permeability following the stoppage. High levels of titaniferrous ores is also to be reduced to avoid problems at lower HM temperatures after the stoppage. The proportion of burden components that deteriorate when at high temperatures over a long period, such as ores prone to decrepitation, are to be reduced in a stoppage burden. In addition, a more acid burden may be charged to compensate for higher Si content in the HM during recovery from the shut down.

During a stoppage, other deleterious factors can occur which affects the return to full blast operations. For example, this may include (i) extended periods at reduced blast volume to cast the furnace dry before the off blast, (ii) an extended stoppage period for a variety of reasons, (iii) water leakage into the BF during the shutdown, and (iv) problems during the recovery that may require  several off blasts (may be to rectify blast leaks or charging faults etc.). Under such circumstances, the undesirable operating conditions are extended and the additional coke charged may not be adequate, leading to a less smooth recovery from the stoppage.

To ensure smooth operation and minimize the effect of a stoppage on the life of BF, some operators believe a slow start after a planned stoppage. A typical of this is to control output to 90 % on the day before a stoppage and resume at 80 %, then 90 % output on the two days following the stoppage. However, this may not be acceptable to other operators, under conditions where high output is needed.

Unplanned stoppages are undesirable and, if possible, many BF operators try to delay taking the BF off blast for long enough to allow a compensated burden to descend to bosh level.  Attempt is usually made to cast the BF as dry as possible, to avoid getting slag back into the tuyeres and blowpipes, which may freeze and further prolong the stoppage. This also gives time to prepare for the repair work due to be carried out and to minimize the time of off blast. To compensate for the heat lost due to an unplanned stoppage, the tuyere hydrocarbon injection is generally increased after coming back on blast, providing it is not already at its maximum level.

Production stoppages can also occur due to the problems in the steel melting shop or during periods of low demand. These occurrences are to be coordinated so as to get advanced warning wherever  possible, and to give the option of a compensated burden. The pig casting machine (PCM), torpedo ladle fleet or steel melting shop  mixers are to be used as a buffer for short stoppages. In certain circumstances, when there is minimal advance warning of a shutdown, the BF is not dry and there is little empty ladle capacity, and there is no PCM available, it is preferable to dump the HM.

Stack spray techniques for the repair of wall refractories have advanced, enabling the walls to be gunned in a relatively short stoppage, by blowing the burden down to a low level. Although this allows a large quantity of coke to be charged at the lower levels of the furnace to aid start up, there is often difficulty due to the quantity of rebounded refractory falling into the furnace. Start up is easier if a low rebound material is used and the BF is blown down to tuyere level, enabling the rebound material to be raked from the furnace. This can be achieved more effectively by the use of T shaped sheets of corrugated sheeting, inserted rolled up through the tuyere cooler apertures. The blow-in burden chemistry is also to  be adjusted to give a slag chemistry that enables the residual rebound material to be melted.

There is a difference of opinion as to whether or not cooling water flows should be decreased for stoppages of greater than a given duration. Some operators prefer reduced flows to maintain refractory temperatures. The majority prefer the hearth cooling water on full flow to promote a thicker protective skull, whilst others who reduce the water flow suggest that by removing less heat it assists a smooth start up.

Another factor which affects the recovery from a stoppage is the removal of an accretion from the BF walls, resulting from the additional wall working and erratic burden descent. This can results into chilled conditions at a time when they are least desirable. If an accretion is known to have formed, it is desirable to try and remove it before a long stoppage. A good system of accretion monitoring provide immediate warning in case of its occurrence, to enable thermal compensation as soon as possible.

Long stoppages

Depending on the duration of the stoppage, the BF may be filled with a coke blank and a low ore/coke burden, or the burden may be blown down to tuyere level. For stoppages of several weeks or longer, the salamander is to be tapped. If this is not done, not only will a considerable amount of process heat be needed, during the recovery, to melt it, but it will expand whilst still solid and create undue stresses on the hearth refractories and shell, shortening their life. This is even more important with those BFs, where the sump depth has been increased to reduce peripheral iron flow in the hearth. It is desirable to monitor these stresses with strain gauges attached to the hearth jacket, and to develop procedures to minimize such stresses.

To recover from longer stoppages, when the BF is in a cold condition, it is necessary to’ warm the hearth and establish an early link between the tap hole and the tuyeres to allow liquids to be removed. This may be done by the use of a blast pipe at the tap hole or the use of an oxy-fuel lance. It is important to prevent the oxygen, entering at the tap hole, damaging the hearth carbon, which can directly shorten the campaign life. Recovery from chilled hearth conditions, following major water ingress during a routine maintenance stop, has been reported to have resulted in severe hearth erosion. Recovery from long shutdowns, with a large quantity of solid metal in the hearth and an impermeable dead man, may result in excessive peripheral flow in the hearth with accelerated hearth sidewall erosion.

Production rules

Being a continuous process, the BF is operated by a number of different operators who, without a set of rules to operate to, would react differently to a given situation. The individual actions taken may not be the correct one and, as a result, the process can be more variable than if the ideal action was taken. The majority of BFs are therefore operated according to set procedures that have been developed and improved from experience. These rules cover a wide area, including practical procedures and process control.

To maximize BF stability, it is necessary to control accurately both the thermal state and the aero-dynamics of the furnace. Steel plants usually devise their own rules to control thermal state, which generally involve the HM Si and temperature as indicators, with the use of top gas analysis and calculation of the quantity of heat available in the BF for silica reduction and to superheat the liquid products. Control of thermal state is usually by adjustment of conditions at the tuyere or by small changes in the quantity of coke charged. Furnace aero-dynamics are monitored by rules relating to furnace pressure drops and burden descent rates, with adjustment to blast volume, burden distribution or burden properties to achieve stability.

Operating rules are also necessary for non-routine operations, where damage to the BF may result from incorrect procedures, for instance in the recovery from chilled hearth conditions, where damage to refractories can happen. 

Specific rules for prolongation of BF life

Many operators have a specific set of operating practices for the prolongation of campaign life, which are in place to minimize damage to or prevent further deterioration of the BF. As the hearth is the critical region of the BF which cannot be repaired without a long shutdown, these rules or action plans often relate to hearth conditions. Typically, the actions are defined according to hearth temperatures or refractory thickness.