Uitgebreide gids voor het veilig afsluiten van een hoogoven

Methoden van het afsluiten van een hoogoven

Een hoogoven, nadat hij is opgestookt en de productie van rauwijzer start, draait gedurende een groot aantal jaren voordat hij voor herstening wordt gezet. Deze continue draaiperiode van de hoogoven wordt campagneleven genoemd. In moderne hoogovens wordt een campagneleven van 15 tot 20 jaar verwacht. Wanneer een oven het einde van zijn campagne heeft bereikt, wordt hij meestal uitgeblast/afgeblast. Tussen het opstoken en het uitblazen/afblazen kan de hoogoven voor korte periodes moeten worden afgesloten om diverse redenen. De verschillende typen afsluitingen van een hoogoven worden hieronder beschreven (Fig. 1).

Fig. 1 Belangrijke methoden van het afsluiten van een hoogoven

Waaien (Fanning)

Vaak tijdens de draai van de hoogoven kan een situatie ontstaan waarin de volledige productieve capaciteit van de oven voor een periode niet vereist is. Dit kan voortvloeien uit problemen die in downstream- of upstream-faciliteiten ontstaan. Wanneer dit voorkomt, kan het probleem worden opgelost door de hoogoven af te sluiten of de operatie van de hoogoven te beperken door de hoeveelheid warmwind te verminderen. De warmwindsnelheid wordt meestal verminderd totdat de warmwinddruk aan de tuyères erg laag is. Het is echter een must dat een positieve druk in het warmwindsysteem wordt gehandhaafd om te verzekeren dat er geen gevaar bestaat van hoogovengas terugkerend van de hoogoven naar het blower-systeem. De techniek van het verminderen van het warmwindvolume tot minder dan 20% tot 25% van normaal wordt waaien genoemd.

Waaien heeft de voordelen dat het hoogovengassysteem onder druk houdt en een kleine hoeveelheid hoogovengas voor gebruik als brandstof levert, en het herstellen van bijna volledige operatie op relatief korte termijn mogelijk maakt. Deze techniek wordt gebruikt voor noodsituaties of korte periodes alleen. Verlengd gebruik, zoals 8 uur per 24 uur, of in het weekend, resulteert vaak in een hearth-opbouw en bevordert frequent wandschilvorming.

Terugtrekken (Back drafting)

Tijdens het campagneleven van een hoogoven zijn er gelegenheden waarop de hoogoven voor korte periodes off-blast genomen wordt om diverse onderhoudsfuncties uit te voeren zoals de vervanging van tuyères, tuyère-koelers of onderhoud van perifere apparatuur. In dergelijke gevallen wordt de hoogoven teruggetrokken. In deze operatie, zodra de warmwind stopt, wordt de bustle-pijp onder negatieve druk gezet. Dit wordt normaal gedaan door de schoorsteen-klep en de warmwindklep open te zetten naar een stoof die al voorbereid is door het op temperatuur te brengen en vervolgens de gasklep te sluiten. Terwijl het hoogovengas terug in de warmwindstoof getrokken wordt, wordt lucht toegelaten door de kijkglazen en stoofbrander, en de operator zorgt ervoor dat het gas in de stoof brandt. Tijdens de operatie worden de bloedkleppen aan de top van de hoogoven ook geopend om een deel van het hoogovengas door de top af te voeren.

In sommige hoogovens wordt een speciale terugtrek-schoorsteen geïnstalleerd zodat het niet nodig is om het hoogovengas terug door de warmwindstoof te trekken. Deze schoorsteen is verbonden met de bustle-pijp of de warmwindhoofdleidingspijp. In sommige plaatsen wordt het gesloten door een watergekoelde poortklep op het niveau van de bustle-pijp, terwijl in andere plaatsen het wordt gesloten door een kapklep aan de top van de schoorsteen die niet gekoeld wordt. Openen van de klep laat het hoogovengas naar de atmosfeer afvoeren waar het zonder moeite brandt.

Banken (Banking)

In de hedendaagse draai van de hoogoven wordt banken zelden nog toegepast. Echter, banken wordt beschouwd als een standaardtechniek voor hoogoven-afsluiting tenzij de uitval van korte duur is. Hoogovens worden tegenwoordig normaal afgeblast wat betekent dat ze draaien zonder te laden tot het ladingsniveau de tuyères bereikt. Plannen voor een verlengde afsluiting of onderbreking van de ovenoperatie hetzij voor een storing, gepland herstel of omdat marktomstandigheden een pauze in de productie wenselijk maken, kunnen het management ertoe brengen om een hoogoven af te blazen.

Het bankproces in de hoogoven wordt toegepast, aangezien de procedure van banken nuttig is voor korte uitvallen. Het woord banken wordt gebruikt vanwege een gelijkenis met de operatie van een vuur banken. De oorsprong is verloren in de oudheid, maar het betekent over het algemeen een vuur bedekken met as of vers brandstof om de lucht te beperken, de verbrandingssnelheid te verminderen, en dus de brandstof te bewaren voor toekomstig gebruik.

Banken wordt ook gebruikt als noodgevalmaatregel wanneer een onvoorzien gebeurtenis een afsluiting van de hoogoven vereist. Bij banken van de hoogoven wordt de blast afgenomen, de blowpijpen gedropt en de tuyère-openingen met klei afgestopt om luchtinfiltratie te voorkomen. Zo wordt de warmte van de hearth bewaard en kan de hoogoven met minimaal inspanning weer in operatie genomen worden. Als de downtime vier of vijf dagen overschrijdt, kan moeite verwacht worden bij het hervatten van de operatie, hoewel voorbeelden beschikbaar zijn dat geen probleem is ervaren zelfs na een zeven-daagse bank.

Normaal wordt de bankoperatie van de hoogoven als een geplande gebeurtenis uitgevoerd. Voorbereidingen worden getroffen afhankelijk van de verwachte bankduur. Als de oven slechts voor een paar dagen gebankt moet worden, kan een extra blank of twee cokes zonder flux worden geladen en de oven off-blast genomen wanneer de cokes de bosh-zone bereikt. Als het voor een iets langere tijd moet worden gebankt, moet de erts- en kalksteenlading met 5% tot 10% worden verminderd na de cokes-blank, mogelijk voor tien of vijftien ladingen voordat het normale ladingsgewicht wordt hervat. Deze techniek wordt nog steeds gebruikt voor zeer korte uitvallen.

Een banklading voor een afsluiting van onbepaalde lengte is zeer vergelijkbaar met een blow-in lading. Voor de start van een banklading worden diverse ijzerhoudende materialen uit de lading gehaald en een grote vermindering aangebracht in de hoeveelheid gekalkste geladen. Extra cokes wordt ook voor de banklading geladen. Het doel is om een hete, ziliceuze slak te ontwikkelen die de neiging heeft de kalkopbouw aan de bosh-wanden schoon te maken en een excessief hoge kalkslak tijdens blow-in te voorkomen. Hoge kalkslak heeft een hogere smelttemperatuur en kan vroeg in de blow-in-periode operatieproblemen veroorzaken. Vaak tijdens de initiële opwarmperiode moeten temperaturen erg hoog zijn in de bosh wat resulteert in toename van de reductie van silice tot silicium met als resultaat dat de slak een hoger aandeel kalk bevat. Om deze reden wordt geprobeerd om een hete, ziliceuze slak te hebben op het moment dat de hoogoven gebankt wordt omdat een vergelijkbare conditie bij hervatting van de operatie verwacht wordt.

Na de initiële voorbereidende ladingen wordt een zware cokes-blank geladen en is de daaropvolgende lading kenmerkend voor een blow-in lading. Laden gaat door tot de cokes-blank de bovenste bosh-zone van de oven bereikt. Op dit moment wordt de finale gietbeurt van de hoogoven uitgevoerd. Er wordt geprobeerd om de hearth te drainen tot een droge blasting van de taphole wordt waargenomen om een schone hearth voor de toekomstige opstart te verzekeren en zoveel mogelijk de noodzaak om koude slak vroeg in de blow-in-periode te smelten te elimineren. Voor de laatste gietbeurt wordt de hoogoven-stofvanger geleegd. Geaccumeerd stof heeft de neiging om zich in een rotsachtige massa te consolideren als het ongeroerd blijft voor een tijd en kan een moeilijk probleem presenteren na hervatting van de operatie.

Rond het einde van de gietbeurt, voordat de hoogoven off-blast genomen wordt, kan een zware dekking van erts in de hoogoven gedumpt worden om het bovenste ladingoppervlak te bedekken, wat de natuurlijke trekneiging van de hoogoven vermindert.

Aan het einde van de gietbeurt wordt de taphole afgestopt, warmwind van de hoogoven afgenomen, bloedkleppen geopend, stoom in de stofvanger gezet, de hoogoven geïsoleerd van het gemeenschappelijke gassysteem en stoofkleppen gemanipuleerd om gas terug te trekken door de bustle-pijp, warmwindhoofdleidingspijp en uit via de stoofschoorsteen. Hoogovenoperators droppen snel de blowpijpen en stoppen de tuyères met klei. In veel plaatsen wordt het vorgezogen om de tuyères te verwijderen om elke kans op een verlopen waterlek dat water in de hoogoven laat accumuleren te vermijden en ook om de mogelijkheid te bieden om de koelers te observeren op mogelijke lekkages. Klei wordt stevig in de tuyère-openingen gestopt en ondersteund met zand om elke kans op luchtinfiltratie te elimineren. Soms wordt dit gevolgd door de openingen op te metselen als verdere verzekering tegen luchtinfiltratie.

Zodra de blowpijpen na de finale gietbeurt naar beneden zijn, worden de blowers gestopt, en stoofbranderkleppen, schoorsteen- en warmwindkleppen gesloten om warmte zo lang mogelijk te bewaren. Als voorzorgsmaatregel worden afblaskleppen iets geopend om een drukopbouw in de warmwindstoven te voorkomen die voortvloeit uit een ongedetecteerd waterlek of uit een onvermoedene bron.

Binnen een dag of twee wordt de manhoofd aan de hoogoventop geopend en stoom in de stofvanger uitgezet. Dagelijkse inspectie van de stockline is belangrijk. Een langzame stockbeweging is een indicatie dat lucht infiltreert en cokes wordt verbruikt. Een kleine beweging kan worden verwacht maar een continue daling is onwenselijk en kan de operators dwingen om de bosh te sproeien met een afdichtingsmateriaal. Een dun mengsel van water, klei en waterglas wordt soms gebruikt omdat het materiaal goedkoop is en een effectief werk doet.

Als de oven voor een verlengde periode gebankt wordt, na een verloop van een maand tot zes weken, moet de waterstroom op de koelelementen worden verminderd en uiteindelijk, na twee tot drie maanden, volledig uitgezet worden behalve voor de hearth-staven.

Vaak na een bank van zes of meer weken, wanneer tuyères geopend worden, zijn alle tekens van vuur in het tuyère-gebied verdwenen. In dit geval zijn de operators van de hoogoven blij omdat het volledige voordeel van de cokes-blank dan beschikbaar is om warmte te leveren wanneer de operatie begint.

Uitblazen (Blowing out)

Het uitblazen wordt ook wel afschrappen genoemd. Een hoogoven wordt normaal uitgeblast wanneer de productie uit de hoogoven niet meer vereist is. Een uitgeblastte oven kan sneller en met minder moeite worden herstart dan vanaf een gebankte oven, aangezien de condities die van een nieuwe oven benaderen. De kosten verbonden aan uitblazen, afschrappen en schoonmaken ter voorbereiding op starten zijn echter waarschijnlijk hoger dan de kosten van banken van de hoogoven.

Wanneer een oven het einde van zijn campagne heeft bereikt (dat wil zeggen, de lining is uitgeput), wordt het meestal uitgeblast. Echter, tegenwoordig wordt de praktijk gevolgd om de hoogoven af te blazen.

Voor het uitblazen wordt de operatie voor een korte periode, ongeveer 12 tot 16 uur voor de laatste gietbeurt van de hoogoven, gestaakt om de installatie van watersproeiers in de top van de oven en thermokoppels in de opgaande pijpen toe te laten. De ladingsamenstelling wordt dan normaal gewijzigd om een erg ziliceuze slak te produceren. Dit helpt bij het verwijderen van zoveel mogelijk kalk uit de bosh- en hearth-wanden. Het doel hiervan is om de vorming van calciumhydroxide te voorkomen wat zou optreden als kalk in contact zou komen met het koelwater tijdens de latere stadia van het uitblazen. De vorming van calciumhydroxide uit kalk ingesloten in de lining kan voldoende kracht genereren om de stalen hearth-mantel te scheuren of de oven van zijn kolommen te tillen.

Na installatie van de uitblasapparatuur, wordt de blast aangezet en lading voortgezet. De activiteit van uitblazen begint met het laden van een zware cokes-blank in de hoogoven. Het volume moet equivalent zijn aan ongeveer het volume van de bosh. Na de cokes-blank is geladen, worden gewassen en gezeefde kwartsiet-blokken van 25 mm tot 50 mm geladen. De hoogoven wordt vroeg in het uitblazen vol gehouden en daarna wordt de stockline toegestaan om ruwweg 6 m tot 9 m naar beneden te driften naar het einde (wanneer alle ijzerhoudende lading is gereduceerd). Tijdens het uitblazen wordt water van watersproeiers terughoudend gebruikt om de toptemperatuur van de hoogoven te controleren. Echter, de additionele ladingen kwartsiet-blokken zijn erg effectief in het laag houden van de toptemperatuur. Een vermindering in de warmwindsnelheid is nodig naarmate de hoogte van de kolom ladingsmateriaal in de hoogoven afneemt. Vanaf het moment dat de zware cokes-blank in de hoogoven geladen wordt tot het uitblazen voltooid is, vereist slechts ongeveer 6 tot 8 uur.

De cokes-uitblasmethode is vergelijkbaar met bovenstaande behalve dat cokes gebruikt wordt in plaats van kwartsiet-blokken. Soms worden 20 mm tot 25 mm cokes-zeefafval gebruikt.

Na de laatste gietbeurt wordt de voorraad gewaterd zoals hierboven beschreven. Wanneer de afkoeling voldoende gevorderd is, worden sluiswegen frequent gebouwd van een paar koeleropeningen naar een open goederenwagon en de inhoud van de oven uitgewassen met hoge-druk waterstralen.

Afblazen (Blowing down)

Rond de jaren 1970 werd gerealiseerd dat de procedures van banken en uitblazen van een hoogoven dure procedures zijn. Ook resulteert banken vaak in moeilijke opstarts vanwege waterproblemen, of veel onvoorziene redenen. Ook hebben hoogovenoperators nu voldoende technische begrip van het proces om operators toe te staan de oven af te blazen. Afblazen van een hoogoven betekent de hoogoven draaien zonder te laden tot het ladingsniveau in de hoogoven is verminderd tot ongeveer het tuyère-niveau. Er zijn verschillende redenen voor de voorkeur van de afblaastechniek boven banken of uitblazen van een hoogoven. Enkele zijn: wanneer een oven afgeblaast wordt, kan het grondig geïnspecteerd worden op lekkende koelers of staven, en geen inspanning is nodig om luchtinfiltratie te stoppen omdat de oven leeg is. En, als de oven herstend moet worden, is het sneller en goedkoper om een lege oven te demontëren dan een oven die lading bevat. De afblaastechniek varieert van hoogoven tot hoogoven maar basisvolgt de volgende procedure.

Vergelijkingswatersproeiers worden aan de top van de hoogoven geïnstalleerd op een afsluiting vóór het afblazen, ergens in de buurt van het 3 m tot 5 m stockline-niveau. Normaal vier tot zes sproeikoppen worden gelijkmatig rond de oven geïnstalleerd. Het doel van de watersproeiers is om de toptemperatuur van de hoogoven te controleren. De benodigde waterstroomsnelheid is meestal rond 150 m³ per uur bij een druk van 8 atm. Nood-backup-watervoorzieningen worden vaak voor veiligheidsdoeleinden gegeven. Afhankelijk van het type hoogoventop en zijn toestand, worden noodwatersproeiers soms geïnstalleerd om te vechten in het geval er een vetbrand is tijdens het afblazen.

Stoomsproeiers worden ook op één tot drie niveaus geïnstalleerd om wat koeling te bieden en ovendruk te handhaven. Als één niveau gebruikt wordt, wordt het doorgaans laag in de stack geplaatst op ongeveer het 12 m tot 15 m stockline-niveau. Als additionele niveaus gebruikt worden, worden ze ongeveer gelijkmatig verdeeld tussen de topwatersproeiers en de onderste stoomsproeiers geplaatst. De stoominjectoren worden geactiveerd zodra de lading eronder daalt. In sommige plaatsen is er ook een voorziening om stikstof aan de stoomsproeiers te leveren als backup in het geval er een verlies van de stoomdruk is.

Stikstofinjectie wordt voorzien voor het purgeren van de hoogoven aan het einde van het afblazen. Meestal wordt de stikstof via de bustle-pijp geïntroduceerd. Als stikstof als backup voor het stoominjectiesysteem wordt gebruikt, kan dat systeem ook gebruikt worden om de hoogoven te purgeren wanneer het afblazen compleet is. Gewenste stikstofstroom en drukniveaus zijn ongeveer 150 m³ per minuut bij 3,5 kg/cm².

Voorziening moet worden gemaakt voor de analyse van procesafgas. Normaal heeft dit alleen herkalibratie van de topgasanalyser nodig. Analyse van waterstof en zuurstof is nodig. Waterstofniveau moet laag gehouden worden (onder 15%) en er mag geen zuurstof zijn. Er is ook een vereiste voor de meting van de stockline en de paal moet in staat zijn om goed in de oven uit te steken.

De snelheid van warmwind en de temperatuur ervan worden verminderd naarmate de lading daalt om de toptemperatuur van de hoogoven te controleren. Ook de waterstof- en zuurstofgehaltes van het topgas moeten worden gecontroleerd. Typisch is de maximum toptemperatuur in het bereik van 300 °C tot 450 °C.

Salamander tappen

Na het afblazen, met name wanneer de hoogoven volledig herstend moet worden (inclusief vervanging van de hearth-lining), wordt de salamander meestal getapt. Deze operatie bespaart dagen en mogelijk weken in herstentijd die anders verloren zou gaan in het afblazen van het zware brok vast ijzer dat gevormd wordt als het vloeibare metaal (dat in de hearth accumuleert als de bodemblok geërodeerd is tijdens de campagne) wordt toegestaan te verstijven. Het is wenselijk om zoveel mogelijk vloeibaar ijzer te tappen, omdat de verwijdering van een verstijvde salamander veel dagen kost, met additionele risico's van het beschadigen van de hoogoven, door het gebruik van explosieven.

Salamander tappen van een hoogoven is de finale tap voor het afvoeren van het laatste vloeibare ijzer uit de hoogoven-hearth. Vanwege zijn zeldzame voorkomen vertegenwoordigt een salamander tappen een speciaal werk wat veel voorbereiding vereist. Salamander tappen wordt normaal, in grote mate, als een kunst beschouwd. Warmteoverdrachtsberekeningen gebaseerd op thermokoppels gelegen in de onder-hearth laten de diepte van penetratie van het ijzerbekken schatten. Dit punt is echter op zijn best een schatting. Consequent is de locatie van het geboorde gat enigszins willekeurig en blijft een, meestal klein, deel van de salamander vaak in de hoogoven na het tappen.

Eerder was het moeilijk om de beste mogelijke locatie van de salamander-taphole te vinden door een gebrek aan informatie over het hoogoven-hearth-interieur en dus op de positie van de slijtagelijnen. Zonder enige of onvoldoende data van thermokoppels was het moeilijk om de optimale positie te bepalen om te boren of lanceren van de salamander-taphole. Professionele ervaring werd normaal gebruikt om de boorlocatie en hoek te bepalen om de salamander te raken voor het starten van het tappen. Meer dan een aantal gaten moesten worden geboord en gelanceerd voordat de salamander geraakt werd voor het starten van het tappen.

Met moderne hoogoven-hearths die steeds meer uitgerust zijn met dichte thermokoppel-rasters, is thermische berekening van de positie van de slijtagelijnen, en dus van de salamander-positie, mogelijk geworden. Verdichting van het thermokoppel-raster verbetert de berekeningsnauwkeurigheid, zodat gissen waar de salamander geraakt kan worden, nu vervangen is door weten waar de boor de slijtagelijnen raakt en, dus, waarvandaan het hete metaal verwacht kan worden. Een additioneel voordeel van een meer precieze locatie is de mogelijkheid om de engineering van de omgeving rond de salamander-taphole te verbeteren.

De salamander-tap wordt gemaakt op preferentie het laagste niveau waar vloeibaar ijzer in de hoogoven-hearth verwacht kan worden. Normaal is de salamander-taphole ergens dicht onder de giethuisvloer geplaatst en meestal in een moeilijk bereikbaar gebied, vol met piping, kabels, etc. Dit moeilijk toegankelijke gebied heeft ook onvoldoende of slecht bereikbare vluchtroutes en vormt een gevaarlijk gebied voor de operator die de salamander-taphole boort of lanceert. De belangrijke kwesties tijdens het salamander-tappen omvatten (i) locatie van de salamander-taphole, (ii) milieuaspecten (grote bruine wolken zijn normaal aanwezig) en (iii) tappen van het maximum aan vloeibare salamander-ijzer.

De salamander-tap wordt altijd georganiseerd om zoveel mogelijk vloeibaar ijzer uit de hearth af te voeren en voor het gebruik ervan als hete metaallading in de staalsmeltshop.

In het verleden werden salamanders getapt na het afblazen en nadat de hoogoven volledig off-blast waren. Als resultaat had de salamander alleen zijn eigen ferrostatsche druk als dryvende kracht om uit de hoogoven te komen.

Initiële voorbereidingen voor salamander-tappen die gemaakt worden omvatten (i) boren op een vooraf bepaalde afstand in de ovenbodem onder de hearth-staven, en (ii) installeren van een got of loper voor het ijzer. Wanneer alles klaar is, wordt een lange zuurstof lans in het geboorde gat gestoken en het overgebleven steenwerk verbrand tot in de pool van ijzer. Meestal is de stroom van ijzer langzaam en zijn diverse uren nodig voor het leegmaken van de accumulatie die tot 400 tot 600 ton kan zijn.

Niet de salamander-taphole volledig doorboren in het vloeibare en het laatste deel lanceren, resulteert in een ongedefinieerde tapholediameter en soms in langzaam lopende gietbeurten. Deze langzaam lopende gietbeurten kunnen ook worden vertraagd door een verminderde hete metaaltemperatuur van de salamander, veroorzaakt door het effect van het hearth-koelsysteem tijdens de wachttijd tussen het einde van het afblazen en de start van de salamander-tap.

De salamander hete metaal wordt meestal naar de hete metaalkroesen (normaal torpedo) geleid met lopers beschald met damplaten. Dit stelde een gecontroleerde vulling van maximaal drie hete metaalkroesen toe, aangezien er geen mogelijkheid is om terug te schakelen naar een kroespositie stroomopwaarts.

Een kantelende loper kan ook worden gebruikt om een onbeperkte hoeveelheid hete metaalkroesen te wisselen, maar het nadeel is de extra hoogte vereist, wat de salamander-boorhoek verlaagt. Het gebruik van de kantelende loper vereist een gebogen lange loper om een kruisstroom in het centrum van de kantelende loper te krijgen en de kantelende loper moet geactiveerd worden.

Een belangrijk aspect om het salamander-tappen te verbeteren is om de veiligheidsrisico's te elimineren aangezien in de meeste gevallen de salamander-taphole zich in een moeilijk bereikbaar en bekneld gebied bevindt, met moeilijke vluchtroutes, inherent aan hun positie direct onder de giethuisvloer.

Om te controleren of de oven compleet was gedraineerd van vloeibaar ijzer, wordt een secundaire veiligheidssalamander-taphole op sommige plaatsen geëngineerd met de salamander vloeibare ijzer te worden verzameld in een open put. Deze taphole wordt geopend wanneer de stroom van de hoofdsalamander-taphole verminderd is. Erg weinig salamander-ijzer wordt verwacht van de tweede taphole maar het helpt bij de complete drainage van de hearth.