Essentiële Giethuisapparatuur voor Veilige Hoogovenbedrijfsvoering

Hoogoven Giethuisapparatuur

De giethuisvloer van een hoogoven is altijd een van de gevaarlijkste werkplekken in een hoogoven. Naast werken in een atmosfeer met giftige gassen, rook en stof, moeten operators zwaar en zwaar handmatig werk verrichten dicht bij gietijzer- en slakrunners en ladles gevuld met gietijzer. Voor de uitvinding en installatie van giethuisapparatuur werden de taphaten handmatig geopend en gesloten. Openen gebeurde middels staalstaven en sledgehamers, terwijl de taphole gesloten werd door herhaaldelijk kleine hoeveelheden klei of refractair materiaal in de taphole te rammen, weer met behulp van lange, zware staven. Bovendien moest op de hoogoven de blast gestopt worden, omdat het onmogelijk was de taphole goed te sluiten tegen de hoogovendruk. Deze stilstand van de blast resulteerde in regelmatige productieverliezen.

Samuel W. Vaughen uit de VS vond de eerste mud gun in 1895. Zijn pneumatische mud gun machine werkte met stoom, had een losmaakbare mondstuk dat opengeklapt moest worden om de tapholemassa te laden. In 1901 was er een andere grote verandering in tapholepraktijken toen Ernst Menne uit Duitsland de zuurstof lans uitvond. Door zuurstof door een 1/8 inch pijp te blazen en te ontbranden, was het nu mogelijk de taphole heel snel te openen vergeleken met de zuivere handmatige methode. De eerste registraties van tapholeboormachines zijn rond 1921 te vinden toen Edgar E. Brosius en Joseph E. Judy uit de VS een methode voorstellen om de taphole te boren voor het openen. Brosius vond zelfs een gecombineerde boor- en lansapparaat in 1924.

Een uitstekende giethuisinrichting is een absolute noodzaak voor een lage kosten, hoge productiviteit hoogoven omdat een effectieve bedrijfsvoering van de hoogoven direct afhangt van een ononderbroken bedrijfsvoering van zijn giethuisapparatuur.

Taphole Drills

Economisch tappen vereist een hoogpresterende tapholekanaal. Naast de keuze van geschikte tapholemassa en de optimale openstrategie, zijn optimale afstelling van de tapproparameters en hun reproduceerbaarheid belangrijk. Taphole drills moeten maximale flexibiliteit combineren met bewezen hoge capaciteit boorhamers om effectief boren te garanderen.

Taphole drills moeten bieden: (i) betrouwbare opening van elke taphole zonder vertragingen, (ii) glad tapholekanaal voor minder tapholeslijtage, (iii) minimaliseren van zuurstof-lansing voor verhoogde operatorveiligheid en preventie van schade aan tapholesstructuur, (iv) hoge reverse impactenergie voor veilige onttrekking van vastzittende boorstaaf, (v) verminderde apparatuuronnderhoudskosten en verlengde hamlerleefduur. Verder moeten ze een maximale bescherming van het kritieke tapholegebied bereiken, om (i) de levensduur van de taphole te maximaliseren, (ii) het aantal taphole reparaties te verminderen, en (iii) de beschikbaarheid van de hoogoven te verhogen. Omdat deze geoptimaliseerde tappraktijk de taphole en de hoogovenhearth beschermt, resulteert dit uiteindelijke in een langere campagneslevensduur van de hoogoven.

Er zijn vier opties beschikbaar voor het openen van de hoogoventaphole:

• Handmatige zuurstof-lansing – Deze optie wordt als laatste redmiddel gebruikt wanneer alle andere opties niet hebben gewerkt of tijdens noodgevallen.
• Elektromechanische taphole drills zonder hameren – Deze optie werd in oudere hoogovens gebruikt voor het openen van de taphaten. In moderne ovens wordt dit niet meer gebruikt.
• Pneumatische of hydro-pneumatische taphole drills – Pneumatische taphole drills hebben pneumatische hamerslag, hydro-pneumatische hebben hydraulische hamerslag. Deze drills worden in veel hoogovens gebruikt maar de prestaties zijn relatief inferieur aan volledig hydraulische drills.
• Hydraulische drills – Deze drills zijn volledig hydraulisch met hydraulische hamerslag. Deze worden in alle moderne hoogovens gebruikt. De hydraulische taphole drills bieden optimale boorprestaties, door een combinatie van hoog rotationeel boormoment met een snelle percussieve frequentie bij medium impactenergie. Dit biedt efficiënte booroperaties, vermindert de behoefte aan hamerslagoperaties en minimaliseert het potentieel voor barsting van de taphole refractaire stoffen.

Door de ontwikkeling van hoogpresterende tapholemassa's met uitstekende slijt- en corrosieweerstand, is de taphole zelf niet meer de beperkende factor in de taptijd. Deze hoogpresterende tapholemassa's hebben de eisen aan de tapapparatuur aanzienlijk verhoogd. Pneumatische taphole boormachines bereikten snel hun prestatiegrenzen, wat leidde tot onacceptabele openingstijden. Vaak moest het boorproces gecombineerd worden met zuurstof-lansing, wat resulteerde in schade aan de taphole en hoge onderhoudskosten. De oplossing was volledig hydraulische taphole drills die aan de eisen van de moderne tapholemassa's kunnen voldoen.

De basisontwerp- en installatievereisten voor taphole drills zijn:

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

De booreisen die door de tapholeconditie worden opgelegd, veranderen over de tapholelengte. Normaal moeten hoogovenoperators kiezen tussen twee boorhamerfilosofieën: (i) lage frequentie / hoge impactenergie hamerslag – voor maximale boorvoorschub, en (ii) hoge frequentie / lage impactenergie hamerslag – voor betere bescherming van de taphole en langere tapholelevensduur. Deze dagen zijn taphole drills beschikbaar die uitgerust zijn met boorhamers die kunnen schakelen tussen een hoge impactfrequentiemodus en een hoge impactenergiemodus om een online matching van de boorparameters aan de wisselende tapholecondities toe te staan. Deze condities kunnen zijn: (i) rotatief boren zonder hamerslag voor maximale tapholebescherming, (ii) lage frequentie hamerslag met hoge impactenergie voor gebieden met harde inclusies, en (iii) hoge frequentie hamerslag met lage impactenergie om paddenstoel-afbreuk te minimaliseren en de tapholelengte te maximaliseren.

Deze dagen zijn taphole drills meestal uitgerust met sensoren geschikt voor de hoogovenomgeving. Deze sensoren leveren boorparameter feedback voor procesmonitoring en automatisering van de tapptechniek.

Automatiseringsfuncties in taphole drills omvatten normaal geoptimaliseerd boren (continue monitoring en aanpassing van voorschubkracht en boorrotatie), en automatische tapholelengtemeting.

Normaal worden de volgende drie typen boorstaven gebruikt in taphole drills:

• Massieve boorstaaf met gedraaide opsmeed boorbit – Deze staven worden doorgaans gebruikt voor het boren van korte en makkelijk te boren taphaten met zachte tapholemodder en geen inclusie van slak of ijzer. Het nadeel van massieve drills is dat ze alleen gebruikt kunnen worden op korte taphaten.
• Boorstaven met uitwisselbare staal boorbits – Deze staven geven de beste kosten-prestatie resultaten voor gewone tapholecondities. De boorbit maakt een schoon gat met constante diameter van begin tot eind. De bit is van koolstofstaal en uitwisselbaar met verschillende boorstaven. Opslaan van uitwisselbare bits van verschillende diameters samen met één type boorstaaf resulteert in aanzienlijke kostenbesparing.
• Boorstaven met uitwisselbare boorbits (vleugelbits) – Deze boorbits zijn van slijtvaste gegoten staal en ontworpen om gaten met een heel schoon en constante diameter te boren, zelfs met harder modders en onder moeilijkere condities. Voor de meeste taphaten zijn deze bits het beste compromis tussen hoge boorsnelheid/prestaties en goede kwaliteit van het geboorde gat.

Mud Gun Machines

Mud gun machines voeren een van de belangrijkste en kritiekste operaties in hoogovens uit: het sluiten van de taphaten. Een hoogoventaphole onder welke conditie dan ook sluiten is een cruciale veiligheidseis. Dit vereist extreme betrouwbaarheid en robuustheid van mud gun machines. In moderne hoogoven vraagt tapptechnologie naar hoogpresterende mud gun machines die het gebruik van slijtvast en snel uithardende tapholemassa's toelaten. De huidige hoogpresterende tapholemassa's kunnen niet zonder geoptimaliseerde temperatuurcontrole van de mud gun machine worden afgehandeld.

De hydraulische aandrijvingen van mud gun machines waarborgen dat elke operatie met moderne zware taphaten effectief en veilig is. Mud gun machines worden specifiek geproduceerd voor kritieke zware operaties, en hun ontwerp en technische parameters voldoen volledig aan de eisen van moderne technologische processen van hoogovenbedrijfsvoering.

De hoge tapholemassa druk met het inverse ontwerp vereist een mud gun machine met een aanzienlijke ruimtebehoefte. Tegenwoordig is het beste compromis tussen ruimtebeperkingen en maximale tapholemassa drukken 200 kg/cm² propdruk/250 liter tapholemassa volume voor kleine en middelgrote hoogovens en 250 kg/cm²/350-400 liter voor grote hoogovens.

Mud gun machines moeten ontworpen zijn voor hoge tapholemassa rammingsdrukken, snelle schwenk en automatische operatie. Deze machines moeten betrouwbaar zijn met hoge kwaliteit, lange termijn storingvrije operaties, gemakkelijk onderhoud, en hoog serviceniveau.

Automatiseringsfuncties van moderne mud gun machines omvatten 'auto pluggen' voor tapholesluiting, met voorgeprogrammeerde instelbare rammingssnelheden, volumes en sequenties, alsook tapholegezichtsmonitoring en visualisatie/besturing van het hydraulische krachtsysteem.

De basisontwerp- en installatievereisten voor taphole guns zijn:

• De mud gun machine moet krachtig genoeg zijn om de tapholemassa in de taphole te persen tegen de volle kracht van de interne druk van de hoogoven, zelfs wanneer de druk boven normaal stijgt.
• De machine moet in staat zijn de mond van de gun correct in de taphole te plaatsen ondanks eventuele obstructie door slakken of ander materiaal.
• De machine moet ontworpen zijn om alle benodigde tapholemassa voor de prop te extruderen.
• Het moet mogelijk zijn de mud gun machine in verschillende posities te vergrendelen.
• Alle bewegingen en manoeuvres van de mud gun machine moeten op afstand bedienbaar zijn en op elk gegeven moment te stoppen.
• De mud gun machine moet uitgerust zijn met een waarschuwingssirene of buzzer die automatisch moet werken voordat de machine in beweging komt.
• De mud gun machine moet zo geïnstalleerd zijn dat operators er vrij omheen kunnen bewegen en reparaties kunnen uitvoeren wanneer niet in gebruik, en er moet voldoende ruimte zijn voor één persoon om tussen de machine en elk obstakel te passeren.
• Geschikte beschermingsmiddelen moeten voorzien worden voor het personeel dat rond de mud gun machine werkt, en de machine zelf moet ook beschermd zijn.
• Stroomlijnen moeten beschermd zijn tegen warmte en uitbarstingen en moeten goede mechanische sterkte hebben.
• Als elektriciteit gebruikt wordt, is het raadzaam om voeding via ten minste twee onafhankelijke circuits te hebben, waarvan één een veiligheidscircuit is.
• Als besturing hydraulisch is, moet een passend gedimensioneerde accumulator geïnstalleerd worden.

Bedieningscabines voor Taphole Drills en Mud Gun Machines

Bedieningscabines voor de taphole drills en mud gun machines moeten zo gelokaliseerd, beschermd en uitgerust zijn dat operatie zelfs in noodgevallen mogelijk is. Daarom moeten ze de volgende basiskenmerken hebben:

• De locatie van de bedieningscabine moet zodanig zijn dat het personeel volledig beschermd is tegen het risico van uitbarstingen of explosies en de operaties perfect kan observeren.
• Geen brandbaar materiaal mag in de konstruktie gebruikt worden.
• Ten minste twee verschillende en onafhankelijke ingangen moeten voorzien zijn, waarvan een toegang geeft tot een noodontsnappingsplatform aan de buitenkant en dat te allen tijde vrijgehouden moet worden.
• Er mogen geen deuren zijn die van de cabines naar de runners leiden.
• Het kijkraam dat de tapplek overziet moet: (i) zo klein mogelijk zijn maar de operator een compleet zicht geven op het operatiegebied en de locatie van de mud gun machine en/of taphole drill, (ii) voorzien zijn van 'Triplex' glaspanelen op een frame dat naar buiten opent, beschermd door een rooster, (iii) bedieningselementen moeten naast de ramen geplaatst zijn zodat de operator ze gemakkelijk kan bedienen tijdens het volgen van de operaties en voorzorgsmaatregelen zijn vereist om onbedoelde bediening te voorkomen, en (iv) communicatie tussen de cabin en andere plaatsen waar werk verbonden met de bedrijfsvoering van de hoogoven wordt gedaan, moet voorzien zijn door ten minste twee afzonderlijke systemen van mondelinge communicatie (interne telefoon, intercom, radiotelefoon, enz.).
• De cabin moet voorzien zijn van een ventilatiesysteem dat lucht intrekt uit een gebied dat niet vervuild is door rook of gas.
• Als de cabin niet in een gebied gelokaliseerd kan worden dat beschermd is tegen mogelijke bespuiting of explosies, moeten de veiligheidsmaatregelen geïntensificeerd worden. In het bijzonder moeten de deuren zo ingesteld zijn dat elke explosie ervoor zorgt dat ze zich sluiten in plaats van openen, en de muren, deuren en dak moeten bedekt zijn met vlam- en hittebestendige materialen.

Manipulatoren voor Gietijzer Runner Afdekplaten

Om afkoeling van gietijzer voor de afvoer in de gietijzerladles te voorkomen, moeten de hoofd- en hulprunners voor gietijzer bedekt zijn met vaste en verwijderbare afdekplaten. Deze afdekplaten zijn ook vereist voor efficiënte stof- en rookafzuiging in het giethuis. Het tapproces en tapholeonderhoud vereisen echter onbelemmerde toegang tot het frontgebied van de runner. Verwijderbare afdekplaten worden meestal getild en verplaatst door manipulatoren, die toegang openen voor taphole drills en mud gun machines. Het gebruik van manipulatoren helpt de hoofdrunner volledig te bedekken en de veiligheid van onderhoudspersoneel te verhogen.

Manipulatoren voor gietijzer runner afdekplaten zijn normaal gemonteerd onder het tuyèreplatform. Ze zijn normaal compact en worden meestal efficiënt op afstand bediend met een handmatige overname back-up. Belangrijke kenmerken van manipulatoren voor gietijzer runner afdekplaten omvatten doorgaans een permanent verbonden afdekplaat en herhaalbare positionering. Deze manipulatoren kunnen hydraulische of pneumatische bediening hebben.

Manipulatoren voor gietijzer runner afdekplaten resulteren in geminimaliseerde kosten van verwijderbare afdekplaten die het meest blootgesteld zijn aan hoge temperaturen en snelle slijtage. De manipulatoren zijn vereist om een aanzienlijke hoeveelheid vrije ruimte op het giethuis te realiseren voor veiligheid en gemak van onderhoud.

Verschillende ontwerpen van manipulatoren voor gietijzer runner afdekplaten bieden flexibele oplossingen voor praktisch alle eisen van het hoogovengiethuis, minimaliseren de capaciteit van de manipulator en de initiële kosten.

Kantelrunners

Kantelrunners zijn essentiële apparatuur voor het giethuis voor de betrouwbare en veilige afgoting van gietijzergieten, meestal voor grote hoogovens. Een kantelrunner is normaal gepositioneerd tussen twee gietijzerbanen. De runner wordt eerst gekanteld om de gietijzerladle op de ene baan te vullen en dan terug gekanteld om de ladle op de andere baan te vullen. Terwijl de tweede ladle wordt gevuld, kan de eerste vervangen worden met een lege, zodat het gieten ononderbroken kan doorgaan terwijl meerdere ladles worden gevuld.

Kantelrunners zijn normaal van robuust ontwerp en meestal uitgerust met hydraulische aandrijvingen voor de hoeken die nodig zijn voor afgoting van het gietijzer. Ze zijn grote gefabriceerde items en het naklassen van de letsspecificaties is kritiek. Ze zijn weloverwogen contingentestrategieën voor het waarborgen van operationele veiligheid. De bediening van de kantelrunner kan geautomatiseerd worden in combinatie met een peilmeetsysteem voor gietijzerladles.

Staafwisselaars (Bar Changers)

Een staafwisselaar is een robotmachine gebruikt om staven of weekstaven in de taphole drill te hanteren en te installeren. Een staafwisselaar bevat normaal een staafmagazijn met verschillende diameters van staaf of staaf. De arm van de bewegende wagen kan een staaf uit het magazijn in de boorklep laden, of een verbruikte staaf na gebruik uit de drill verwijderen.

Mud Gun Vulmachine

Deze machines worden gebruikt voor de automatische vulling van de mud gun. Een schema voor automatische vulling van een mud gun machine is getoond in Fig. 2.

Jack Dam Drills

Jack dam drills zijn voor het boren van een gat in de skimmerplaat/muur van de hoofdrunner van de hoogoven. Dit zorgt ervoor dat gietproducten volledig uit de oven worden afgetapt. De drills worden specifiek gemaakt voor de hoogoven om aan de specifieke eisen te voldoen zoals de hoofdrunnerlocatie, funderingen, kolommen en vaste apparatuur voor elk specifiek giethuis. Apparatuuraandrijvingen zijn hydraulisch of pneumatisch en aangedreven door de algemene pompeenheid van het apparatuursysteem of onafhankelijk. De drills zijn of draagbaar of stationair. Jack dam drill is een nuttig hulpmiddel voor het hoogovengiethuis.

Overige Belangrijke Hulpmiddelen en Apparatuur in het Giethuis

Overige belangrijke hulpmiddelen en apparatuur in het giethuis zijn prikstaven van verschillende formaten en lengtes, zuurstof-lansapparatuur, bemonsteringsfaciliteiten, en temperatuurmeetfaciliteiten, enz. Dit additional tot de kraan- en afhandelingsfaciliteiten die nodig zijn voor diverse operaties in het giethuis van de hoogoven.

Ontwikkelingen in Giethuisapparatuur

Er is veel ontwikkeling in tapptechnologie geweest de afgelopen 125-130 jaar. Waar eerdere ontwikkelingen zich richtten op de mechanische aspecten van apparatuurontwerpen, hebben recente inspanningen zich gericht op elektrische en hydraulische besturing. Toekomstige ontwikkelingen zullen moeten doorgaan om langere tapholelevensduur te nastreven door toe te staan voor harder tapholemassa's en door de invloed van de hamerslagimpactenergie op de hearthrefractaire stoffen te verminderen. Alternatieven voor boren en propen zijn tot nu toe onuitvoerbaar gebleken. De 'tapping valve' voor hoogovens is nog steeds een droom van een hoogovenoperator. Ideeën als stoppen of regelen van de metaalstroom door magnetische stromen hebben op industriële schaal niet gewerkt.