Teknologi untuk Meningkatkan Kinerja Operasi Tungku Ledakan

Teknologi untuk Meningkatkan Kinerja Operasi Tungku Ledakan

Sebuah tanur sembur (BF) adalah investasi di masa depan. Oleh karena itu perlu adanya dimensi yang tepat dari semua peralatan, sistem dan komponen serta penggabungan teknologi yang menjamin produksi dan kualitas yang diinginkan sehingga peningkatan kinerja tanur sembur dapat dicapai. Ini terutama benar ketika tanur sembur digunakan untuk perbaikan besar. Selama perbaikan modal, penggabungan teknologi untuk peningkatan kinerja operasi tanur sembur juga memenuhi tuntutan baru yang ditempatkan pada kinerja tanur sembur, keselamatan personel, persyaratan perawatan yang lebih rendah, dan kepatuhan lingkungan.

Tantangan utama bagi operator tanur sembur selalu memastikan pasokan logam panas yang berkelanjutan dan andal untuk bengkel peleburan baja dengan kualitas yang seragam dan dengan biaya serendah mungkin. Setiap gangguan dalam produksi logam panas dapat menyebabkan potensi terhentinya fasilitas produksi dan pemrosesan hilir. Waktu henti harus dijaga seminimal mungkin sementara masa pakai tanur sembur harus diperpanjang selama mungkin. Fluktuasi parameter operasi tanur sembur harus dihindari untuk kualitas logam panas yang seragam, yang hanya dimungkinkan melalui penerapan teknologi yang tepat serta solusi otomatisasi dan kontrol proses yang canggih.

Ada beberapa teknologi (Gbr 1), yang bila diadopsi sangat meningkatkan kinerja operasi tanur sembur dan meningkatkan efisiensinya baik dalam hal produktivitas maupun konsumsi bahan bakar. Hal ini menghasilkan peningkatan tingkat produksi logam panas per unit volume tanur tinggi dan pengurangan konsumsi kokas BF. Beberapa teknologi utama dijelaskan di bawah ini.

Gbr 1 Teknologi untuk meningkatkan kinerja pengoperasian BF

Peningkatan volume internal tungku

Dengan menggunakan teknologi canggih untuk lapisan refraktori tungku dan pendinginan tungku, dimungkinkan untuk mengurangi ketebalan lapisan dalam tungku selama perbaikan modal tungku sekaligus meningkatkan masa pakai kampanye tungku. Pengurangan ketebalan lapisan menyebabkan peningkatan volume internal tanur sembur yang mengakibatkan peningkatan kapasitas produksi tanur. Ini juga memberikan profil suhu tungku yang konsisten selama kampanye tungku. Refraktori yang lebih baik yang digunakan untuk lapisan refraktori tungku termasuk refraktori alumina tahan erosi di cerobong atas, refraktori silikon karbida di bosh dan perut, dan dinding perapian karbon tahan erosi dengan bantalan keramik. Untuk pendinginan tungku, tongkat tembaga digunakan di zona fluks panas tinggi sementara tongkat besi cor digunakan di zona lain. Tongkat besi cor biasanya dengan pendinginan independen.

Kualitas beban besi

Untuk memastikan tanur sembur yang permeabel, penting untuk operasi yang stabil, penting bahwa beban besi kuat, berukuran dekat dan disaring secara efisien untuk menghilangkan butiran halus. Itu tidak boleh hancur secara berlebihan di tumpukan, yang menghasilkan denda tambahan. Itu harus cukup berpori, dapat direduksi dan dengan ukuran yang sesuai untuk memungkinkan bahan dikurangi secara memadai pada saat mencapai zona pelunakan. Dengan cara ini zona kohesif kurang membatasi, dengan lebih sedikit terak kaya FeO, dan beban termal di bagian bawah tungku lebih rendah, mendorong kelancaran operasi. Persyaratan sifat fisik dan metalurgi sinter, bijih lump yang terkalibrasi, dan/atau pelet untuk operasi yang efisien harus dipenuhi. Sifat pelunakan dan pelelehan komponen besi memiliki efek penting pada operasi tanur sembur. Pembatasan di zona kohesif dan karakteristik leleh yang buruk dapat mengakibatkan penurunan beban yang tidak menentu, pengoperasian yang tidak stabil, dan fluktuasi termal.

Aspek penting untuk dipertimbangkan ketika memilih komponen beban individu adalah karakteristik pelunakan dan lelehnya. Bagian utama dari penurunan tekanan di tanur sembur adalah di wilayah di mana beban besi melunak, meleleh dan menetes ke dasar kokas di mana gas naik. Kisaran pelelehan dan pelunakan yang luas menghasilkan penurunan tekanan yang meningkat dan akar zona kohesif yang besar menimpa bata poros bawah.

Kualitas kokas

Untuk operasi tanur sembur yang stabil pada produktivitas yang wajar, kokas berkualitas baik sangat penting. Ini adalah salah satu alasan yang paling sering dikutip untuk periode operasi yang buruk. Kokas harus kuat dan stabil, untuk menopang berat beban dengan kerusakan mekanis yang minimal. Itu harus cukup besar dan berukuran dekat, dengan denda minimal, untuk membuat tempat tidur permeabel melalui mana cairan dapat menetes ke bawah perapian tanpa membatasi gas naik. Ukuran yang konsisten diperlukan untuk menghindari variasi permeabilitas yang tidak diinginkan dan untuk mendukung konsep variasi ketebalan lapisan kokas melintasi radius tungku untuk mengontrol aliran gas radial. Kokas harus cukup tidak reaktif terhadap kehilangan larutan (Indeks reaktivitas Coke, CRI, nilai normal 20% hingga 23 %), mempertahankan kekuatannya dalam kondisi seperti itu (Kekuatan Coke setelah reaksi, CSR, nilai normal 65% hingga 68 %), dan harus rendah alkali untuk meminimalkan gasifikasi alkali di raceway, yang memiliki efek merusak pada pemecahan kokas. Kandungan belerang yang rendah juga diperlukan untuk meminimalkan belerang logam panas. Kelembaban kokas dan variasi kandungan karbon harus dikontrol untuk meminimalkan pengaruhnya terhadap keadaan termal proses.

Coke di pusat tungku secara bertahap menggantikan orang mati dan coke di perapian, yang harus tetap permeabel untuk memungkinkan cairan mengalir di tengah perapian. Ini menghindari aliran periferal yang berlebihan dari logam panas di perapian. Peningkatan suhu pusat perapian biasanya diamati dengan peningkatan ukuran coke deadman, yang menunjukkan peningkatan aktivitas pusat perapian. Ukuran bukaan saringan kokas merupakan parameter penting untuk menjaga permeabilitas perapian. Biasanya bermanfaat untuk meningkatkan ukuran layar dan mengisi kokas kecil tambahan yang timbul, bercampur dengan beban besi, jauh dari garis tengah tungku.

Tujuan menentukan kokas berkualitas tinggi adalah untuk memastikan bahwa kokas besar mencapai bagian bawah tungku. Untuk memantau tujuan ini dalam jangka panjang, disarankan sesekali untuk mengambil sampel kokas dari tingkat tuyere untuk menilai pemecahan kokas melalui tungku. Ini biasanya dilakukan selama pemeliharaan terencana, sering kali bersamaan dengan perubahan tuyere. Sampel besar kokas diambil dari lubang tuyere dan propertinya dibandingkan dengan sampel kokas umpan yang sesuai.

Untuk meminimalkan variasi termal dan kimia, beban homogen diinginkan. Komponen beban harus dicampur sedekat mungkin. Hal ini tergantung pada jumlah komponen beban dan sistem pengisian individu, tetapi biasanya dapat dicapai pada tingkat yang wajar dengan pemilihan bunker penyimpanan dan urutan pelepasan material.

Pengisian nut coke

Sistem pengisian yang fleksibel memungkinkan penggunaan nut coke. Ukuran nut coke yang tersedia untuk pengisian tergantung pada ukuran dan efisiensi saringan kokas tanur tinggi di unit penyortiran kokas baterai oven kokas, tetapi biasanya dalam kisaran 10 mm hingga 25 mm. Pengisian nut coke dicampur dalam bahan besi dan diposisikan di sepanjang radius tengah, meningkatkan operasi dengan meningkatkan efisiensi reduksi dan permeabilitas lapisan bijih di zona kohesif. Pengisian nut coke juga mengurangi suhu perut. Nut coke juga diisi di dinding, diapit di antara dua muatan bijih untuk mencegah daerah dinding tidak aktif saat bijih halus diisi di dinding.

Distribusi beban

Distribusi beban adalah salah satu faktor utama yang tidak hanya mempengaruhi stabilitas operasi tetapi, dengan menentukan aliran gas radial di tungku, itu adalah salah satu faktor utama yang mengendalikan laju keausan dinding tungku. Sebagai sarana untuk mendapatkan kontrol yang lebih baik dari distribusi beban di tumpukan tanur tinggi dan dengan demikian meningkatkan kontak gas-padat dan efisiensi bahan bakar, beberapa perkembangan baru telah digunakan dalam beberapa tahun terakhir. Dua jenis sistem distribusi yang memungkinkan kontrol yang memadai untuk produktivitas tinggi adalah bagian atas tanpa lonceng menggunakan saluran putar yang dapat dimiringkan, dan sistem pengisian daya lonceng dengan pelindung tenggorokan yang dapat dipindahkan.

Terutama, aliran gas radial dikendalikan oleh proporsi beban besi ke kokas, karena kokas umumnya jauh lebih besar ukurannya. Hal ini paling mudah dicapai dengan mengisi bahan dalam lapisan diskrit dan memvariasikan ketebalan lapisan melintasi radius tungku. Oleh karena itu, perlindungan dinding tungku dicapai dengan meningkatkan proporsi lapisan bijih di dinding, yang menghasilkan pengurangan jumlah panas yang dikeluarkan oleh sistem pendingin dinding. Namun, ada batasan untuk proporsi bahan besi yang dekat dengan dinding tungku, jika tidak, lapisan tidak aktif terbentuk, yang dapat mendorong pembentukan akresi dinding dan memungkinkan beban yang tidak disiapkan ke bagian bawah tungku dan meningkatkan kegagalan tuyere. Proporsi kokas di tengah tungku harus cukup untuk memungkinkan operasi tungku yang stabil pada tingkat produksi yang diinginkan. Sebagian besar kokas menciptakan wilayah yang relatif permeabel dengan cairan yang turun lebih sedikit, memungkinkan penggunaan volume ledakan maksimum tanpa fluktuasi besar dalam tekanan ledakan dan penurunan beban yang tidak menentu.

Kokas di tengah tungku menggantikan kokas di perapian dan pusat permeabel kaya kokas mendorong perapian permeabel, yang menghubungkan aliran cairan melintasi perapian. Namun, cerobong asap kokas pusat tidak boleh terlalu lebar, atau hasil yang tidak efisien dan kerusakan dapat terjadi pada bagian-bagian tertentu dari tungku karena kapasitas panas yang terlalu tinggi dari gas yang naik.

Split size charging material

Sistem distribusi yang lebih canggih memungkinkan kontrol tambahan distribusi beban dengan memanfaatkan lebih dari satu rentang ukuran bahan tertentu. Salah satu praktik yang paling umum digunakan adalah pengisian bahan besi halus, seringkali dari pemutaran beban besi utama. Denda dibebankan secara terpisah dalam jumlah kecil di dekat dinding tungku, untuk memberikan pengurangan permeabilitas lokal dan dengan demikian melindungi dinding. Mengisi sejumlah kecil bahan yang lebih halus secara terpisah biasanya mengurangi kapasitas pengisian tungku. Pengisian batch kecil dengan bel dan sistem pelindung tenggorokan yang dapat digerakkan menyebabkan penundaan yang lebih sedikit dibandingkan dengan bagian atas tanpa bel karena berkurangnya waktu pengosongan. Dimungkinkan untuk mengisi sejumlah kecil bahan yang lebih halus ke dinding tungku dengan mengisinya terlebih dahulu ke hopper atas atau hopper lonceng besar dan menggunakan sudut chute awal yang sesuai atau pengaturan pelindung tenggorokan yang dapat dipindahkan. Namun, kuantitas dibatasi oleh karakteristik pelepasan hopper yang akan melewati hopper tanpa bercampur dengan sisa muatan. Ada juga keuntungan finansial dalam menggunakan denda besi tersebut secara langsung dibandingkan dengan mengembalikannya untuk disinter ulang. Dengan cara yang sama, beban besi dapat dibagi menjadi ukuran besar dan kecil yang kemudian dibebankan pada bagian yang berbeda dari radius tungku untuk mengontrol permeabilitas radial.

Operasi tekanan tinggi

Salah satu faktor pembatas dalam upaya meningkatkan laju volume ledakan di tanur tinggi adalah efek pengangkatan yang disebabkan oleh volume besar gas yang tertiup ke atas melalui beban. Efek pengangkatan ini (laju aliran massa) mencegah beban turun secara normal dan menyebabkan kerugian daripada peningkatan produksi. Untuk meningkatkan laju produksi di atas normal, tanur sembur dilengkapi dengan katup septum di sistem gas atas untuk meningkatkan tekanan gas keluar. Peningkatan tekanan ini menekan gas di seluruh sistem dan memungkinkan ledakan udara dalam jumlah yang lebih besar untuk dihembuskan. Dengan peningkatan jumlah udara yang dihembuskan per menit, ada peningkatan yang sesuai dalam tingkat produksi. Selain itu, ini juga menekan pembentukan SiO sehingga menurunkan kandungan silikon logam panas.

Ketika tekanan gas atas dinaikkan, tekanan semburan udara masuk juga harus ditingkatkan secara proporsional. Selanjutnya, jika tekanan atas dinaikkan maka perlu menggunakan blower yang lebih besar, yang mampu memberikan peningkatan volume ledakan pada tekanan yang lebih tinggi. Cangkang tungku, cangkang kompor, penangkap debu, pencuci primer, dan saluran gas juga harus memiliki integritas struktural untuk menahan peningkatan tekanan. Katup pelambatan yang digunakan untuk meningkatkan tekanan atas terletak di luar pencuci gas primer di mana efek sandblasting gas telah dikurangi dengan menghilangkan sebagian besar debu yang dibawa oleh gas dari tungku. Saluran air keluar dari mesin cuci utama perlu dilengkapi dengan pengatur agar tekanan gas di dalam mesin cuci tidak merusak segel air. Gas bersih atau nitrogen digunakan untuk pemerataan tekanan pada peralatan pengisian tungku. Tungku dengan tekanan atas 2 -2,5 kg/cm2 beroperasi dengan sukses. Pada beberapa tungku ini, turbin pemulihan tekanan atas digunakan untuk memulihkan sebagian energi kompresi dan untuk menghasilkan tenaga.

Suhu ledakan panas

Temperatur semburan panas meningkatkan efisiensi bahan bakar tanur sembur dan memungkinkan temperatur tanur yang lebih tinggi, yang meningkatkan kapasitas tanur. Temperatur ledakan panas yang tinggi sangat penting untuk operasi tanur sembur yang efisien karena mereka mengurangi kebutuhan kokas tungku secara substansial dan memfasilitasi injeksi bahan bakar tambahan seperti batu bara bubuk sebagai pengganti kokas tanur sembur. Penghematan energi total yang mungkin dilakukan dengan kombinasi teknik adalah sebesar 0,12 juta kkal /ton logam panas. Ini menghasilkan biaya operasi yang lebih rendah karena rasio kokas berkurang 2,8% per 100 derajat C kenaikan suhu ledakan bila dipertahankan antara 1000 derajat C sampai 1200 derajat C. Banyak tungku modern beroperasi pada suhu ledakan panas yang lebih tinggi dari 1300 derajat C .

Pengayaan oksigen dari ledakan udara panas

Tujuan pengayaan oksigen ke dalam ledakan adalah untuk mengontrol raceway adiabatic flame temperature (RAFT), pembangkitan gas perapian, dan intensitas pelelehan. Ketika udara ledakan diperkaya dengan oksigen, ada peningkatan RAFT. Temperatur nyala api yang tinggi biasanya tidak sesuai dengan bahan beban berkualitas rendah dan membutuhkan bahan beban dengan kualitas yang tepat. Temperatur nyala yang lebih tinggi karena pengayaan oksigen perlu dikontrol dengan kelembaban ledakan dan injeksi bahan bakar. Ada operasi tungku yang menggunakan pengayaan oksigen lebih dari 12%. Untuk setiap persen oksigen di atas ledakan udara normal (sekitar 21% oksigen), laju produksi meningkat sekitar 2% hingga 4%. Dalam kasus di mana bahan beban memiliki reducibility yang baik, yaitu mereka akan berkurang dengan cepat, suhu nyala api dapat ditingkatkan secara signifikan dan efisiensi bahan bakar dapat ditingkatkan. Penggunaan oksigen yang bijaksana memberikan cara untuk mengontrol laju aliran massa gas bosh sehingga keluaran tungku dapat dimaksimalkan sambil mengontrol kualitas logam panas.

Injeksi bahan bakar tambahan

Dengan perkembangan teknik untuk meningkatkan suhu ledakan panas ke kisaran 1000 derajat C hingga 1300 derajat C dan kebutuhan untuk mengendalikan RAFT karena jenis bahan beban yang digunakan, menjadi mungkin untuk menyuntikkan bahan bakar hidrokarbon ke dalam ledakan. tungku melalui tuyeres untuk mengontrol suhu nyala, meningkatkan daya reduksi gas bosh dan pada saat yang sama mengganti beberapa kokas tanur tinggi. Dengan adanya kokas dalam jumlah besar, bahan bakar hidrokarbon hanya dapat terbakar menjadi karbon monoksida dan hidrogen; akibatnya, mereka menghasilkan lebih sedikit panas daripada kokas yang mereka ganti sehingga menghasilkan kontrol suhu nyala, tetapi gas pereduksi yang mereka hasilkan lebih efektif daripada yang dihasilkan oleh pembakaran kokas.

Banyak bahan bakar yang berbeda telah dicoba—gas alam, gas oven kokas, minyak, tar dan batu bara yang dihaluskan, bahkan bubur batu bara dalam minyak. Batubara bubuk adalah injektor yang paling banyak digunakan di tanur tinggi saat ini karena kelimpahannya yang relatif dan biayanya yang rendah. Ketika batu bara digunakan, batu bara juga dimasukkan ke dalam semburan udara dengan tombak yang memasuki aliran udara melalui sisi-sisi pipa tiup. Sangat diinginkan untuk memiliki batubara yang disuntikkan sepenuhnya digasifikasi dan dibakar sebelum meninggalkan raceway tepat di dalam tungku. Saat menyuntikkan bahan bakar, tindakan pencegahan khusus diperlukan untuk menghindari penumpukan bahan bakar di pipa bustle atau pipa tiup dan pembakaran selanjutnya. Proses injeksi batubara bubuk dijelaskan di bawah ini.

Bahan baku batubara dikirim ke pabrik persiapan batubara di mana material tramp dihilangkan dengan penyaringan dan magnet di atas kepala. Batubara kemudian dihancurkan dan dikeringkan secara bersamaan dalam aliran gas panas atau dalam unit penggilingan/pengering gabungan, diikuti dengan ekstraksi melalui sistem dengan menggunakan kipas angin yang diinduksi. Batubara dengan distribusi ukuran produk yang benar diambil melalui pemisah kecepatan dan ditangkap dalam unit bag filter. Produk akhir disaring sebelum dipindahkan ke silo penyimpanan. Sebagian dari gas buang didaur ulang kembali ke generator gas panas di unit penggilingan/pengering. Fitur kontrol ini memastikan bahwa kandungan oksigen total dari gas panas, yang bersentuhan dengan batubara, dijaga di bawah 12% untuk menghilangkan kemungkinan penyalaan batubara tanah. Sistem injeksi batubara terdiri dari lock hopper dan unit injektor. Laju aliran batubara ke setiap tuyere dapat dikontrol secara independen oleh pengumpan mekanis. Sebagai alternatif, sistem yang lebih sederhana dengan kontrol aliran yang kurang akurat untuk setiap tuyere dapat disediakan, menggunakan sistem berbasis splitter. Peralatan untuk PCI cukup kokoh akhir-akhir ini dengan ketersediaan lebih dari 98% dan tingkat injeksi batubara yang akurat hingga 2%.

Otomasi dan kontrol

Sistem otomasi dan kontrol saat ini memberikan solusi ideal untuk semua aspek pengoperasian tungku. Ini termasuk yaitu (i) kontrol atas tungku pada bagian atas yang diisi dengan skip atau sabuk dengan pola pengisian dan distribusi beban yang kompleks, (ii) sistem pengisian spiral yang unik untuk bagian atas yang lebih kecil untuk meningkatkan porsi denda yang dapat diisi, (iii) gudang penyimpanan kontrol bahan batch berurutan dengan penimbangan 'dalam penerbangan' dan pelapisan material, (iv) kontrol pembersihan gas, (v) kontrol kompor untuk operasi empat tungku siklis, paralel, paralel, dan paralel terhuyung-huyung, (vi) kontrol sistem injeksi batubara, (vii) operasi dan kontrol rumah cor, dan (viii) kontrol pabrik granulasi terak. Selain otomatisasi dan kontrol juga memiliki fitur untuk keamanan pabrik dan urutan shutdown.

Untuk memastikan operasi tanur sembur berkinerja tinggi dengan biaya rendah, tanur sembur saat ini dilengkapi dengan sistem optimasi loop tertutup. Sistem ini berfungsi berdasarkan model proses lanjutan, kecerdasan buatan, aplikasi perangkat lunak yang disempurnakan, antarmuka pengguna grafis, dan pengetahuan operasional. Kinerja proses yang sangat baik dan biaya produksi yang jauh lebih rendah dicapai di tungku dengan sistem optimasi loop tertutup. Pada sistem pakar loop tertutup parameter utama tanur sembur yang akan dikontrol dilakukan tanpa perlu interaksi operator. Misalnya, kontrol laju kokas, kebasaan, laju injeksi uap, dan bahkan distribusi beban dapat dilakukan secara bersamaan dan otomatis dalam mode loop tertutup untuk memastikan operasi proses yang stabil dan konsisten dengan biaya produksi rendah. Kontrol yang tepat dari tanur sembur dicapai berdasarkan model proses lanjutan.

Sistem manajemen informasi proses yang disediakan di tanur tinggi saat ini mengumpulkan, menyiapkan, dan menyimpan semua data yang relevan untuk penggunaan selanjutnya.