Kecenderungan penurunan kualitas bijih terlihat akhir-akhir ini dengan meningkatnya permintaan bijih besi. Penurunan kualitas bijih disertai dengan jumlah terak yang lebih tinggi yang pada gilirannya mempengaruhi penurunan beban dan aliran cairan melalui perapian. Kondisi ini memberikan katalis untuk mekanisme keausan lapisan dengan lapisan bosh, tumpukan, dan perapian yang mengalami tekanan tambahan. Penyadapan di tanur sembur terpengaruh dan palung dan pelari di rumah tuang mendapat tekanan karena volume terak yang lebih tinggi. Semua ini meningkatkan tekanan pada operasi tanur tinggi.
Kualitas bijih besi yang buruk mempengaruhi pengoperasian tanur sembur sebagai berikut.
- Volume terak – Kualitas bijih besi yang buruk membawa ke dalam tungku jumlah pengotor yang lebih tinggi yang mengakibatkan peningkatan volume terak.
- Beban panas – Kondisi termal tungku mengalami perubahan karena sejumlah besar panas diperlukan untuk melelehkan terak tambahan serta menjaganya dalam keadaan fluida yang tepat untuk drainasenya. Hal ini menyebabkan beban panas yang lebih tinggi di dalam tanur tinggi.
- Laju dan produktivitas kokas – Peningkatan volume terak membutuhkan input bahan bakar yang lebih tinggi ke dalam tungku, dan di mana laju injeksi batu bara bubuk sudah berjalan optimal, hal ini menghasilkan laju kokas yang lebih tinggi. Kokas yang lebih tinggi berarti pengenalan jumlah abu yang lebih tinggi di tungku yang menghasilkan peningkatan lebih lanjut dalam volume terak. Hal ini berdampak pada penurunan produktivitas tungku.
- Stabilitas proses – Penurunan kualitas bijih mempengaruhi stabilitas proses secara negatif dan memiliki efek yang tidak menguntungkan pada kelancaran tanur tinggi.
Karena faktor-faktor di atas, proses produksi di tanur sembur sangat bervariasi. Variasi yang luas dalam proses memiliki konsekuensi dalam hal komposisi terak dan oleh karena itu kualitas logam panas. Faktor-faktor di atas juga mempengaruhi proses di banyak bidang lain seperti yang diberikan di bawah ini.
- Volume terak yang lebih tinggi memiliki pengaruh pada aliran gas.
- Dengan volume terak yang lebih tinggi, aliran cairan melalui tungku menjadi lebih sulit, yang menyebabkan peningkatan tingkat cairan yang berfluktuasi di dalam tungku. Dalam kasus ekstrim, penurunan beban akan terpengaruh.
- Meningkatnya insiden aliran gas yang terganggu karena kualitas bijih yang buruk kemungkinan akan muncul sebagai peningkatan gantung dengan slip yang lebih sering dan parah. Hal ini pada gilirannya bertindak sebagai katalis untuk keausan lapisan yang lebih besar, dengan lapisan bosh, tumpukan, dan perapian mengalami lebih banyak tekanan.
- Tingkat slag yang lebih tinggi memberikan kendala besar di rumah cor karena bak tungku dan sistem runner di rumah cor menjadi hambatan dalam mengakomodasi volume terak yang lebih tinggi.
Untuk mengakomodasi skenario di atas dan banyak skenario lain yang dapat diharapkan selama operasi tanur sembur, sejumlah tindakan diperlukan untuk memiliki kontrol yang memadai selama penyadapan tanur sembur, untuk mencegah tungku berjalan baik dingin atau panas, dan untuk kelancaran operasi ledakan. perapian. Tindakan ini termasuk (i) manajemen perapian untuk drainase yang optimal dan keausan minimum untuk melawan volume terak yang lebih tinggi, (ii) mengadaptasi proses dan strategi pembebanan untuk stabilitas optimal dan meminimalkan beban panas pada dinding tungku, (iii) pemantauan ketat dan pemeliharaan yang tepat dari sistem pendingin tanur sembur sehingga dapat menyerap beban panas yang lebih tinggi, dan (iv) penilaian dan de-bottlenecking tata letak rumah cor yang ada untuk aliran cairan yang meningkat.
Perapian, orang mati dan aliran logam panas dan terak menuju taphole selama penyadapan tungku dapat dilihat pada Gambar 1.
Gbr 1 Perapian, orang mati dan aliran logam panas dan terak selama penyadapan
Perapian tanur sembur dan orang mati
Keadaan perapian memainkan peran paling penting untuk operasi tungku yang stabil dan umur kampanye yang panjang. Daerah terendah di tanur sembur ini terkena besi cair (logam panas) dan terak cair yang bersentuhan langsung dengan bahan tahan api, menyebabkan erosi parah dan serangan kimia dan termal pada lapisan perapian. Lingkungan yang paling agresif dalam tungku perapian biasanya ditemukan di sekitar taphole(s), yang tunduk pada tekanan termal yang tinggi dan kecepatan aliran cairan. Pengelolaan taphole (terintegrasi dengan teknik panduan operasional lainnya) sangat penting dalam kinerja perapian dan, karenanya, dalam operasi tungku secara keseluruhan.
Perapian adalah yang terendah, tetapi bagian terpenting dari tanur sembur. Masa pakai tungku sangat bergantung pada daya tahan tungku. Dinding samping dan bagian bawah perapian biasanya dibuat dengan balok atau batu bata berbahan dasar karbon yang dipadukan dengan keramik berkualitas tinggi.
Pada prinsipnya ada dua desain dasar perapian. Yang pertama adalah desain balok kecil atau bata sedangkan yang kedua adalah desain balok besar. Perbedaan desain disebabkan oleh ukuran refraktori. Keuntungan utama dari perapian balok kecil adalah kemudahan konstruksi, karena batu bata dapat diatur ke posisinya dan direkatkan di semua sisi. Keuntungan lainnya adalah batu bata tidak mudah retak karena perapian secara keseluruhan pada dasarnya sudah retak. Namun, ini juga merupakan kerugian karena setiap sambungan dapat berfungsi sebagai penghalang perpindahan panas, terutama jika ada gerakan dan sambungan menjadi celah. Blok besar tidak mengalami kerugian yang sama karena sambungannya jauh lebih sedikit. Namun karena ekspansi termal, balok besar cenderung retak, sehingga menyebabkan hambatan perpindahan panas yang serupa.
Dalam dua desain dasar ada beberapa variasi, dan beberapa kesamaan antara desain blok besar dan kecil. Persamaan dan perbedaan ini adalah jenis bahan tahan api yang digunakan untuk dinding, permukaan panas, dan di sekitar taphole. Salah satu pertimbangan terbesar adalah transfer panas dari bagian dalam tungku ke media pendingin. Untuk ini, berbagai jenis refraktori biasanya digunakan. Secara umum, biaya meningkat dengan konduktivitas termal. Meskipun akan sangat mahal, perapian terbaik secara teori dibangun dengan refraktori konduktivitas tertinggi. Perapian seperti itu akan bertahan selamanya dan tidak pernah aus (karena lapisan beku yang melindungi refraktori), tetapi juga akan membutuhkan begitu banyak panas dari tungku sehingga biaya operasinya akan tinggi. Perapian seperti itu akan mendingin begitu cepat selama pemadaman tungku sehingga akan sulit untuk memulai lagi, yang menyebabkan biaya yang lebih tinggi. Biasanya dalam desain perapian, keseimbangan antara faktor-faktor yang disebutkan di atas dijaga.
Lapisan perapian dilengkapi dengan sejumlah termokopel dan elemen pendingin. Orang mati terletak di bawah zona coke aktif dan (kebanyakan) di bawah raceways. Bagian atas dari orang yang meninggal itu berbentuk kerucut dengan bagian atas yang membulat di daerah antara raceways. Kemiringan dari puncak orang mati ke jalur balapan hampir sama dengan sudut istirahat dari kokas yang diisi. Perapian terutama ditempati oleh tempat tidur coke, yang merupakan bagian dari orang mati yang memanjang dari tingkat tuyere.
Besi cair dan terak yang menetes dari zona kohesif menumpuk di ruang kosong orang mati. Sebagai akibat gravitasi, cairan terpisah menjadi dua lapisan yang berbeda dengan besi yang lebih berat di bagian bawah dan terak yang lebih ringan di bagian atas. Karena besi dan terak terus menerus menetes dari zona kohesif, tetesan besi akan tenggelam melalui lapisan terak ke dasar. Lapisan atas karena itu terdiri dari campuran terak dan tetesan besi. Porositas orang mati adalah antara 0,3 dan 0,5, yang menunjukkan bahwa hanya 30% sampai 50% dari total volume yang tersedia untuk cairan jika orang mati mengisi penuh perapian. Faktanya, orang yang meninggal dapat duduk di dasar perapian, atau mengapung sebagian atau seluruhnya dalam bak cairan jika gaya apung cairan cukup untuk mengangkat orang mati. Orang mati yang mengambang sebagian duduk di dasar perapian tengah dan menimbulkan zona bebas kokas melingkar di tepi perapian, yang menawarkan sedikit hambatan aliran saat perapian dikeringkan. Oleh karena itu, aliran melingkar terbentuk, yang menjadi alasan utama penggunaan bentuk 'kaki gajah' di perapian.
Studi diseksi dari tanur sembur yang dipadamkan telah menunjukkan bahwa ada lapisan kokas yang hampir stagnan di inti tungku antara raceways dan di dalam perapian. Zona stagnan, di mana kokas turun dengan kecepatan yang sangat berkurang, telah diberi nama 'orang mati' karena sebelumnya dianggap bahwa zona ini tidak memiliki efek aktif pada fungsi proses. Namun, asumsi ini kemudian terbukti salah karena penelitian yang lebih relevan mengungkapkan bahwa orang yang meninggal itu memainkan peran kunci dalam operasi tanur sembur. Studi yang terkait dengan orang mati biasanya dilakukan dengan menggunakan model fisik dan/atau matematika karena keadaan orang mati tidak dapat diukur secara langsung dalam tungku yang beroperasi karena suhu tinggi, keausan, dan lingkungan yang sangat tidak bersahabat untuk mengukur probe.
Bagian atas orang yang meninggal berbentuk kerucut dengan bagian atas yang membulat di daerah antara raceways dan dapat memanjang dari dasar perapian hingga jauh di atas tingkat tuyeres. Ketinggian orang mati tergantung pada ukuran tungku dan kondisi operasi seperti tingkat kokas, kecepatan ledakan, penurunan beban dan tingkat pembaruan orang mati. Kehilangan massa/volume padat akibat penyusutan dan pelelehan bijih besi sangat mempengaruhi pola aliran padat dan juga profil orang mati. Juga ditemukan bahwa tinggi orang mati menurun seiring dengan meningkatnya tingkat konsumsi padat.
Batas atas orang mati telah menjadi subyek banyak penyelidikan baik secara teoritis maupun eksperimental. Penyelidikan ini telah menunjukkan bahwa orang mati itu dikelilingi oleh zona kuasi-stagnasi di mana partikel bermuatan akhirnya pindah ke raceway. Ukuran orang mati sensitif terhadap apakah operasi tungku dilakukan dengan atau tanpa 'injeksi batubara bubuk'. Penyelidikan juga menunjukkan bahwa orang mati diperbarui dari daerah aliran masuk pusat kecil di bagian atas orang mati. Oleh karena itu, permeabilitas orang mati yang baik dapat dipertahankan dengan mengisi kokas yang besar dan berkualitas tinggi di tengah tanur tinggi. Juga telah ditemukan bahwa akumulasi siklis dan penghilangan cairan di dalam tungku karena operasi penyadapan berkaitan erat dengan proses pembaruan orang mati. Partikel orang mati bergerak secara bertahap ke raceway saat operasi penyadapan diulang. Pembaharuan partikel terjadi sedemikian rupa sehingga partikel 'lama' dipaksa keluar dari orang mati oleh gaya apung (diberikan pada bagian terendam dari orang mati) dan partikel 'baru' masuk untuk mengisi orang mati melalui permukaan atasnya.
Keadaan orang mati dan bentuk dasar memiliki pengaruh yang kuat pada keausan lapisan perapian dan drainase cairan dari tungku ledakan. Orang mati itu tenggelam dalam bak cairan besar dan dikenakan gaya apung cair yang bekerja di atasnya. Saat daya apung cairan menjadi cukup untuk mengangkat orang mati, zona bebas kokas terbentuk di bawah orang mati, sehingga menciptakan jalur bebas untuk aliran cairan. Orang mati memiliki perilaku dinamis saat bergerak dengan tingkat cairan yang bervariasi. Telah ditemukan bahwa pergerakan orang mati dipengaruhi oleh histeresis saat naik dan turun di perapian.
Bentuk orang mati ditentukan oleh beberapa faktor. Hal ini dapat diperkirakan dengan keseimbangan antara kekuatan yang menekan orang mati dan kekuatan apung besi dan terak di perapian. Gaya apung relatif mudah diperkirakan karena merupakan fungsi dari tingkat cairan dan porositas orang mati. Namun, gaya kerja ke bawah, yang biasanya dinyatakan dalam bentuk tekanan, tergantung pada kondisi tungku, seperti berat beban, panjang raceway, penahanan cairan, dan hambatan gas. Berat beban di atas level tuyere dikompensasi oleh tekanan angkat gas yang mengalir ke atas dan tekanan kerja ke bawah di bawah raceways (yaitu, wilayah di bawah raceways) dengan demikian hanya dikaitkan dengan bobot orang mati. Di sisi lain, tekanan kerja ke bawah pada daerah pusat dirumuskan sebagai fungsi dari berat orang mati, penahanan cairan dan tekanan dinamis aliran partikel. Tekanan dinamis, yang disebabkan oleh aliran konvergen partikel dalam zona kokas aktif diasumsikan menurun secara linier sepanjang dimensi radial dari pusat tungku ke depan raceway. Biasanya terlihat bahwa orang mati mengapung lebih tinggi di bawah balapan. Distribusi tekanan kerja ke bawah memainkan peran penting dalam membentuk dasar orang mati. Beberapa penelitian telah mengklasifikasikan keadaan mengambang orang mati ke dalam empat kategori yaitu (i) duduk, (ii) sebagian mengambang di dinding, (iii) sepenuhnya mengambang dengan dasar datar, dan (iv) sepenuhnya mengambang, tetapi mengambang lebih tinggi di dekat dinding. .
Menyadap tanur tinggi
Penyadapan tanur sembur diperlukan tidak hanya untuk mengirimkan produk tanur sembur, tetapi juga penting untuk keselamatan tungku dan operator di rumah tuang. Penyadapan tanur sembur, juga kadang-kadang disebut sebagai pengecoran atau drainase, adalah proses yang menghilangkan logam panas dan terak cair dari perapian tanur sembur. Teknologi penyadapan tanur sembur saat ini menggunakan praktik kolam penuh. Praktek ini mengacu pada teknologi menjaga bak diisi dengan logam panas dan terak cair selama periode singkat ketika tungku tidak disadap. Selama keran berikutnya, bak masih cair, sehingga lebih mudah untuk memisahkan besi dan terak, serta menjaga panas di bak, menghasilkan besi yang lebih bersih dan lebih panas dikirim ke toko peleburan baja melalui transportasi kereta api di bagian atas terbuka yang dilapisi refraktori atau sendok torpedo.
Proses penyadapan secara kritis menentukan tekanan gas dalam tungku dan jumlah sisa besi cair dan terak di perapian. Drainase tungku yang buruk biasanya menyebabkan operasi tungku yang tidak stabil yang umumnya terkait dengan kerugian nyata dalam produktivitas tungku dan masa pakai kampanye. Drainase yang tidak efisien juga menimbulkan akumulasi cairan yang berlebihan dan dengan demikian tingkat cairan yang tinggi di perapian. Jika cairan (terak) mendekati level tuyeres, aliran gas pereduksi di bosh sangat terganggu, sering kali mengakibatkan penurunan beban yang tidak teratur yang dikenal sebagai menggantung dan tergelincir.
Sebuah siklus penyadapan dimulai saat lubang keran dibor terbuka dan diakhiri dengan menyumbat lubang keran dengan massa lubang keran ketika gas tungku meledak. Pada akhir penyadapan, antarmuka gas-slag miring ke bawah menuju taphole dan sejumlah besar slag tetap berada di atas permukaan taphole. Fasa besi dapat dikeringkan dari tingkat di bawah taphole karena gradien tekanan besar yang berkembang di dekat taphole dalam fase terak kental. Oleh karena itu, rata-rata antarmuka terak-besi lebih rendah dari tingkat taphole. Tergantung pada sejumlah faktor, seperti tingkat produksi cairan, volume tungku dan strategi penyadapan, tahap awal dari siklus penyadapan bervariasi dan dapat dikategorikan sebagai berikut.
- Setrika dulu -Ini terjadi jika antarmuka terak-besi berada di atas level taphole saat taphole dibor terbuka. Siklus penyadapan dimulai dengan arus keluar besi saja, dan terak mulai mengalir kemudian ketika antarmuka terak-besi telah turun ke lubang sadapan. Setelah itu, besi dan terak ditiriskan secara bersamaan hingga akhir sadapan. Waktu yang berlalu dari awal penyadapan sampai terak memasuki pelari disebut penundaan terak.
- Serentak – Pola ini muncul jika antarmuka terak-besi terletak di dalam, atau pada kedalaman terbatas di bawah taphole saat penyadapan dimulai. Gradien tekanan tinggi dalam fase terak dapat meningkatkan aliran besi, atau bahkan menyeret besi ke atas dari bawah taphole. Akibatnya, besi dan terak terkuras bersama-sama selama periode penyadapan.
- Slag first- Ini kebalikan dari pola iron first. Dalam pola ini terak mengalir keluar pada awalnya dan besi setelah penundaan. Ini karena antarmuka terak-besi jauh di bawah taphole saat penyadapan dimulai, dan fenomena tersebut dapat diamati di tungku yang lebih besar dengan beberapa taphole. Gradien tekanan yang disebabkan oleh terak kental pada awalnya tidak cukup untuk mengangkat besi.
Persyaratan utama penyadapan adalah untuk mengamankan tingkat produk tungku yang diinginkan dengan andal. Oleh karena itu, penentuan faktor-faktor yang mempengaruhi kecepatan sadap menjadi penting. Biasanya di tanur sembur besar, laju sadapan 7 ton/menit, dan kecepatan sadapan cair 5 m/detik, di taphole berdiameter 70 mm dan panjang 3,5 m biasanya ditemui. Kondisi taphole dan panjang taphole sangat mempengaruhi kecepatan sadap. Saat tanur sembur beroperasi, taphole terisi penuh dengan bahan tahan api yang dikenal sebagai massa taphole.
Faktor penting yang sering menyebabkan kesulitan selama operasi penyadapan adalah (i) cacat pada senapan dan bor taphole, atau kesalahan penyelarasannya dengan taphole, (ii) kondisi taphole yang buruk, cerat sadap, skimmer, gerbang dan kemiringan, ayunan atau pelari lainnya , (iii) kapasitas sendok yang tidak memadai untuk mengangkut logam panas, dan (iv) masalah dalam sistem untuk granulasi terak serta ruang yang tidak memadai di lubang terak.
Jadwal sadapan tergantung pada jumlah besi cair dan terak, ukuran tungku, laju sadapan dan operasi persiapan yang diperlukan antara setiap operasi sadap. Segera sebelum mengetuk biasanya taphole, fungsi, posisi dan keselarasan yang benar dari senjata taphole dan bor harus diperiksa untuk memastikan bahwa mereka benar sejajar dengan taphole (jika perlu, posisinya dapat diperbaiki). Keuntungan dari praktik ini adalah memungkinkan pemeriksaan akhir untuk cacat atau penyesuaian yang belum dicatat dan memungkinkan untuk memperbaikinya. Taphole dibuka dengan menggunakan bor dengan ukuran tertentu, tergantung pada kondisi operasi, dan dalam beberapa kasus bagian terakhir dari sumbat dijepit. Jika lubang bor tidak cukup panjang, taphole harus dibuka dengan tombak oksigen , mengambil semua tindakan pencegahan yang diperlukan untuk penggunaan oksigen.
Penyadapan dapat terganggu jika pancaran logam panas mengalir ke runner basah, karena hal ini dapat menyebabkan pendidihan pada runner, disertai dengan ledakan. Oleh karena itu penting untuk melakukan pemeriksaan menit dan mengeringkan bak dan runner secara menyeluruh, karena perebusan dalam runner sering mencapai proporsi sedemikian rupa sehingga operasi penyadapan harus dihentikan. Inilah salah satu alasan mengapa pintu keluar harus tetap bebas setiap saat.
Menghentikan penyadapan saat sedang berlangsung adalah operasi yang membutuhkan daya maksimum dari pistol lubang sadap (karena penyumbatan harus melawan kekuatan penuh aliran logam cair). Dalam beberapa kasus, perlu untuk mengurangi ledakan dan tekanan atas yang cukup untuk memungkinkan lubang keran dicolokkan. Perbaikan improvisasi cepat dilakukan pada bagian runner yang rusak, menggunakan bahan kering.
Jika pistol taphole dipindahkan terlalu cepat dari taphole, ada bahaya bahwa lempung sumbat yang disuntikkan ke taphole bisa tiba-tiba dikeluarkan dengan ledakan, karena material mungkin tidak sempat mengeras. Karena itu, operator cast house harus tetap berada di luar 'garis api', jika ledakan tersebut terjadi.
Aliran terak yang mendahului logam panas pada awal penyadapan juga dapat menyebabkan gangguan. Dalam hal ini operator cast house diharuskan untuk melakukan penyesuaian di area dekat taphole dan runner, untuk mengarahkan slag ke arah runner yang dimaksudkan untuk membawanya. Inilah salah satu alasan mengapa ada ruang kosong yang tersedia di depan taphole di kedua sisi runner besi, dan ruang ini harus seluas mungkin.
Tugas utama dari operator rumah tuang, selama operasi penyadapan normal, adalah untuk memastikan bahwa aliran logam panas dan terak cair ke dalam ladle pengangkut atau instalasi yang berdampingan lancar dan tanpa insiden. Ukuran dan kemiringan runner harus dikaitkan dengan fitur teknis lain dari tanur sembur. Namun, ada kemungkinan logam panas dan/atau terak stagnan dan meluap, dan ini memerlukan tindakan segera oleh operator rumah cor. Alat yang digunakan dalam operasi ini harus benar-benar kering; jika tidak, air dapat menguap secara tiba-tiba, yang menyebabkan ledakan.
Hal ini juga penting untuk memeriksa kondisi bukaan pelepasan ke dalam ladle dengan sangat hati-hati, karena zat padat dapat terbawa oleh aliran logam panas dan dapat memblokir gerbang yang memiliki penampang yang relatif kecil.
Taphole dapat terhalang (misalnya dengan kokas) selama penyadapan. Bor taphole biasanya digunakan untuk menghilangkan penghalang seperti itu, tetapi jika gagal, digunakan batang panjang (rabbles). Operasi ini berbahaya karena kemungkinan ledakan tiba-tiba logam panas dan terak. Oleh karena itu, sangat penting bagi operator cast house untuk memiliki akses langsung ke pintu keluar darurat yang bebas dari hambatan apa pun.
Perhatian terbesar harus diambil dalam konstruksi pelari terak. Mereka harus dilengkapi dengan gerbang yang mampu menahan logam panas dan kokas yang dibawa bersama terak untuk meminimalkan bahaya ledakan selama granulasi terak.
Salah satu pekerjaan terpenting dari operator rumah tuang yang terlibat dalam operasi penyadapan adalah mengawasi pengisian sendok logam panas, memastikan bahwa ini tidak melebihi tingkat di mana isinya mungkin tumpah selama pengangkutan, atau meluap selama pengisian. Karena sendok biasanya diisi satu demi satu, operator harus dapat mengarahkan aliran logam panas ke saluran yang sesuai. Pelari dan cerat yang dapat dimiringkan dan diayunkan juga memiliki keuntungan dalam meminimalkan risiko kelembaban pada lapisan tahan api, yang jauh lebih besar dengan gerbang konvensional, karena lapisan tersebut diperbarui setelah setiap operasi penyadapan.
Menjelang akhir penyadapan, aliran logam panas menjadi tidak teratur dan disertai dengan hembusan udara yang kuat dan saat tungku kosong, fenomena ini menjadi lebih sering. Pada saat yang sama, logam panas dan terak berhamburan dan akhirnya dapat menutupi seluruh area rumah cor. Untuk menghindari hal ini, lubang kran harus ditutup sesegera mungkin. Operator menggerakkan taphole gun ke atas taphole dan menyumbat lubang dengan menyuntikkan plugging clay dalam jumlah yang tepat.
