Peran Krusial Perut Tungku, Dead Man, dan Penguncian dalam Performa Tungku Pancaran

Pengaruh Kualitas Bijih Besi terhadap Tungku Pancaran

Tren penurunan kualitas bijih dilihat pada saat ini dengan permintaan bijih besi yang meningkat. Penurunan kualitas bijih diiringi dengan jumlah scoria yang lebih tinggi yang berakh­ir mempengaruhi penurunan beban dan aliran cair melalui dasar tungku. Kondisi ini memberikan katalis untuk mekanisme aus lining dengan lining bosh, stack dan dasar yang mendapat tekanan tambahan. Penguncian di tungku pancaran terganggu secara berakibat dan saluran dan runner di cast house mendapat tekanan karena volume scoria yang lebih tinggi. Semua ini memberikan tekanan yang meningkat pada operasi tungku pancaran.

Kualitas bijih besi yang buruk mempengaruhi operasi tungku pancaran dengan cara berikut.

• Volume scoria – Kualitas bijih besi yang buruk membawa ke dalam tungku jumlah impurity yang lebih tinggi sehingga meningkatkan volume scoria.
• Beban panas – Kondisi termal tungku mengalami perubahan karena sejumlah besar panas diperlukan untuk meleleh scoria tambahan serta untuk menjaganya dalam keadaan cair yang tepat untuk drainase. Ini memperkenalkan beban panas yang lebih tinggi di dalam tungku pancaran.
• Laju kokoh dan produktivitas – Volume scoria yang meningkat memerlukan input bahan bakar yang lebih tinggi ke dalam tungku, dan di mana tingkat injeksi bubuk batubara sudah berjalan di tingkat optimal, ini menghasilkan laju kokoh yang lebih tinggi. Kokoh yang lebih tinggi berarti pengenalan jumlah abu yang lebih tinggi ke dalam tungku yang mengakibatkan peningkatan volume scoria lebih lanjut. Ini memiliki efek yang merusak pada produktivitas tungku.
• Stabilitas proses – Penurunan kualitas bijih mempengaruhi stabilitas proses secara berakibat dan memiliki efek yang tidak menguntungkan pada operasi yang lancar tungku pancaran.

Akibat faktor-faktor di atas, proses produksi di tungku pancaran bervariasi secara luas. Variasi yang luas dalam proses memiliki konsekuensi dalam hal komposisi scoria dan oleh karena itu kualitas logam panas. Faktor-faktor di atas juga mempengaruhi proses di banyak area lain seperti yang diberikan di bawah ini.

• Volume scoria yang lebih tinggi mempengaruhi aliran gas.
• Dengan volume scoria yang lebih tinggi, aliran cair melalui dasar lebih tantang, menyebabkan peningkatan level cair yang berfluktuasi di dasar. Dalam kasus ekstrim, penurunan beban terpengaruh.
• Kecelakaan yang meningkat dalam aliran gas yang terganggu karena kualitas bijih yang buruk cenderung muncul sebagai peningkatan hanging dengan slip yang lebih sering dan parah. Ini berakhir berfungsi sebagai katalis untuk aus lining yang lebih besar, dengan lining bosh, stack dan dasar yang mendapat lebih banyak tekanan.
• Tingkat scoria yang lebih tinggi memberikan kendala besar di cast house karena sistem saluran dan runner tungku di cast house menjadi bottleneck dalam menampung volume scoria yang lebih tinggi.

Untuk mengakomodasi hal di atas dan banyak skenario lain yang dapat diharapkan selama operasi tungku pancaran, sejumlah tindakan diperlukan untuk memiliki kontrol yang memadai selama pencetakan tungku pancaran, untuk mencegah tungku beroperasi terlalu dingin atau panas, dan untuk operasi yang lancar tungku pancaran. Tindakan ini mencakup (i) manajemen dasar untuk drainase yang optimal dan aus minimum untuk menanggulangi volume scoria yang lebih tinggi, (ii) menyesuaikan strategi proses dan beban untuk stabilitas optimal dan beban panas yang diminimalkan pada dinding tungku, (iii) pemantauan yang ketat dan pemeliharaan yang tepat terhadap sistem pendinginan tungku pancaran sehingga dapat menyerap beban panas yang lebih tinggi, dan (iv) penilaian dan de-bottlenecking tata letak cast house yang ada untuk aliran cair yang meningkat.

Hasil dasar, dead man dan aliran logam panas dan scoria menuju lubang tapan selama pencetakan tungku dapat dilihat dalam Fig 1.

Fig 1 Dasar, dead man dan aliran logam panas dan scoria selama pencetakan

Dasar Tungku Pancaran dan Dead Man

Kondisi dasar memainkan peran paling penting untuk operasi tungku yang stabil dan umur kampanye panjang. Wilayah terendah di tungku pancaran ini terpapar logam panas (besi cair) dan scoria cair yang dalam kontak langsung dengan bahan refraktori, menyebabkan erosi yang parah dan serangan kimia dan termal pada lining dasar. Lingkungan yang paling agresif di dasar tungku biasanya ditemukan di dekat lubang tapan, yang tunduk pada stres termal tinggi dan kecepatan aliran cair. Manajemen lubang tapan (terintegrasi dengan teknik panduan operasional lainnya) krusial dalam kinerja dasar dan, oleh karena itu, dalam operasi tungku secara keseluruhan.

Dasar adalah bagian terendah, namun paling penting dari tungku pancaran. Umur kampanye tungku sangat bergantung pada ketahanan dasarnya. Dinding samping dan dasar dasar biasanya dibangun dengan blok atau bata berbasis karbon yang digabungkan dengan keramik berkualitas tinggi.

Dalam prinsipnya ada dua desain dasar dasar. Yang pertama adalah desain blok atau bata kecil sementara yang kedua adalah desain blok besar. Perbedaan desain adalah karena ukuran bahan refraktori. Keuntungan utama dari dasar blok kecil adalah kemudahan konstruksi, karena bata dapat ditempatkan secara manual dan di-mortir di semua sisi. Keuntungan lain adalah bata kurang rentan terhadap retakan karena dasar secara keseluruhan dasarnya sudah retak. Namun, ini juga merupakan kekurangan karena setiap sambungan dapat berfungsi sebagai hambatan transfer panas, terutama jika ada gerakan dan sambungan menjadi celah. Blok besar tidak menderita kekurangan yang sama karena ada jauh lebih sedikit sambungan. Namun karena ekspansi termal, blok besar cenderung retak, sehingga menyebabkan hambatan transfer panas yang serupa.

Dalam dua desain dasar ini ada beberapa variasi, dan beberapa kesamaan antara desain blok besar dan kecil. Kesamaan dan perbedaan ini adalah jenis bahan refraktori yang digunakan terhadap dinding, wajah panas, dan di sekitar lubang tapan. Pertimbangan terbesar adalah transfer panas dari interior tungku ke medium pendingin. Untuk ini, berbagai jenis bahan refraktori biasanya digunakan. Umumnya, biaya meningkat dengan konduktivitas termal. Meskipun akan sangat mahal, dasar terbaik dalam teori dibangun dengan bahan refraktori konduktivitas tertinggi. Dasar tersebut akan abadi dan tidak akan pernah aus (karena freeze lining yang melindungi bahan refraktori), namun itu juga akan mengambil begitu banyak panas dari tungku sehingga biaya operasional akan tinggi. Dasar tersebut akan pendingin begitu cepat selama shutdown tungku sehingga akan sulit untuk memulai ulang, yang mengarah pada biaya yang lebih tinggi lagi. Biasanya dalam desain dasar, keseimbangan dijaga antara faktor-faktor yang disebutkan di atas.

Lining dasar dilengkapi dengan sejumlah termokopel dan elemen pendingin. Dead man terletak di bawah zona kokoh aktif dan (sebagian besar) di bawah raceways. Bagian atas dead man berbentuk kerucut dengan puncak bulat di wilayah antara raceways. Kemiringan dari puncak dead man ke raceways hampir sama dengan sudut reposa dari kokoh yang diisi. Dasar terutama dihuni oleh kandang kokoh, yang merupakan bagian dari dead man yang meluas dari level tuyere.

Besilah cair dan scoria yang menetes dari zona cohesif terkumpul di ruang kosong dead man. Akibat gravitasi, cairan segregasi menjadi dua lapisan berbeda dengan besi yang lebih berat di dasar dan scoria yang lebih ringan di atas. Karena besi dan scoria terus menetes dari zona cohesif, titik besi harus tenggelam melalui lapisan scoria ke dasar. Lapisan atas oleh karena itu terdiri dari campuran scoria dan titik besi. Porositas dead man antara 0,3 dan 0,5, yang menunjukkan bahwa hanya 30 % hingga 50 % dari total volume yang tersedia untuk cairan jika dead man sepenuhnya mengisi dasar. Faktanya, dead man mungkin berada di dasar dasar, atau mengambang sebagian atau sepenuhnya di dalam mandi cair jika gaya apung cairan cukup untuk mengangkat dead man. Dead man yang mengambang sebagian berada di dasar dasar tengah dan menyebabkan zona bebas kokoh berbentuk lingkar di tepi dasar, yang menawarkan sedikit hambatan aliran saat dasar dikosongkan. Oleh karena itu, aliran sirkul terbentuk, menjadi alasan utama dari aus berbentuk ‘elephant foot’ di dasar.

Studi disseksi dari tungku pancaran yang di pendingin telah menunjukkan bahwa ada kandang kokoh yang hampir stagnan di inti tungku antara raceways dan di dasar. Zona stagnan, di mana kokoh turun dengan kecepatan yang sangat dikurangi, telah diberi nama ‘dead man’ karena sebelumnya diasumsikan bahwa zona ini tidak memiliki efek aktif pada fungsi proses. Namun, asumsi ini kemudian terbukti salah karena studi yang lebih relevan mengungkapkan bahwa dead man memainkan peran kunci dalam operasi tungku pancaran. Studi yang terkait dengan dead man biasanya dilakukan dengan menggunakan model fisik dan/atau matematika karena kondisi dead man tidak dapat diukur secara langsung di tungku yang beroperasi karena suhu tinggi, aus, dan lingkungan yang sangat antagonis untuk probe pengukuran.

Bagian atas dead man berbentuk kerucut dengan puncak bulat di wilayah antara raceways dan dapat meluas dari dasar dasar hingga jauh di atas level tuyere. Tinggi dead man bergantung pada ukuran tungku dan kondisi operasional seperti laju kokoh, kecepatan tiup, penurunan beban, dan tingkat pembaharuan dead man. Kerugian massa/volume padat karena penyusutan (reduksi) bijih besi dan meleleh sangat mempengaruhi pola aliran padat dan oleh karena itu juga profil dead man. Juga telah ditemukan bahwa tinggi dead menurun seiring dengan peningkatan tingkat konsumsi padat.

Batas atas dead man telah menjadi subjek banyak penelitian baik secara teoretis maupun eksperimental. Penelitian ini telah menunjukkan bahwa dead man dikelilingi oleh zona quasi-stagnan di mana partikel yang diisi akhirnya bergerak ke raceway. Ukuran dead man sensitif terhadap apakah operasi tungku dilakukan dengan atau tanpa ‘pulverized coal injection’. Penelitian juga telah menunjukkan bahwa dead man diperbarui dari wilayah aliran pusat kecil di puncak dead man. Oleh karena itu, permeabilitas dead man yang baik dapat dipertahankan dengan mengisi kokoh besar berkualitas tinggi di tengah tungku pancaran. Juga telah ditemukan bahwa akumulasi dan pengangkatan siklikal cairan di dasar akibat operasi pencetakan berkaitan erat dengan proses pembaharuan dead man. Partikel dead man bergerak secara bertahap ke dalam raceway saat operasi pencetakan diulang. Pembaharuan partikel terjadi dengan cara bahwa partikel ‘lama’ dipaksa untuk keluar dari dead man oleh gaya apung (yang diberikan pada bagian terendam dead man) dan partikel ‘baru’ masuk untuk mengisi dead man melalui permukaan atasnya.

Kondisi dead man dan bentuk dasar memiliki pengaruh kuat terhadap aus lining dasar dan drainase cairan dari dasar tungku pancaran. Dead man terendam dalam mandi cair besar dan tunduk pada gaya apung cairan yang bekerja padanya. Ketika gaya apung cairan cukup untuk mengangkat dead man, zona bebas kokoh terbentuk di bawah dead man, sehingga menciptakan jalur bebas untuk aliran cairan. Dead man memiliki perilaku dinamis karena bergerak dengan level cairan yang bervariasi. Telah ditemukan bahwa gerakan dead man dipengaruhi oleh histeresis saat naik dan turun di dasar.

Bentuk dead man ditentukan oleh beberapa faktor. Ini dapat diestimasi dengan keseimbangan antara gaya yang menekan dead man ke bawah dan gaya apung besi dan scoria di dasar. Gaya apung relatif mudah diestimasi karena merupakan fungsi dari level cairan dan porositas dead man. Namun, gaya yang bekerja ke bawah, yang biasanya diekspresikan dalam bentuk tekanan, tergantung pada kondisi tungku, seperti berat beban, panjang raceway, holdup cairan dan gas drag. Berat beban di atas level tuyere dikompensasi oleh tekanan pengangkat dari gas yang mengalir ke atas dan tekanan yang bekerja ke bawah di bawah raceways (yaitu, wilayah di bawah raceways) hanya dianggap berasal dari bobot dead man. Di sisi lain, tekanan yang bekerja ke bawah di wilayah pusat diformulasikan sebagai fungsi dari bobot dead man, holdup cairan dan tekanan dinamis aliran partikel. Tekanan dinamis, yang disebabkan oleh aliran partikel yang konvergen di dalam zona kokoh aktif, diasumsikan menurun secara linear sepanjang dimensi radial dari pusat tungku ke depan raceway. Biasanya terlihat bahwa dead man melayang lebih tinggi di bawah raceways. Distribusi tekanan yang bekerja ke bawah memainkan peran krusial dalam membentuk dasar dead man. Beberapa studi telah mengklasifikasikan kondisi melayang dead man menjadi empat kategori yaitu (i) duduk, (ii) melayang sebagian di dinding, (iii) melayang sepenuhnya dengan dasar datar, dan (iv) melayang sepenuhnya, tetapi melayang lebih tinggi di dekat dinding.

Pencetakan Tungku Pancaran

Pencetakan tungku pancaran diperlukan tidak hanya untuk menyampaikan produk tungku pancaran, tetapi juga esensial untuk keselamatan tungku dan operator di cast house. Pencetakan tungku pancaran, juga terkadang disebut sebagai casting atau drainage, adalah proses yang menghapus besi panas dan scoria cair dari dasar tungku pancaran. Teknologi pencetakan tungku pancaran saat ini menggunakan full pool practice. Praktik ini merujuk pada teknologi untuk menjaga saluran terisi dengan besi panas dan scoria cair selama periode pendek ketika tungku tidak sedang dicetak. Saat tapan berikutnya, saluran masih cair, sehingga lebih mudah untuk memisahkan besi dan scoria, serta untuk mempertahankan panas di saluran, menghasilkan besi yang lebih bersih dan lebih panas yang dikirim ke steel melting shop melalui transportasi kereta api dalam ladle open top atau torpedo yang dilapisi refraktori.

Proses pencetakan secara kritis menentukan tekanan gas di dalam tungku dan sisa jumlah besi cair dan scoria di dasar. Drainase dasar yang buruk biasanya mengarah pada operasi tungku yang tidak stabil yang umumnya terkait dengan kerugian yang signifikan dalam produktivitas dan umur kampanye tungku. Drainase yang tidak efisien juga menghasilkan akumulasi berlebihan cairan dan oleh karena itu level cairan yang tinggi di dasar. Jika cairan (scoria) mendekati level tuyere, aliran gas reduksi di bosh sangat terganggu, sering mengakibatkan penurunan beban yang tidak teratur yang dikenal sebagai hanging dan slipping.

Siklus pencetakan dimulai saat lubang tapan dibor terbuka dan diakhiri dengan memasang plug lubang tapan dengan massa lubang tapan ketika gas tungku meledak keluar. Pada akhir pencetakan, antarmuka gas-scoria miring ke arah lubang tapan dan jumlah scoria yang cukup besar tetap di atas level lubang tapan. Fase besi dapat dialirkan dari level di bawah lubang tapan karena gradien tekanan yang besar yang berkembang di dekat lubang tapan dalam fase scoria yang viskous. Oleh karena itu, antarmuka scoria-besi rata-rata lebih rendah dari level lubang tapan. Bergantung pada sejumlah faktor, seperti tingkat produksi cairan, volume dasar dan strategi pencetakan, tahap awal siklus pencetakan bervariasi dan dapat dikategorikan sebagai berikut.

• Iron first - Ini terjadi jika antarmuka scoria-besi di atas level lubang tapan saat lubang tapan dibor terbuka. Siklus pencetakan dimulai dengan aliran keluar besi saja, dan scoria mulai mengalir nanti saat antarmuka scoria-besi telah turun ke lubang tapan. Setelah ini, besi dan scoria dialirkan secara bersamaan sampai akhir pencetakan. Waktu yang berlalu dari awal pencetakan sampai scoria memasuki runner disebut slag delay.
• Simultaneous – Pola ini muncul jika antarmuka scoria-besi berada di dalam, atau pada kedalaman terhingga di bawah lubang tapan saat pencetakan dimulai. Gradien tekanan yang tinggi dalam fase scoria dapat mempromosikan aliran besi, atau bahkan menarik besi ke atas dari di bawah lubang tapan. Akibatnya, besi dan scoria dialirkan bersama selama seluruh periode pencetakan.
• Slag first- Ini berlawanan dengan pola iron first. Dalam pola ini scoria mengalir keluar pada awalnya dan besi setelah penundaan. Ini karena antarmuka scoria-besi jauh di bawah lubang tapan saat pencetakan dimulai, dan fenomena dapat diamati di tungku besar dengan beberapa lubang tapan. Gradien tekanan yang disebabkan oleh scoria viskous pada awalnya tidak cukup untuk mengangkat besi ke atas.

Persyaratan utama dari pencetakan adalah untuk mengamankan dengan andal tingkat produk tungku yang diinginkan. Oleh karena itu, penentuan faktor yang mempengaruhi tingkat pencetakan penting. Biasanya di tungku pancaran besar, tingkat pencetakan 7 ton/min, dan kecepatan pencetakan cairan 5 m/sec, di lubang tapan diameter 70 mm dan panjang 3.5 m biasanya ditemui. Kondisi lubang tapan dan panjang lubang tapan sangat mempengaruhi tingkat pencetakan. Ketika tungku pancaran dalam operasi, lubang tapan sepenuhnya terisi dengan bahan refraktori yang dikenal sebagai massa lubang tapan.

Faktor penting yang sering menyebabkan kesulitan selama operasi pencetakan adalah (i) defect pada gun lubang tapan dan bor, atau perataan yang salah dari mereka ke lubang tapan, (ii) kondisi buruk dari lubang tapan, spout pencetakan, skimmer, gate dan runner miring, swing atau lainnya, (iii) kapasitas yang tidak memadai dari ladle untuk transportasi logam panas, dan (iv) masalah dalam sistem untuk granulasi scoria serta ruang yang tidak memadai di lumpur scoria.

Jadwal pencetakan tergantung pada jumlah besi cair dan scoria, ukuran dasar, tingkat pencetakan dan operasi persiapan yang diperlukan antara setiap operasi pencetakan. Segera sebelum pencetakan biasanya lubang tapan, fungsi yang benar, posisi dan perataan gun lubang tapan dan bor harus diperiksa untuk memastikan bahwa mereka selaras dengan benar ke lubang tapan (jika diperlukan, posisi mereka dapat dikoreksi). Keuntungan dari praktik ini adalah bahwa itu memungkinkan pemeriksaan akhir untuk dilakukan untuk defect atau penyesuaian yang belum tercatat dan membuatnya mungkin untuk memperbaiki mereka. Lubang tapan dibuka dengan bor dengan ukuran tertentu, tergantung pada kondisi operasional, dan dalam beberapa kasus bagian terakhir dari plug dipukul masuk. Jika lubang bor tidak cukup panjang, lubang tapan harus dibuka dengan lancing oksigen, mengambil semua tindakan yang diperlukan untuk penggunaan oksigen.

Pencetakan dapat terganggu jika jet logam panas mengalir ke runner basah, karena ini dapat menyebabkan mendidih di runner, diiringi peledakan. Oleh karena itu esensial untuk melakukan pemeriksaan yang menyeluruh dan mengeringkan saluran dan runner dengan baik, karena mendidih di runner sering mencapai proporsi yang pencetakan operasi harus diinterupsi. Ini adalah salah satu alasan mengapa jalur keluar darurat harus dijaga bebas setiap saat.

Menghentikan pencetakan saat sedang berlangsung adalah operasi yang memerlukan daya maksimum dari gun lubang tapan (karena plugging harus menentang gaya penuh aliran logam cair). Dalam beberapa kasus diperlukan untuk mengurangi tiupan dan tekanan atas cukup untuk memungkinkan lubang tapan ditutup. Perbaikan improvisasi cepat dilakukan pada bagian yang rusak dari runner, menggunakan bahan kering.

Jika gun lubang tapan dipindahkan dari lubang tapan terlalu cepat, ada bahaya bahwa plug tanah liat yang diinjeksikan ke dalam lubang tapan mungkin tiba-tiba dikeluarkan dengan peledakan, karena bahan mungkin belum memiliki waktu untuk membeku. Karena ini, operator cast house harus berada di luar ‘garis api’, jika ledakan tersebut terjadi.

Aliran scoria yang mendahului logam panas di awal pencetakan juga dapat menyebabkan gangguan. Dalam hal ini operator cast house diminta untuk melakukan penyesuaian di area sekitar lubang tapan dan runner, untuk mengarahkan scoria menuju runner yang dimaksudkan untuk mengangkutnya. Ini adalah salah satu alasan mengapa harus ada ruang bebas yang tersedia di depan lubang tapan di kedua sisi runner besi, dan ruang ini harus sebesar mungkin.

Tugas utama operator cast house, selama operasi pencetakan normal, adalah untuk memastikan bahwa aliran logam panas dan scoria cair ke ladle transportasi atau instalasi bersebelahan lancar dan tanpa insiden. Ukuran dan kemiringan runner harus berkaitan dengan fitur teknis lainnya dari tungku pancaran. Namun, ada kemungkinan logam panas dan/atau scoria stagnan dan meluap, dan ini memerlukan tindakan segera oleh operator cast house. Alat yang digunakan dalam operasi ini harus sepenuhnya kering; jika tidak air dapat tiba-tiba berubah menjadi uap, yang mengakibatkan peledakan.

Juga penting untuk memeriksa kondisi pembukaan pengeluaran ke ladle dengan sangat hati-hati, karena materi padat mungkin dibawa bersama aliran logam panas dan dapat memblokir gate yang memiliki cross-section yang relatif kecil.

Lubang tapan dapat tersumbat (misalnya oleh kokoh) selama pencetakan. Bor lubang tapan biasanya digunakan untuk menghalau halangan tersebut, tetapi jika gagal, batang panjang (rabbles) digunakan. Operasi ini berbahaya karena kemungkinan ledakan tiba-tiba dari logam panas dan scoria. Oleh karena itu esensial bagi operator cast house untuk memiliki akses segera ke jalur keluar darurat yang bebas dari halangan apa pun.

Perhatian terbesar harus diberikan dalam konstruksi runner scoria. Mereka harus dilengkapi dengan gate yang mampu menahan logam panas dan kokoh yang dibawa bersama scoria untuk meminimalkan bahaya peledakan selama granulasi scoria.

Salah satu tugas terpenting dari operator cast house yang terlibat dalam operasi pencetakan adalah untuk memantau pengisian ladle logam panas, memastikan bahwa ini tidak melebihi level di mana isinya mungkin tumpah selama transportasi, atau meluap saat diisi. Karena ladle biasanya diisi satu demi satu, operator harus dapat mengarahkan aliran logam panas ke saluran yang tepat. Runner dan spout miring dan swing juga memiliki keuntungan meminimalkan risiko kelembaban pada lining refraktori, yang jauh lebih besar dengan gate konvensional, karena lining diperbarui setelah setiap operasi pencetakan.

Di akhir pencetakan, aliran logam panas menjadi tidak teratur dan diiringi oleh tiupan udara yang kuat dan saat dasar kosong, fenomena ini semakin sering. Pada saat yang sama, logam panas dan scoria melucut dan akhirnya dapat menutupi seluruh area cast house. Untuk menghindari ini, lubang tapan harus ditutup segera mungkin. Operator memindahkan gun lubang tapan ke lubang tapan dan menutup lubang dengan menginjeksikan jumlah yang tepat dari tanah liat plugging.