Sistem Angin Kebal Teroptimasi untuk Operasi Dapur Tinggi yang Efisien

Sistem Angin Kebal untuk Dapur Tinggi

Dapur tinggi (BF) menghasilkan besi cair (logam panas) melalui reduksi beban bijih dengan gas redutor. Gas redutor dihasilkan dari reaksi oksigen dengan kokos dan batu bara. Oksigen ini adalah bagian dari angin panas yang diperkaya dengan oksium yang ditiup dan didistribusikan di bagian bawah dapur tinggi melalui pipa lurus, pipa tiup dan tuyere. Set ini terhubung ke pipa bustle utama. Volume angin yang diperkaya dengan oksium dan ditiup untuk proses di dapur tinggi disediakan oleh penghembus angin. Penghembus angin ini mengambil angin dari atmosfer dan mengompresnya ke tekanan yang diperlukan. Angin terompres ini yang pada suhu sekitar 200 °C setelah kompresi diperkaya dengan oksium dan ditiup ke dalam stove panas di mana suhu dinaikkan hingga 1.200 hingga 1.250 °C. Angin panas ini kemudian dibawa ke pipa bustle melalui pipa utama angin panas. Sistem angin kebal dapur tinggi kapasitas modern beroperasi dengan suhu angin kebal hingga 1.350 °C dan tekanan angin kebal hingga 5 kg/cm² (g). Seluruh proses biasanya ditunjukkan dalam Fig 1.

Fig 1 Skema sistem angin kebal tipikal

Komponen utama sistem angin kebal dapur tinggi terdiri dari (i) penghembus angin, (ii) pipa utama angin dingin, (iii) stove panas bersama sistem pembakarnya, (iv) pipa utama angin panas, (v) pipa bustle, (vi) pipa tiup dan tuyere yang dikenal sebagai stok tuyere, (vii) sekelompok klep, dan (viii) instrumen kontrol.

Penghembus Angin

Penghembus angin adalah peralatan pertama dalam sistem angin kebal. Ia terletak di rumah penghembus dan dimaksudkan untuk menyediakan angin kebal dingin ke stove panas pada volume aliran konstan dan tekanan yang diinginkan. Oleh karena itu, kontrol perlindungan lonjakan adalah kontrol yang sangat penting untuk penghembus angin dapur tinggi. Biasanya dua buah penghembus angin disediakan untuk dapur tinggi. Ia menarik volume angin dari atmosfer dan mengompresnya ke tekanan yang diperlukan dan meniupnya ke pipa utama angin dingin. Angin terompres biasanya pada suhu 150 °C hingga 250 °C, yang merupakan suhu yang dihasilkan dari panas kompresi di penghembus angin. Penghembus angin dipenggerakkan oleh turbin uap atau motor listrik. Penghembus angin harus dioperasikan untuk memenuhi kondisi aliran angin yang pada gilirannya ditentukan oleh kondisi operasional dapur tinggi. Juga mereka perlu memiliki tingkat keandalan yang sangat tinggi karena kinerja dapur tinggi sangat bergantung pada kinerja penghembus.

Untuk menghasilkan angin kebal, sebagian besar dapur tinggi dilengkapi dengan turbo-penghembus sentrifugal yang disediakan dengan tiga atau empat tahap. Untuk beberapa dapur tinggi yang sangat besar, dua penghembus beroperasi secara paralel. Namun, dengan dapur tinggi yang sangat besar, penghembus aksial dapat digunakan lebih efisien. Dapur tinggi modern memiliki kompresor isothermal aksial atau aksial radial yang dirancang untuk menangani volume aliran angin yang besar dalam casing yang relatif kecil sambil mempertahankan efisiensi yang luar biasa.

Pipa Utama Angin Dingin

Pipa utama angin dingin menghubungkan penghembus angin dan stove panas. Biasanya tidak dilapisi karena suhu angin dingin biasanya antara 150 °C hingga 250 °C. Namun di beberapa dapur tinggi sebagai langkah hemat energi, saluran angin dingin diisolasi. Di ujung stove pipa utama angin dingin terdapat klep angin dingin untuk stove dan garis mixer yang dilengkapi dengan klep kupu-kupu. Untuk mempertahankan suhu angin panas konstan ke dapur tinggi, termokopel di pipa utama angin panas mengontrol klep kupu-kupu ini di garis mixer dan menyesuaikan jumlah angin yang dikirim ke stove dan jumlah yang melewatinya.

Ketika stove yang dipanaskan pertama kali menyala, suhu angin yang dipanaskan jauh lebih tinggi dari suhu angin panas yang diinginkan, sehingga sebagian besar angin harus melewati stove. Seiring panas diambil dari stove dan suhu menurun, klep kupu-kupu garis mixer harus secara bertahap tertutup dan memaksa lebih banyak angin melalui stove. Dalam beberapa sistem pergantian stove otomatis, posisi klep pengaturan digunakan sebagai sinyal yang memulai pergantian stove.

Pipa utama angin dingin juga dilengkapi dengan klep snort, biasanya terletak di dekat dapur tinggi yang dibuka ketika diperlukan untuk menurunkan tekanan angin kebal dengan cepat. Ini membuang angin dingin kebal ke atmosfer dan mempertahankan tekanan positif pada saluran angin dingin sehingga gas dari dapur tinggi tidak dapat kembali ke penghembus angin. Karena pembuangan udara yang cepat saat klep snort dibuka, biasanya dilengkapi dengan pemutus suara.

Di pabrik di mana angin kebal diperkaya dengan oksigen, oksigen dapat ditambahkan pada tekanan atmosfer ke inlet turbo-penghembus atau dapat ditambahkan dengan tekanan di pipa utama angin dingin. Kelembaban ditambahkan di pipa utama angin dingin ketika diperlukan untuk kontrol kelembaban angin kebal.

Stove Panas

Stove panas adalah fasilitas untuk menyediakan angin panas kebal secara kontinu ke dapur tinggi. Sebelum angin kebal dikirim ke tuyere dapur tinggi, ia dipanaskan sebelumnya dengan melewatinya melalui stove panas regeneratif yang dipanaskan terutama oleh pembakaran gas atas dapur tinggi (gas BF). Dengan cara ini, sebagian energi gas atas dikembalikan ke dapur tinggi dalam bentuk panas geser. Energi termal tambahan ini yang dikembalikan ke dapur tinggi sebagai panas mengurangi kebutuhan kokos dapur tinggi secara substansial dan memfasilitasi injeksi bahan bakar tambahan seperti bubuk batu bara sebagai pengganti kokos metalurgi yang mahal. Ini meningkatkan efisiensi proses. Stove panas dapur tinggi modern memiliki karakteristik berikut.

• Pencapaian pembakaran yang efisien – Pencapaian pembakaran yang efisien bahkan dalam operasi hanya dengan gas dapur tinggi.
• Radiasi panas yang lebih kecil dari badan stove.
• Biaya konstruksi rendah.
• Umur layanan stove yang tinggi - Umur layanan yang diharapkan dari stove modern sekitar 40 tahun.
• Eliminasi lengkap keretakan korosi stres.
• Konsentrasi CO yang tidak terbakar rendah di atas permukaan atas bata pemeriksa.

Sebagian besar dapur tinggi dilengkapi dengan tiga stove panas, meskipun di beberapa dapur tinggi ada empat stove. Stove adalah struktur baja silinder tinggi yang dilapisi isolasi dan hampir sepenuhnya diisi bata pemeriksa di mana panas disimpan dan kemudian ditransfer ke angin kebal. Setiap stove hampir sebesar diameter dapur tinggi, dan tinggi kolom pemeriksa sekitar 1,5 kali lebih tinggi dari tinggi kerja dapur tinggi. Di dapur tinggi modern, hubungan ukuran stove dengan ukuran dapur tinggi bahkan lebih besar. Stove panas telah dijelaskan secara terpisah dalam artikel https://www.ispatguru.com/generation-of-hot-air-blast-and-hot-blast-stoves/.

Angin panas kebal dikirim dari stove panas ke dapur tinggi melalui saluran besar yang dilapisi refraktori yang disebut pipa utama angin panas. Suhu konstan yang tinggi dari angin panas kebal sangat penting untuk operasi efisien dapur tinggi. Desain pipa utama angin panas bersama pipa bustle harus mengatasi gerakan sistem dan ekspansi sisa untuk operasi bebas masalah. Perancang pipa utama angin panas dapur tinggi menghadapi beberapa tantangan unik. Pipa utama angin panas biasanya adalah pipa berdiameter besar yang tunduk pada sejumlah komponen ekspansi termal. Sistem peregangan harus dirancang untuk menampung gerakan termal di arah X, Y dan Z dari koneksi cabang stove, pipa utama dan pipa bustle. Gerakan termal disebabkan oleh variasi suhu kulit yang disebabkan oleh media serta variasi suhu batang ikat dan struktur karena perubahan kondisi lingkungan. Pertimbangan juga harus diberikan pada gaya dan gerakan yang diimpos pada koneksi stove dan struktur serta stres dalam sistem pipa angin panas. Akhirnya, peregangan harus beroperasi selama kampanye dapur tinggi yang panjang dengan kebutuhan pemeliharaan yang minimal.

Klep dan Perabot

Ada sejumlah besar klep dan perabot yang dibutuhkan untuk sistem angin kebal. Beberapa klep utama diberikan di bawah ini.

• Klep angin dingin – Ini dimaksudkan untuk pemisahan lengkap stove dapur tinggi dari pipa utama angin dingin. Ia dipasang di pipa utama angin dingin horizontal di dekat stove.
• Klep snort – Ia dipasang di saluran utama angin dingin. Klep memiliki perangkat pengosongan. Ini digunakan untuk mengatur jumlah angin dingin yang disediakan ke stove, tanpa menciptakan tekanan balik pada penghembus, karena angin berlebih dibuang melalui perangkat pengosongan yang secara mekanis terhubung dengan klep utama untuk pembukaan / penutupan proporsional.
• Klep angin panas – Ini dimaksudkan untuk pemisahan stove angin panas dapur tinggi dari pipa utama angin panas, saat mengoperasikan stove dalam mode 'pada pemanasan' atau pada pemisahan lengkap dari dapur tinggi. Klep ini dipasang di pipa utama angin panas horizontal di dekat stove.
• Klep atmosfer – Ini dimaksudkan untuk melepaskan stove dapur tinggi dari arung.
• Klep throttel gas – Ini dirancang untuk kontrol gas yang disediakan ke pembakar gas stove angin panas dan pembuangan lengkap konduit pembakar gas baik pada operasi normal dan dalam kasus kegagian pasokan listrik. Ia dipasang di bagian vertikal saluran gas.
• Klep throttel campuran – Ini dimaksudkan untuk menyesuaikan laju angin dingin. Ia dipasang di bagian vertikal pipa utama angin dingin di dekat stove.
• Klep arung – Ini dimaksudkan untuk memisahkan stove dapur tinggi dari arung.
• Klep pemisah – Ini dirancang untuk overlap cepat bagian saluran angin campuran dalam kasus berhenti pasokan angin ke dapur tinggi. Ia dipasang di bagian horizontal saluran angin campuran angin dingin.

Pipa bundar berdiameter besar yang melingkari dapur tinggi di atas tingkat mantel disebut pipa bustle. Ia digunakan untuk mendistribusikan angin panas kebal dari pipa utama angin panas ke dalam dapur tinggi melalui sejumlah nozel yang disebut tuyere. Pipa bustle dilapisi refraktori secara internal untuk mengisolasi dan melindungi cangkang keluar baja dari udara panas di dalam.

Tuyere

Tuyere adalah pipa kecil yang memungkinkan udara panas dari pipa bustle masuk ke dapur tinggi. Mereka adalah nozel berbentuk khusus melalui mana angin panas kebal dituntaskan ke dalam dapur tinggi. Mereka terbuat dari tembaga dan biasanya ditinjak air karena mereka langsung terbuka pada suhu dapur tinggi. Mereka terletak di sekitar dapur tinggi seperti tulang kaki pada hub roda sepeda. Stok tuyere adalah rangkaian gooseneck, peregangan termal, pipa penghubung, siku, lubang intip, pipa tiup, pengaturan pemasang dan perangkat penguat. Stok tuyere, sebagai koneksi antara pipa bustle dan tuyere, menyesuaikan gerakan relatif antara sistem pengiriman angin panas dan dapur tinggi.

Pipa tiup, yang menghubungkan sistem angin panas ke tuyere, pasang di tempat duduk bola yang diproses di dasar tuyere. Pendingin tuyere dan tuyere ditinjak air. Pada dapur tinggi modern yang menggunakan suhu angin panas di atas 1150 °C, saluran air badan tuyere dirancang untuk menjaga kecepatan air di atas 20 m/detik dan saluran air hidung tuyere dirancang untuk menjaga kecepatan air di atas 28 m/detik untuk meningkatkan tingkat transfer panas. Di beberapa dapur tinggi modern hidung pipa tiup juga ditinjak air, meskipun di sebagian besar dapur tua ini tidak dilakukan. Tongkat injeksi bahan bakar masuk melalui dinding pipa tiup dan biasanya membuang bahan bakar sedikit di luar garis tengah dan sekitar 50 mm dari hidung pipa tiup. Beberapa dapur tinggi dilengkapi sistem injeksi ganda yang memiliki dua pembukaan di pipa tiup untuk memfasilitasi beberapa bahan bakar tuyere. Dengan penggunaan yang meningkat dari bubuk batu bara sebagai bahan bakar tuyere, penempatan tongkat injeksi menjadi lebih penting untuk mencegah impingement di dalam tuyere dan untuk pembakaran batu bara yang lebih baik. Pipa tiup dipegang erat terhadap tuyere oleh tegangan tongkat tali, yang menghubungkan stok tuyere dengan jaket hearth. Pegas tali di ujung tongkat tali memungkinkan gerakan terbatas saat pipa tiup melebar dan menyusut dengan perubahan suhu angin panas. Pipa tiup itu sendiri adalah tabung baja alloy yang dilapisi bahan tahan api untuk mencegah logam menjadi terlalu panas.

Komponen utama stok tuyere terhubung erat dengan permukaan siku yang dipoles oleh pengaturan berurutan yang erat dari bagian berikutnya pada bagian sebelumnya. Dengan demikian, permukaan siku yang pas erat menyediakan integritas bocor-rangka dari sambungan. Gangguan siklus pemanasan operasional serta kebocoran salah satu sambungan dalam stok tuyere mengakibatkan pembakaran elemen konstruksi dan kegagalan.

Tuyere, pendingin tuyere dan pipa tiup beroperasi dalam kondisi suhu paling berat. Pendingin tuyere ditempatkan di dada lapisan dapur tinggi. Nozel digabungkan dengan tuyere yang sudah 250 mm hingga 350 mm dalam tubuh dapur tinggi.

Pipa tiup biasanya terbuat dari baja dengan lapisan dari lapisan tahan api keramik khusus. Tuyere terbuat dari tembaga. Sebelumnya tuyere jenis seni terbuat dari lembaran tembaga ditekan, tebal dinding hingga 8 mm. Bahan hari ini tuyere biasanya terbuat dari tembaga cor sentrifugal yang memastikan umur operasi maksimal tuyere melalui kemanufacturan yang tinggi yang menyediakan homogenitas material tertinggi dan tanpa pori mikro. Namun metode ini sedikit lebih mahal daripada pembuatan tuyere dengan cor vakum. Metode terakhir juga terkadang diterapkan dalam produksi tuyere dan memiliki biaya konversi yang lebih kecil tetapi ada kemungkinan sedikit tidak homogenitas material. Bagaimanapun, metode cor produksi tuyere hampir telah menggantikan aplikasi konstruksi terpadu tuyere meskipun kapasitas operasional yang lebih rendah meskipun biaya produksi yang lebih rendah yang juga terkait dengan cor pendingin tuyere tembaga rongga. Pendingin tuyere juga diproduksi melalui cor dan terbuat dari tembaga (lebih jarang dari bronze). Ia dipasang di dada lapisan dapur tinggi dan diperbaiki melalui flange dengan pengelasan tambahan ke jaket hearth.

Tuyere dapur tinggi ditinjak oleh air yang disuplai pada laju 15 – 25 cum/jam langsung ke wajah dalam tuyere. Suhu pemanasan air pendingin yang dikeluarkan tidak boleh melebihi 15 °C. Tekanan air pendingin yang disuplai ke wajah tuyere dan pendingin tuyere biasanya tidak melebihi 5 – 10 kg/cm². Penggunaan tembaga (dengan kandungan min. 99,5% Cu) sebagai bahan konstruksi memungkinkan pengeluaran panas secara efektif dari badan cono tuyere yang beroperasi dalam kondisi sangat panas.

Di belakang stok tuyere pada garis tengah pipa tiup dan tuyere ada pembukaan kecil melalui mana tongkat dapat dimasukkan untuk membersihkan materi dari pipa tiup. Pembukaan ditutup oleh tutup yang dapat dibuka ketika diperlukan tetapi gas-tight saat ditutup. Di tutup ini, yang disebut tutup tuyere atau wicket, ada lubang intip yang dilapisi kaca yang memungkinkan operator untuk memeriksa interior dapur tinggi secara langsung di depan tuyere. Bagian atas stok terhubung oleh sambungan berputar ke nozel tahan api dari gooseneck yang kepadanya ia dipaket dengan lug dan kunci yang pas di tempat duduk batang gantung. Setiap gooseneck pada gilirannya terhubung oleh flange dan baut ke leher yang mengarah radial dari diameter dalam pipa bustle. Stok tuyere dirancang untuk umur layanan panjang dan penanganan mudah. Skema stok tuyere tipikal ditunjukkan dalam Fig. 2.

Fig 2 Skema stok tuyere tipikal