Prácticas de operación y vida de campaña de un alto horno

Prácticas de operación y vida de campaña de un alto horno

El costo de reconstruir o revestir un alto horno (BF) es muy alto. Por lo tanto, las técnicas para prolongar la vida útil de la campaña BF son importantes y deben llevarse a cabo de manera muy activa.

Los BF grandes suelen tener una producción de campaña ligeramente superior por unidad de volumen. Esta diferencia se debe a que los BF más grandes generalmente tienen un diseño más moderno y están bien automatizados. Ya que la viabilidad de una planta siderúrgica integrada depende de un suministro continuo de metal caliente (HM), lo que en una planta con un número reducido de hornos grandes pone gran importancia en una larga vida de campaña.

Las técnicas para la prolongación de la vida útil de la campaña BF (Fig. 1) se incluyen en las siguientes tres categorías.

• Prácticas operativas:el control del proceso de BF tiene un efecto importante en la vida de la campaña. BF debe funcionar no solo para satisfacer las necesidades de producción sino también para maximizar su vida útil. Por lo tanto, es necesario modificar las prácticas operativas a medida que avanza la campaña y en respuesta a las áreas problemáticas para maximizar la vida útil de la campaña.
• Acciones correctivas:una vez que el desgaste o daño que afecta la vida útil del BF se vuelve evidente, se deben usar o desarrollar técnicas de reparación de ingeniería para maximizar la vida útil de la campaña.
• Diseños mejorados:a medida que se desarrollen materiales y equipos mejorados, estos se incorporarán en reconstrucciones futuras para extender la vida útil de las áreas críticas del BF, donde sea rentable hacerlo.

Fig. 1 Técnicas para prolongar la vida útil de la campaña de alto horno

En este artículo se analizan las prácticas operativas para mejorar la vida de la campaña. Las prácticas operativas que afectan la vida de la campaña BF se describen a continuación.

Productividad

La productividad de un BF normalmente se expresa en toneladas (t) de HM por unidad de volumen de BF (cum) por día. La alta productividad implica un mayor rendimiento de materiales a tasas de descenso de carga más altas, con una mayor actividad del hogar para eliminar la mayor cantidad de productos líquidos. La estabilidad de la operación se ve afectada cuando el BF se impulsa con fuerza, entonces el descenso de la carga es menos suave y la zona de fusión es más alta. Esto afecta el desgaste de la pared del BF. El mayor rendimiento de Los productos líquidos aceleran el desgaste del hogar y dan como resultado condiciones más duras para el orificio del grifo.

La baja productividad implica períodos prolongados de bajo volumen de chorro caliente, lo que da como resultado una menor penetración del chorro y un aumento del flujo de gas hacia arriba de la pared BF, a menos que se realicen las modificaciones adecuadas en la distribución de la carga. Por lo general, las pausas de producción son largas tener un efecto perjudicial en la condición del hogar.

Al considerar el nivel de productividad de los BF que lograron una campaña de larga duración, está claro que estos BF no se operaron a su máximo potencial durante la mayor parte de la campaña.  Lo común El factor es una operación estable y consistente, con prácticas empleadas para monitorear y proteger las paredes y el hogar. Tal operación se logra más fácilmente a niveles de producción por debajo de la producción máxima. Sin embargo, es difícil definir un valor universal del índice de productividad (t/cum/ día) para lograr esto, ya que el índice también se ve afectado por varios factores además de la velocidad de conducción del BF. Estos son la forma interna del BF, el estado de desgaste del refractario, las condiciones de operación locales y los períodos de mantenimiento, etc.

Para maximizar la vida útil de la campaña, se necesita una estrategia que permita que el BF opere de manera estable y controlada. Muchas reconstrucciones del BF han implicado aumentar el volumen interno, no para aumentar la producción, sino para permitir que se cumplan los objetivos de producción a niveles de productividad más bajos y, por lo tanto, ofrecer el potencial para una operación más estable y una vida útil más larga de la campaña.

Es un hecho que las paradas frecuentes de un BF reducen su productividad, pero la vida útil de la campaña también se reduce debido al número excesivo de operaciones de parada/arranque. La producción de la campaña por unidad de volumen se reduce. desproporcionadamente al porcentaje de tiempo de inactividad. Las campañas largas, medidas según este criterio, se logran mejor con el funcionamiento continuo de BF sin paradas prolongadas.

También se necesitan reducciones a corto plazo en la productividad para atender las áreas problemáticas identificadas en el BF, a fin de proteger la integridad del horno, evitando así un final prematuro de la campaña.

Carga

Para una operación estable de BF a niveles de productividad razonables, se necesita coque de buena calidad. De hecho, el coque es una de las razones principales del período de operación deficiente. Los períodos de operación deficientes a menudo resultan en operaciones erráticas e incluso enfriadas que son potencialmente destructivas para el revestimiento BF y, por lo tanto, para la vida de la campaña.

El coque debe ser fuerte y estabilizado para soportar el peso de la carga con una avería mecánica mínima. Debe ser lo suficientemente grande y de tamaño reducido, con un mínimo de finos para crear un lecho permeable a través del cual Los líquidos pueden gotear hacia el hogar sin restringir los gases ascendentes. Se necesita un tamaño constante para evitar variaciones no deseadas en la permeabilidad y para apoyar el concepto de variar el espesor de la capa de coque a lo largo del radio BF para controlar el flujo de gas radial. El coque debe ser lo suficientemente no reacciona a la pérdida de solución, conserva su resistencia en tales condiciones y tiene un bajo contenido de álcalis para minimizar la gasificación de álcalis en la pista de rodadura, que tiene un efecto nocivo en la descomposición del coque y en los refractarios del horno. su efecto sobre el estado térmico del proceso.

A altos niveles de inyección de hidrocarburos en la tobera, hay una reducción correspondiente en la proporción de coque cargado y, en consecuencia, la calidad del coque se vuelve aún más importante.

Es difícil especificar una calidad de coque universal, para una operación estable compatible con una larga vida útil del alto horno, ya que no solo los diferentes tipos de operación tienen diferentes requisitos de coque, sino que también las propiedades físicas varían según el punto de muestreo entre los hornos de coque y el BF.

En caso de usar coque de más de una fuente, se necesita una mezcla adecuada o es esencial cargar discretamente los diferentes coques, ya que las proporciones fluctuantes de coques de diferentes propiedades dan como resultado condiciones inestables en el BF.

El coque en el centro BF reemplaza gradualmente al hombre muerto y al coque en el hogar, que debe permanecer permeable para permitir que los líquidos drenen por el centro del hogar. Esto evita un flujo periférico excesivo de HM en el hogar, lo que puede provocar un desgaste refractario severo en la base de la pared lateral. Por lo general, se observa un aumento en la temperatura del centro de la almohadilla del hogar con un aumento en el tamaño del coque del hombre muerto, lo que indica una mayor actividad en el centro del hogar. Las pantallas de coque son un parámetro importante para el mantenimiento de la permeabilidad del hogar. Por lo general, es beneficioso aumentar el tamaño de la pantalla y cargar el coque pequeño adicional que surge, mezclado con la carga de mineral, lejos de la línea central de BF.

El objetivo de usar coque de alta calidad es garantizar que el coque grande llegue a las regiones inferiores del BF. Para monitorear esto, es deseable que el coque sea muestreado de vez en cuando al nivel de la tobera. para evaluar la descomposición del coque a través del horno. Esto normalmente se lleva a cabo durante el mantenimiento planificado. Se extrae una muestra grande de coque de una abertura de tobera y sus propiedades se comparan con una muestra del coque de alimentación correspondiente. De esta manera, otros factores que afectan también se puede identificar el tamaño de la coca.

La coca cola buena y de calidad uniforme y el control tanto de la línea de existencias como de la coca cola bosh son claramente una estrategia importante para una campaña de larga duración.

Mezcla de carga mineral

Los BF se operan con una amplia variedad de componentes de carga de mineral, como sinterización, gránulos y mineral de hierro dimensionado (SIO), etc. También se utiliza una variedad de fundentes en la carga de mineral.

Cantidades más pequeñas de otros materiales, como chatarra recuperada, finos ferrosos, cascarilla de laminación, escoria de conversión, ilmenita, desechos reciclados o incluso hierro reducido directamente o hierro granulado, también se utilizan a veces en la carga de mineral. El uso de estos materiales suele depender de factores locales.

Las plantas siderúrgicas integradas normalmente tienen plantas de sinterización, por lo que las BF de estas plantas utilizan un gran porcentaje de sinterización en la carga, y el resto de la carga consiste principalmente en SIO y/o gránulos. Se prefieren los gránulos sobre SIO en algunas plantas para el equilibrio de la carga debido a sus propiedades superiores.

En todo el mundo, el porcentaje de gránulos en la carga de BF varía del 0 % al 100 %.  La experiencia en diferentes plantas ha demostrado que los BF que utilizan un alto porcentaje de gránulos sufren mayores variaciones de carga térmica en apilar y empujar, lo que conduce a un desgaste excesivo de la pila inferior y del amortiguador y una vida de campaña más corta. Una de las razones de esto es el control inadecuado de la distribución de la carga. Los gránulos tienen un ángulo de reposo mucho más bajo que el sinterizado o el coque y, cuando caen en una línea de stock inclinada, tiende a rodar fácilmente. Esto da como resultado una capa de mineral relativamente gruesa hacia el centro de BF que fomenta un flujo de gas excesivo en la pared del BF.

Esta situación se está contrarrestando con la adición de enfriamiento de alta densidad en el eje inferior y un mejor equipo de distribución de la carga. Las fluctuaciones de las temperaturas más bajas de las duelas, el aumento del deslizamiento y las fluctuaciones de la temperatura de HM se pueden observar con la carga de gránulos que se controlará mediante el control de distribución de carga, con carga de coque central y adición de coque de nuez a los gránulos.

Un aspecto importante del componente de carga individual son las características de ablandamiento y derretimiento. La mayor parte de la caída de presión a través de un BF está en la región donde la carga de mineral se está ablandando, derritiendo y goteando. el lecho de coque a través del cual ascienden los gases. Un amplio rango de fusión y ablandamiento provoca una mayor caída de presión y una gran zona cohesiva de raíz que incide en el enladrillado del eje inferior, con los refractarios expuestos a altas temperaturas en un área más amplia de lo deseable. Una temperatura de pared más baja y/o menos fluctuaciones térmicas ayudan a prolongar la vida útil del trabajo de ladrillos del hueco.

Las propiedades de fusión y ablandamiento de una carga de múltiples componentes difieren de las de los componentes individuales. Por lo tanto, los datos de las pruebas de ablandamiento y fusión se deben considerar no solo para los constituyentes de la carga individual, sino también para los mezcla de mineral propuesta para ayudar en la selección de la carga de mineral.

Para minimizar las variaciones térmicas y químicas, es deseable una carga homogénea. Los componentes de la carga deben mezclarse lo más íntimamente posible. Esto depende de la cantidad de componentes de la carga y del sistema de carga individual, pero por lo general, se puede lograr en un grado razonable mediante la selección de depósitos de almacenamiento y la secuencia de descarga del material.

Es posible lograr una operación BF estable y una vida útil prolongada de la campaña usando diferentes cargas siempre que la calidad del material sea consistente y haya una capacidad de enfriamiento de pared adecuada y un control de distribución adecuado. 

Calidad de carga de mineral

Es necesario un BF permeable para una operación estable. Es importante que la carga de mineral sea fuerte, de tamaño reducido y filtrada de manera eficiente para eliminar los finos. No debe desintegrarse excesivamente en la pila y generar finos adicionales Debe ser lo suficientemente poroso, reducible y de tamaño que permita reducirlo efectivamente al llegar a la zona de reblandecimiento, de esta manera la zona cohesiva es menos restrictiva, con menos escoria rica en FeO y la carga térmica en la parte inferior regiones del BF es más bajo, fomentando un funcionamiento suave.

Las propiedades de ablandamiento y fusión de los componentes del mineral tienen un efecto importante en el funcionamiento del BF. Las restricciones en la zona cohesiva y las malas características de fusión pueden provocar un descenso errático de la carga, un funcionamiento inestable y problemas térmicos. fluctuaciones Es probable que estas condiciones acorten la vida útil de la pared BF.

No existe una prueba estandarizada de ablandamiento y derretimiento y se citan muchos índices para representar las temperaturas de ablandamiento y derretimiento, como el inicio de la reducción directa, la caída de presión durante el derretimiento y la cantidad de material goteado, etc.

Distribución de carga

La distribución de la carga es uno de los principales factores que afecta la vida de campaña del BF. No solo puede afectar la estabilidad de la operación sino que, al determinar el flujo radial de gas en el BF, es uno de los principales factores que controlan la tasa de desgaste de las paredes BF.

Por lo general, el flujo de gas radial está controlado por la proporción de mineral a coque en la carga, ya que el tamaño del coque suele ser mayor. Esto normalmente se logra cargando el material en capas discretas y variando el espesor de la capa a lo largo el radio de la BF. Por lo tanto, la protección de las paredes de BF se logra aumentando la proporción de la capa de mineral en la pared, lo que da como resultado una cantidad reducida de calor eliminado por el sistema de enfriamiento de la pared. Sin embargo, hay un límite a la proporción de material mineral cerca de la pared BF para evitar la formación de una capa inactiva, lo que puede fomentar la formación de acreciones en la pared y permitir la carga no preparada en las regiones inferiores de la BF y aumentar las pérdidas de tobera. el BF debe ser suficiente para permitir una operación estable del BF al nivel deseado de producción Una gran proporción de coque crea una región relativamente permeable con menos líquidos descendentes, lo que permite el uso del máximo volumen de voladura con hout grandes fluctuaciones en la presión de la explosión y el descenso errático de la carga.

El coque en el centro del BF reemplaza al coque en el hogar y un centro permeable rico en coque fomenta un hogar permeable, que relaciona el flujo de líquido a través del hogar. La chimenea central de coque no es ser innecesariamente ancho. En tal caso, se puede producir ineficiencia y daños en ciertas partes de la parte superior del horno debido a la capacidad calorífica excesivamente alta del gas ascendente.

Carga de tamaño dividido

Los sistemas de distribución más sofisticados permiten un control adicional de la distribución de la carga al utilizar más de un rango de tamaño de un material determinado. Una de las prácticas más utilizadas es la carga de materiales de mineral fino, a menudo a partir de cribados de la carga de mineral principal. Los finos se cargan por separado en pequeñas cantidades cerca de la pared BF, para lograr una reducción localizada de la permeabilidad y, por lo tanto, proteger las paredes. La carga de un lote pequeño separado de material más fino generalmente reduce la capacidad de carga del BF.

Coca cola de nueces

Un sistema de carga flexible permite el uso de nueces de coque (el tamaño típico está en el rango de 10 mm a 30 mm). La carga de coque de nuez, mezclada con la carga de mineral y colocada a lo largo del radio medio, mejora la operación al mejorar la eficiencia de reducción y la permeabilidad de la capa de mineral en la zona cohesiva. Hay una permeabilidad mejorada y temperaturas de vientre reducidas con la carga de coque de nuez. El coque de nuez cargado en la pared, intercalado entre las dos cargas de mineral, evita una región de pared inactiva cuando se cargó mineral fino en la pared. Se añade coque de nuez a los gránulos para aumentar su ángulo de reposo, reduciendo así la proporción de carga de mineral en el centro BF.

Segregación de tallas

Muchos sistemas de carga crean cierto grado de segregación de tamaño en los materiales de entrada. Si el material inicial a descargar es más fino y el material final es más grueso, esta característica puede utilizarse para beneficiar la distribución radial del tamaño y, por lo tanto, la distribución radial del flujo de gas. Este tipo de segregación generalmente ocurre en hornos con carga de cinta en lugar de hornos con carga intermitente y es más controlable con una parte superior sin campana. También se pueden agregar modificaciones adecuadas al sistema de carga para mejorar las características de segregación deseadas.

La segregación de tamaño radial adicional también puede ocurrir al rodar hacia abajo una línea de material inclinada. La segregación por tamaño también puede modificar las características de fusión y ablandamiento de la carga a lo largo del radio BF, cuando un componente tiene un rango de tamaño y química diferente.

Algunos sistemas de carga dan como resultado una variación circunferencial en la distribución de la carga. Estas variaciones deben minimizarse por diseño u operación.

Carga central de coque

Por lo general, se necesita una gran proporción de coque en el centro BF, para estimular el trabajo del centro suficiente para una operación estable. Esto es particularmente así en productividades más altas y cuando se opera con altos niveles de inyección de hidrocarburos en la tobera. Sin embargo, operar con todo el coque en el centro del horno es menos eficiente en combustible y se han desarrollado técnicas para minimizar el ancho de esta región del centro de carga de coque. En una tapa sin campana, esto se logra cargando un pequeño lote de coque con el conducto giratorio completamente bajado.

Se necesita un lecho de coque permeable en el hogar para estimular el flujo de líquidos a través del centro del hogar y reducir el flujo periférico, lo que puede causar un desgaste excesivo de las paredes laterales. El coque del hombre muerto y del hogar se reemplaza gradualmente por coque del centro del horno. La carga central de coque reduce el porcentaje de material mineral en el centro BF y mejora la permeabilidad del hogar. La permeabilidad del hogar se puede mejorar aún más con una mayor carga de coque estabilizado en el centro.

Vida de armadura de garganta

Para una vida útil prolongada, es importante minimizar el desgaste de la armadura de garganta fija causado por el impacto directo de los materiales de carga. Aunque es posible reparar el blindaje de garganta o incorporar placas de protección, esto puede implicar largas paradas de mantenimiento, que en sí mismas pueden ser perjudiciales para la vida útil del horno. Por lo tanto, la distribución de la carga y la altura de la línea de existencias utilizadas deben elegirse para evitar dicho impacto de la carga.

Calidad de metal caliente

Cuando se opera sin un cráneo protector en el hogar, el carbón del hogar generalmente se elimina mediante el ataque de la solución de hierro y escoria. La carburación temprana del hierro, antes de que entre en contacto con el refractario del hogar, minimiza dicho desgaste del hogar.

Para una carburación temprana, se necesita un período prolongado de contacto entre los líquidos y el coque. A una productividad dada, esto puede ser fomentado por una zona de goteo más alta y hombre muerto, con una zona cohesiva más alta. Esto normalmente da como resultado un aumento en el silicio HM (Si). Generalmente, el nivel de saturación de carbono disminuye al aumentar el contenido de Si. Como resultado, HM está más cerca de la saturación a niveles más altos de Si, para un tamaño de BF dado y la temperatura de HM.

Además, un aumento en HM Si aumenta la temperatura de liquidus de HM y, por lo tanto, reduce su fluidez. Esto tiende a reducir la velocidad del flujo en el hogar y fomenta la formación de una capa solidificada en el refractario del hogar.

A temperaturas más bajas de HM, el nivel de saturación de carbono del hierro es menor y se alcanza antes. La baja temperatura de HM tiene el beneficio adicional de una mayor viscosidad del hierro que reduce el flujo periférico, lo que reduce la tendencia a disolver los cráneos protectores y penetrar en las grietas y poros finos.

Una temperatura más alta de HM Si y más baja de HM es difícil de lograr juntas, ya que una zona cohesiva más alta generalmente da como resultado un horno más cálido, pero el efecto general es que el HM que ingresa al hogar se acerca más a la saturación de carbono. Es probable que una reducción en la presión superior alta resulte en un ligero aumento de Si sin afectar el estado térmico del BF. La probabilidad de disolución del carbón del hogar es menor a niveles más altos de Si.

Diámetro de la tobera

El diámetro de la tobera se elige para asegurar una penetración adecuada de la ráfaga para las condiciones de operación dadas y para evitar que el gas excesivo ascienda por las paredes del BF. La selección del tamaño de la tobera influye en el grado de trabajo central del BF y el grado de protección de las paredes del pozo y del eje inferior. Por lo general, es necesario variar el diámetro de la tobera alrededor del BF para garantizar el equilibrio circunferencial del flujo de gas.

Aunque los tamaños de las toberas se eligen cuidadosamente, a menudo se observa un aumento significativo en el diámetro cuando se cambia una tobera, particularmente cuando se logra una vida útil prolongada. Esto afecta a los dos factores anteriores y es ventajoso en términos de vida útil cambiar las toberas después de un período determinado, no solo para minimizar el efecto del desgaste de las toberas sino también para reducir la probabilidad de fugas de agua en el BF y el número de salidas no programadas. períodos de voladura para cambiar toberas averiadas.

El diámetro de las toberas directamente sobre el orificio del grifo a menudo se reduce, o incluso se cierran las toberas, para promover una fundición suave y reducir la formación de hierro sobre el orificio del grifo.

El diámetro de la tobera a menudo se reduce localmente, en respuesta a las altas temperaturas de las paredes laterales del hogar, para reducir el goteo de líquidos y la actividad del hogar en el área problemática. Esto se hace mediante la adición de insertos de tobera o mediante el reemplazo de la tobera. En casos severos, o como medida de emergencia a corto plazo, las toberas en cuestión pueden cerrarse taponándolas con arcilla. Esto a menudo tiene un efecto rápido en la reducción de las temperaturas correspondientes de las paredes laterales del hogar.

Prácticas de fundición

Las prácticas de fundición desempeñan un papel importante en el control del flujo de líquido en el hogar y en la prevención de niveles elevados de líquido que puedan incidir en la pista de rodadura, afectando la distribución del chorro o incluso causando daños en la tobera o el soplete. Estos factores pueden afectar la estabilidad de la operación, dar como resultado períodos sin voladura y afectar potencialmente la vida útil de la campaña.

Longitud del orificio del grifo

Con un orificio de grifo más largo, los productos fundidos no solo se extraen de la parte inferior del hogar, sino también de un punto más cercano al centro del hogar. Esto reduce el flujo periférico cerca del orificio del grifo y, por lo tanto, el desgaste de la pared lateral del hogar. Para extender la longitud del orificio del grifo, es necesario aumentar la cantidad de masa del orificio del grifo inyectada durante un período de tiempo, para aumentar progresivamente el tamaño del hongo en el interior del BF, que también protege el refractario debajo del orificio del grifo. Con una longitud corta del orificio del grifo y colada alternativamente desde orificios del grifo muy espaciados, aumentan las fluctuaciones de temperatura de la pared lateral, lo que puede aumentar la erosión del refractario.

Se pueden experimentar altas temperaturas en la placa del hogar debido a la pérdida de una capa congelada y/o la disolución del carbón del hogar, mientras que las temperaturas de las paredes laterales del hogar son satisfactorias. En tales casos, puede ser necesario acortar el orificio del grifo, disminuyendo la cantidad de masa del orificio del grifo inyectada y posiblemente reduciendo la inclinación del orificio del grifo. Esto ayuda a reducir el flujo de HM cerca del centro de BF y aumenta los líquidos retenidos en la almohadilla del hogar. 

Diámetro del orificio del grifo

El diámetro del orificio de colada necesario para mantener una productividad determinada depende de los parámetros BF, como la proporción del tiempo de fundición, la presión superior, el volumen de escoria, el tamaño del coque de solera, las viscosidades líquidas y las propiedades de la masa del orificio de colada. En caso de que el orificio del grifo sea demasiado pequeño para una tasa de producción dada, entonces no será posible vaciar el horno en seco. Si el orificio del grifo es demasiado grande, es posible que se eliminen menos productos fundidos del horno durante la colada, ya que el orificio del grifo explotará prematuramente, ya que los líquidos que se encuentran sobre el orificio del grifo se eliminan antes de que los líquidos del lado opuesto del hogar puedan descender. la cama de coca. En ambos casos, el nivel de líquido en el hogar permanece alto y finalmente afecta la operación estable. Por lo tanto, el tamaño óptimo del orificio del grifo es necesario, al que se llega a través de la experiencia.

Cuando se utiliza un solo orificio para grifo, se debe elegir el tamaño para permitir que el BF se seque y proporcione tiempo suficiente para que la masa del orificio para grifo se cure entre moldes. En un BF en el que se utilizan orificios de grifo alternativos, es posible que se necesiten orificios de grifo de diferentes tamaños en determinadas condiciones de funcionamiento para garantizar el drenaje a través del calefactor.

En un BF con varios orificios para grifos que está experimentando desgaste en la almohadilla del hogar, puede ser conveniente aumentar el diámetro del orificio para grifos. Esto, junto con una disminución en la longitud del orificio del grifo, reduce el flujo de hierro a través de la placa del hogar y aumenta el hierro residual en el hogar al final del colado, lo que favorece la formación de una capa congelada en la placa del hogar.

Masa del orificio del grifo

Las propiedades de la masa del orificio del grifo son importantes para las operaciones BF. La masa debe fraguar rápidamente y curarse completamente entre moldes para crear un orificio para grifo resistente y duradero. La masa del orificio del grifo debe tener buenas propiedades de adhesión, para construir una estructura fuerte y permanente que resista el flujo de líquidos y también proteja los refractarios del hogar debajo del orificio del grifo.

Número, puesto y rendimiento

Se puede lograr una alta productividad en un alto horno de un solo orificio de colada de tamaño mediano. Sin embargo, existen ventajas cuando se dispone de más de un orificio de grifo, siendo esto una necesidad a niveles de producción más altos. El vaciado alternativo desde los orificios para grifos en los lados opuestos del horno da como resultado un drenaje del hogar más efectivo y también brinda un período más prolongado para que la masa del orificio para grifo se cure por completo, lo que da como resultado un orificio para grifo más duradero. La existencia de dos orificios para grifo permite una restauración importante de un canal de hierro principal sin requerir un período sin voladura. Si se producen puntos calientes en la pared del hogar de un orificio de grifo múltiple BF, puede ser posible utilizar un orificio de grifo alternativo que no fomente el flujo periférico en el área erosionada. El desgaste de la pared lateral resultante del flujo periférico se distribuirá de manera más uniforme alrededor de la circunferencia en un horno de múltiples orificios.

Para un BF grande y de alta productividad, es preferible tener cuatro orificios de grifería, lo que permite operar un par opuesto mientras se repara un corredor y el otro está en espera. Para igualar el desgaste de las paredes laterales y fomentar el drenaje completo del hogar, lo ideal sería colocarlos a intervalos de 90 grados.

Frecuencia y frecuencia de emisión

La tasa de colado está determinada por el tamaño de la broca del orificio del grifo utilizado, las características de desgaste de la masa del orificio del grifo, la presión superior, la viscosidad de los líquidos y la cantidad de orificios del grifo en uso. Con la masa de orificio de grifo moderna de alto rendimiento, existe una tendencia a reducir el número de moldes, lo que reduce los costos operativos del orificio de grifo. Al disminuir la tasa de colado, las velocidades del líquido dentro del hogar disminuyen pero continúan por un período más largo. En una casa de colada múltiple BF, existe la posibilidad de colar desde orificios de colada opuestos simultáneamente (fundición por traslape), siempre que la masa de la colada se cure por completo en un tiempo más corto que la duración de la colada y la mano de obra y la logística lo permitan. Esta técnica reduce las velocidades de flujo en el hogar, aunque a menudo solo se usa en momentos de alto nivel de líquido o antes de quitar el BF de la voladura.

Deben evitarse a toda costa los retrasos prolongados en la colada, para minimizar la interrupción de las operaciones de BF. Esto requiere un buen diseño y una operación confiable del equipo de la casa de colada, buenas prácticas de la casa de colada y un transporte bien coordinado de las cucharas HM.

Álcalis y zinc

Los metales alcalinos y el zinc tienen un efecto nocivo sobre el proceso BF y los refractarios. La carga es tener contenido de álcalis y zinc a un nivel económico mínimo. Normalmente, el álcali y el zinc se controlan a niveles de menos de 5 kg/tHM (la mejor práctica es 2 kg/tHM), pero debido a la condensación del vapor alcalino en la carga descendente, se puede acumular una gran carga de recirculación en el BF. Esto da como resultado una mayor degradación del sinterizado y la descomposición del coque, y fomenta la formación de acumulaciones en la pared, todo lo cual puede provocar un descenso irregular de la carga y un funcionamiento inestable del BF.

Los álcalis y el zinc, en forma gaseosa, penetran en las grietas y poros de los refractarios de la pared BF. El ataque químico y los ciclos térmicos resultantes debilitan la capa superficial del refractario, que eventualmente es eliminada por la carga descendente, lo que permite que se repita el proceso.

Las disecciones en solera después del final de la campaña han demostrado que se produce un desgaste excesivo en la base del flanco y que suele formarse una zona frágil entre el casco y la cara caliente del carbono. Los álcalis y el zinc a menudo se encuentran en niveles altos en esta zona frágil. Se han propuesto varios mecanismos de descomposición que implican estos compuestos. El estrés y el agrietamiento térmico en la pared lateral permiten que los álcalis gaseosos y el zinc penetren y se depositen en los poros. Esto conduce a la expansión del ladrillo, fragilización, mayor hinchazón y, en última instancia, destrucción de la masa refractaria. Se logra un grado significativo de protección del refractario contra los álcalis y el zinc si se congela una acumulación o cráneo en la cara caliente del refractario, protegiendo así al refractario del ataque químico.

La mayoría de los álcalis se eliminan en la escoria y el resto en el gas superior. Sin embargo, la práctica de la escoria, el estado térmico y la distribución de la carga juegan un papel importante en la eliminación del álcali. Una reducción en la basicidad de la escoria aumenta la cantidad de álcali eliminado en la escoria como un aumento en el nivel térmico de la BF o en la temperatura superior, ampliando o intensificando el grado de trabajo central. Además, para una carga de álcali dada, es probable que la degradación del coque sea mayor para operaciones con una alta tasa de inyección de hidrocarburos en la tobera, debido al mayor tiempo de residencia de la carga. Es importante que el balance de entrada y salida de álcali y zinc sea monitoreado y que el BF sea operado con un régimen térmico y químico compatible con el nivel de entrada de estos elementos, para favorecer su remoción en la escoria y gas de cabeza.

Adición de TiO2

Las muestras del revestimiento del hogar al final de una campaña en BF normalmente contienen depósitos de titanio. Estos forman una capa protectora en las regiones erosionadas de la pared lateral del hogar, en la salamandra y en los poros y juntas de los ladrillos. El titanio suele estar en forma de carbonitruros Ti(C,N), una solución sólida de carburo de titanio (TiC) y nitruro de titanio (TiN). Por lo tanto, la práctica actual consiste en introducir titania (TiO2) en el BF para promover estas capas protectoras. Normalmente se utilizan tres métodos para la introducción de TiO2. These are (i) addition to the burden, (ii) injection at the tuyeres, (iii)  addition through tap hole mass.

The most common technique has been by the addition of titaniferrous ores (usually ilmenite) to the burden. Alternatively TiO2 can be added through sinter, though at low levels.

Two strategies are generally adopted for TiO2 addition. The first one is remedial, commencing TiO2 additions only when high hearth temperatures are observed, indicating hearth wear. The other takes a preventive approach and adds a small quantity of TiO2 continuously, increasing the addition level if high temperatures are observed. The TiO2 intake for the preventive approach is generally 3 to5 kg/tHM, which usually results in up to 0.1 % Ti in the HM and 1 % to 1.5 % TiO2 in the slag. For remedial action, the TiO2 dosage can be up to 20 kg/tHM, at which level the HM may contain up to 0.3 % Ti and the slag up to 3.5 % TiO2. This creates operating problems due to high slag viscosity and scaffolding in the runner, and hence such high TiO2 levels are only used for short periods.

For promoting the precipitation of Ti(C,N), sometimes the TiO2 addition is increased before a shutdown so that the HM remaining in the hearth get saturated in Ti. As the hearth cools during the shutdown, this promotes precipitation. However the resumption of production is more difficult at high Ti levels as it  creates operational problems.

TiO2 can also be added by injecting TiO2 fines through the tuyeres. The advantages of the technique are (i) application at localized positions, (ii) reduced cost due to lower TiO2 rate, and (iii) good results from short time injection, and (iv) unchanged burden properties.

The third method of TiO2 addition is by the use of tap hole mass containing TiO2. One such mass which had been tried was tar bonded with approximately 10 % TiO2. Clearly, the titania is bound in the tap hole mass in an unreduced form, and is injected in relatively small quantities. However there are doubts whether it gets reduced and dissolves in HM in sufficient quantities to be precipitated or whether it is reduced and bonded adequately to the hearth sidewall to be of benefit.

TiO2 is normally partially reduced in BF and is dissolved in the HM. The solubility is greater at higher temperatures. If the Ti in the HM is nearing saturation and the refractory hot face temperature in eroded regions, cracks and pores temperature is lower than the HM temperature, then Ti is precipitated, as Ti(C,N). The technique is more likely to succeed at higher addition rates, but there are other factors which can  interfere with this basic mechanism, including thermal state of the hearth, metal/slag chemistry and liquid flow characteristics.

TiO2 additions is usually carried out in conjunction with other remedial actions such as reducing productivity, closing tuyeres and improving hearth cooling intensity. The direct effect of TiO2 addition is therefore often difficult to determine. It is essential to carry out regular, accurate Ti balances to assess the technique and modify operation to encourage Ti retention. The effect of high rate additions can even have a detrimental effect on furnace operation, negating any benefits.

The addition of TiO2 for hearth protection is normally to be considered as part of a hearth protection plan rather than in isolation.

Monitoring

Burden distribution is to be monitored regularly for ensuring the wall protection and a stable and driving BF. Changes in the operating parameters, e.g. changes in tuyere hydrocarbon injectant rate or blast volume, may need adjustments to burden distribution. The effect of burden distribution is usually monitored with various probes and instruments.

For maximizing the campaign life, it is necessary that the charging equipment is capable of controlling accurately  the burden distribution. Also necessary instrumentations are to be fitted to comprehensively monitor the BF operation so that the burden distribution is changed and assessed in a controlled and technical manner. 

Instrumentation and control

Early warning of hearth problem areas is vital to maximize campaign life, and thermocouples located in the hearth sidewall and in the hearth pad are absolutely necessary to monitor hearth wear. Revised operating practices and actions to protect the hearth are to be taken as a result of increasing hearth temperatures. Hearth pad and sidewall temperatures can also give an indication of liquid flow in the hearth, an important factor in hearth wear.

Temperatures recorded by thermocouples are influenced by only a small area round the thermocouple. It is therefore vitally important to locate the thermocouples in the critical wear areas. Important areas are below the tap holes and around the base of the sidewalls where the so called ‘elephant’s foot’ wear pattern is normally found. An adequate number of thermocouples are to be installed, in the best layout to give as complete coverage as far as practical. At several locations, thermocouples can be positioned at two or three different depths to allow calculation of the thermal profile in the refractory and hence the thickness of residual refractory. 

Movement of carbon blocks can nip hearth pad thermocouples, causing false hot junctions or total failure. These problems can be overcome by fitting the thermocouples in sheaths. Thermocouples are also to be positioned around the tap holes, to monitor tap hole conditions and operation.

Additional thermocouples are often added part way through a campaign in areas of known refractory wear, to give a more localized picture of developing problems. Similarly, thermocouples are often added to repaired areas to monitor the repair.

Monitor hearth cooling

Heat flux in the hearth pad or stave cooling water can be determined from the water flow rates and the difference between inlet and outlet water temperature, using resistance thermometers. It can be used only to give an indication of the average hearth wear. It is particularly applicable in the later stages of a campaign, following thermocouple deterioration. Monitoring long term trends in hearth cooling water temperature may give an indication of the efficiency of the cooling system.

Furnace wall conditions

The process conditions at the furnace wall are vital to campaign life. The walls is not to be subjected to high heat loads from an excessive quantity of gas ascending at the wall or impingement of the melting zone on the wall, which results in rapid deterioration of the refractory and wear of the cooling members. On the other hand the walls must not be so inactive that large accretions are permitted to form on them, which prevents smooth burden descent, control of burden distribution and stable blast furnace operation. To monitor wall conditions a variety of methods are used.

The common method of monitoring the walls is using in-wall thermocouples, positioned in the brick work, with the tips a short distance back from the hot face to give a good thermal response. Wall activity is monitored from the temperature level and fluctuations.

There must be a good coverage of thermocouples both vertically and circumferentially to monitor the walls adequately. Typically seven levels of thermocouples, each with eight circumferential positions are used. With a large number of thermocouples, it is difficult for the operator to monitor the variation of them all. By using the temperatures at many points, an isothermal map is normally generated, identifying regions of high or low temperatures which relates to refractory wear, asymmetrical operation or accretion formation. The dynamic temperature behaviour is also be utilized to predict the formation or loss and extent of an accretion.

Throat or skin thermocouples are often installed around the periphery, just below the fixed throat armour. The thermocouple tips are installed level with the hot face of the refractory, to record gas temperature. These give a direct measure of the gas flow at the wall and are usually unaffected by deposition of material, unlike in-wall thermocouples lower in the stack.

Radial measuring probes

The use of retractable probes is one of the important techniques to monitor and optimize burden distribution, and hence campaign life. Such probes are the only method of measuring the variation in operating characteristics along the furnace radius, as opposed to relying  solely on wall measurements. They are essentially of two types namely (i) overburden,  and (ii) underburden.

Overburden probes have several functions. The simplest type is usually fixed, water cooled and measures the radial or diametrical top gas temperature profile and, in some instances, the gas analysis. Most retractable probes measure the stock line layer profile and can be of a mechanical type, where a weight is lowered to the stock line or a non-contact type, using radar, microwaves, lasers, etc.

Top gas velocity can also be physically determined to measure the quantity of gas flow, and top gas analysis and temperature measurement is frequently carried out in conjunction with the other functions. Probes are also used to determine the trajectory of material off the rotating chute or movable throat armour, for calibration of burden distribution predictive models and to determine the effect of charging chute wear.

Underburden, or in-burden, probes sample gas and measure temperature at a number of radial positions. They are generally positioned in the upper stack, typically 3 m to 6 m below the stock line. These probes are generally of two types. The consumable type, is typically 50 mm in diameter, bends with the descending burden and is straightened on withdrawal for subsequent re-use.

Since the top gas has to pass from the stock line up one of the four off takes, the gas flow pattern begins to distort near the stock line. A large degree of gas mixing then occurs above the burden, and overburden probes must be positioned close to the stock line, and preferably inclined, to give acceptable temperature and gas profiles. The upper stack underburden probes are more sensitive and give superior results to overburden probes. In addition, fixed overburden probes can be quite big in size and, depending on the stock line height, can create a ‘shadow’ and distort the burden distribution below them, which can give unrepresentative results.

Probes, especially underburden probes, are essential tools for prolonging BF campaign life.

Hearth models

In recent years, with increasing computing power available, many mathematical and numerical techniques have been developed to predict blast furnace hearth erosion and liquid flow in the hearth.

Hearth lining wear may be calculated by mathematical model, using temperature measurements from embedded thermocouples in the hearth bottom and sidewall. For this technique to be accurate, a good coverage of thermocouples is required and their depth of insertion needs to be known precisely, together with the thermal properties and geometry of the lining. The accuracy may also be affected by parameters that may change with time, such as the conductivity of ramming, thermal contact between courses of brickwork and the development of a brittle zone in the refractory, which can significantly change its conductivity.

Although hearth temperatures alone give a direct indication of hearth wear, this type of modelcombines information from the thermocouples, at differing distances from the hot face, to predict the extent of wear and solidified layers more accurately.

Direct measurement of hearth lining wear is difficult and undesirable since this requires test borings and embedded sensors through the full refractory thickness.

Artificial Intelligence

The blast furnace process is a complex one, with a large number of process variables. Modern, well instrumented furnaces have hundreds of sensors which require to be monitored by a decreasing number of operators. Consequently, computerized systems are being developed to process the primary information available and give secondary advice to the operators. This is based on a set of operating rules, statistical analysis of data, identifying trends that compare with historical data and use of intelligent techniques such as fuzzy logic and neural networks. The aim of these systems is to predict deviation from steady operation and to quantify the change in control parameters required to minimize the deviations in production and quality. This results in more stable BF operation, avoiding major operating problems such as erratic burden descent and chilled conditions, which is a primary requirement for long campaign life.

Furnace top sensors

Since the late 1970s, many BFs have been equipped with infra-red cameras viewing through windows in the top cone, to measure stock line temperature profile. This technique overcomes some of the disadvantages of fixed overburden temperature probes. The falling burden is not scattered as with probes, leading to a more symmetrical burden distribution, and by measuring material temperature the effects of stock line to probe distance, which can result in gas mixing and desensitizes the temperature profile, are avoided. A further benefit is that the rotation of the distribution chute in the furnace can be observed. However, these systems are expensive, difficult to maintain and experience problems in keeping the viewing window clean, due to the moist, dusty top gas. Problems have been experienced with the dust in the top gas also affecting the temperature distribution. Hence these cameras are not a standard fitment and many operators have abandoned them in favour of radial probes.

Some furnaces are equipped with non-contact stock line profile measurement systems installed in the furnace top cone. These systems effectively replace a retractable overburden probe and, although expensive, have the advantage that they measure over a larger proportion of the stock line than the single radius of a probe.

Thermography

The use of thermal imaging cameras to detect hot spots, on the furnace shell, top gas system, tuyere stocks, stoves, hot blast and bustle mains and other ancillary plant, is important. Not only does it enable early detection of problem areas and permit their systematic rectification, but it also helps prevent catastrophic failures, in which the BF has to be taken off-blast in a sudden uncontrolled manner followed by an often difficult recovery, which would have a detrimental effect on campaign life.

  Leak detection

An efficient system of detecting water leaks into the BF from tuyeres and other cooling members is essential. Undetected water leaks may chill the furnace, resulting in erratic operation and difficult recovery from chilled conditions. Water leakage directly affects BF campaign life if it damages the refractories. Water leaks in lower, hotter regions of the BF, which are lined with carbonaceous materials, inevitably results in oxidation of the refractories. Rat holes in the hearth refractories can result, which can lead to breakouts. Water leakage can also result in tap hole problems which may disrupt operations.

Tuyere leak detection systems are often used. One leak detection system incorporates a system of magnetic flow meters with computer analysis of the differential flows. Another system of leak detection uses a pressurized closed circuit water system incorporating make up tanks with  the makeup frequency indicating the severity of a leak. Other systems involve observation of gas bubbles or dissolved CO content in the water, differential pressure measurements etc.

A good leak detection system often warns the operator of a water leak in its early stages, before an immediate off blast is required. This gives the opportunity for the leaking member to be isolated prior to the furnace being taken off in a controlled manner, with reduction in tuyere hydrocarbon injection and ore/coke ratio adjustments, thereby minimizing detrimental effects resulting from the subsequent stoppage.

Plant maintenance

All maintenance work possible are to be carried out during production, thereby reducing the off blast time necessary. To minimize the duration of a planned stoppage, good planning and advance preparation are necessary. Although these factors are obvious for economics and to maximize plant output, their long term effect on furnace life is not always considered.

Preparations should always be in hand for maintenance to be carried out if the furnace comes off blast unplanned for other reasons. For instance, if the furnace is off for a tuyere change, it may be possible for work to be carried out on the charging system. If the furnace is off blast for problems at the steel melting shop, then it may be possible for more extensive maintenance to be performed. In this way, the total number of stoppages during a BF campaign can be reduced and their duration minimized.

Effective maintenance reduces the number of breakdowns which result in unplanned stoppages. This  involve routine maintenance, regular inspections, periodic  checking of important instrumentation, and condition monitoring, e.g. vibration and thermal monitoring. This is most important at later stages of a campaign, as ancillary equipment gets older and less reliable.

Similarly, improved cast house maintenance techniques can reduce off blast time, e.g. extension of the life of the main iron runner on a single tap hole furnace reduces downtime.

Off blast periods

The number of off blast periods, mainly unplanned ones, has a major effect on campaign life in terms of output per unit volume, which is reduced disproportionally to the percentage downtime. Wall damage can result from an increased degree of wall working at the lower blast volumes encountered whilst coming off and on blast, cooling and reheating of the refractories or erratic operation during recovery from the stoppage.

Some BF operators indicate that off blast periods ‘rest’ the hearth and allow a protective skull to form or thicken. In fact, taking the BF off blast is often an emergency procedure, at later stages of the campaign, when high temperatures are detected within the hearth refractory.

Short stoppages

For planned stoppages, additional coke can be charged several hours in advance, to compensate for the reduced blast conditions and the heat losses during the stoppage period. This extra coke in the lower regions of the BF assists smooth recovery from the stoppage. It is usual to decrease or remove tuyere hydrocarbon injection for a stoppage.

At high injection rates, there is a much lower proportion of coke in the BF, which is consequently less permeable and this may hinder recovery from the stoppage. In addition, at high injection rates, the BF is markedly fuel deficient during the recovery until the injection is resumed. This may not happen until the blast volume has reached about half of its full rate, when an adequate raceway is formed and the injectant can be consumed safely. In case there are operating problems in establishing raceway conditions and returning to the level of blast at which injection is possible, it can result into cold conditions or tuyere blockages with slag and the BF is fuel deficient at a time when additional fuel is needed.

In addition to ore/coke ratio compensation, a burden change is generally desirable for a stoppage period. Smaller material components of the burden is to be removed from the burden to promote permeability following the stoppage. High levels of titaniferrous ores is also to be reduced to avoid problems at lower HM temperatures after the stoppage. The proportion of burden components that deteriorate when at high temperatures over a long period, such as ores prone to decrepitation, are to be reduced in a stoppage burden. In addition, a more acid burden may be charged to compensate for higher Si content in the HM during recovery from the shut down.

During a stoppage, other deleterious factors can occur which affects the return to full blast operations. For example, this may include (i) extended periods at reduced blast volume to cast the furnace dry before the off blast, (ii) an extended stoppage period for a variety of reasons, (iii) water leakage into the BF during the shutdown, and (iv) problems during the recovery that may require  several off blasts (may be to rectify blast leaks or charging faults etc.). Under such circumstances, the undesirable operating conditions are extended and the additional coke charged may not be adequate, leading to a less smooth recovery from the stoppage.

To ensure smooth operation and minimize the effect of a stoppage on the life of BF, some operators believe a slow start after a planned stoppage. A typical of this is to control output to 90 % on the day before a stoppage and resume at 80 %, then 90 % output on the two days following the stoppage. However, this may not be acceptable to other operators, under conditions where high output is needed.

Unplanned stoppages are undesirable and, if possible, many BF operators try to delay taking the BF off blast for long enough to allow a compensated burden to descend to bosh level.  Attempt is usually made to cast the BF as dry as possible, to avoid getting slag back into the tuyeres and blowpipes, which may freeze and further prolong the stoppage. This also gives time to prepare for the repair work due to be carried out and to minimize the time of off blast. To compensate for the heat lost due to an unplanned stoppage, the tuyere hydrocarbon injection is generally increased after coming back on blast, providing it is not already at its maximum level.

Production stoppages can also occur due to the problems in the steel melting shop or during periods of low demand. These occurrences are to be coordinated so as to get advanced warning wherever  possible, and to give the option of a compensated burden. The pig casting machine (PCM), torpedo ladle fleet or steel melting shop  mixers are to be used as a buffer for short stoppages. In certain circumstances, when there is minimal advance warning of a shutdown, the BF is not dry and there is little empty ladle capacity, and there is no PCM available, it is preferable to dump the HM.

Stack spray techniques for the repair of wall refractories have advanced, enabling the walls to be gunned in a relatively short stoppage, by blowing the burden down to a low level. Although this allows a large quantity of coke to be charged at the lower levels of the furnace to aid start up, there is often difficulty due to the quantity of rebounded refractory falling into the furnace. Start up is easier if a low rebound material is used and the BF is blown down to tuyere level, enabling the rebound material to be raked from the furnace. This can be achieved more effectively by the use of T shaped sheets of corrugated sheeting, inserted rolled up through the tuyere cooler apertures. The blow-in burden chemistry is also to  be adjusted to give a slag chemistry that enables the residual rebound material to be melted.

There is a difference of opinion as to whether or not cooling water flows should be decreased for stoppages of greater than a given duration. Some operators prefer reduced flows to maintain refractory temperatures. The majority prefer the hearth cooling water on full flow to promote a thicker protective skull, whilst others who reduce the water flow suggest that by removing less heat it assists a smooth start up.

Another factor which affects the recovery from a stoppage is the removal of an accretion from the BF walls, resulting from the additional wall working and erratic burden descent. This can results into chilled conditions at a time when they are least desirable. If an accretion is known to have formed, it is desirable to try and remove it before a long stoppage. A good system of accretion monitoring provide immediate warning in case of its occurrence, to enable thermal compensation as soon as possible.

Long stoppages

Depending on the duration of the stoppage, the BF may be filled with a coke blank and a low ore/coke burden, or the burden may be blown down to tuyere level. For stoppages of several weeks or longer, the salamander is to be tapped. If this is not done, not only will a considerable amount of process heat be needed, during the recovery, to melt it, but it will expand whilst still solid and create undue stresses on the hearth refractories and shell, shortening their life. This is even more important with those BFs, where the sump depth has been increased to reduce peripheral iron flow in the hearth. It is desirable to monitor these stresses with strain gauges attached to the hearth jacket, and to develop procedures to minimize such stresses.

To recover from longer stoppages, when the BF is in a cold condition, it is necessary to’ warm the hearth and establish an early link between the tap hole and the tuyeres to allow liquids to be removed. This may be done by the use of a blast pipe at the tap hole or the use of an oxy-fuel lance. It is important to prevent the oxygen, entering at the tap hole, damaging the hearth carbon, which can directly shorten the campaign life. Recovery from chilled hearth conditions, following major water ingress during a routine maintenance stop, has been reported to have resulted in severe hearth erosion. Recovery from long shutdowns, with a large quantity of solid metal in the hearth and an impermeable dead man, may result in excessive peripheral flow in the hearth with accelerated hearth sidewall erosion.

Production rules

Being a continuous process, the BF is operated by a number of different operators who, without a set of rules to operate to, would react differently to a given situation. The individual actions taken may not be the correct one and, as a result, the process can be more variable than if the ideal action was taken. The majority of BFs are therefore operated according to set procedures that have been developed and improved from experience. These rules cover a wide area, including practical procedures and process control.

To maximize BF stability, it is necessary to control accurately both the thermal state and the aero-dynamics of the furnace. Steel plants usually devise their own rules to control thermal state, which generally involve the HM Si and temperature as indicators, with the use of top gas analysis and calculation of the quantity of heat available in the BF for silica reduction and to superheat the liquid products. Control of thermal state is usually by adjustment of conditions at the tuyere or by small changes in the quantity of coke charged. Furnace aero-dynamics are monitored by rules relating to furnace pressure drops and burden descent rates, with adjustment to blast volume, burden distribution or burden properties to achieve stability.

Operating rules are also necessary for non-routine operations, where damage to the BF may result from incorrect procedures, for instance in the recovery from chilled hearth conditions, where damage to refractories can happen. 

Specific rules for prolongation of BF life

Many operators have a specific set of operating practices for the prolongation of campaign life, which are in place to minimize damage to or prevent further deterioration of the BF. As the hearth is the critical region of the BF which cannot be repaired without a long shutdown, these rules or action plans often relate to hearth conditions. Typically, the actions are defined according to hearth temperatures or refractory thickness.