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Équipements critiques de la halle de coulée pour des opérations sûres du haut fourneau

Équipements de la halle de coulée du haut fourneau

Le plancher de la halle de coulée d'un haut fourneau a toujours été l'un des endroits de travail les plus dangereux dans un haut fourneau. Outre le travail dans une atmosphère comprenant des gaz toxiques, des fumées et des poussières, les opérateurs doivent effectuer un travail manuel dur et lourd près des canaux de fonte et de gangue et des poches remplies de fonte chaude. Avant l'invention et l'installation des équipements de halle de coulée, les trous de coulée étaient ouverts et fermés manuellement. L'ouverture se faisait au moyen de barres d'acier et de masse, alors que le trou de coulée était fermé en bourrant répétitivement de petites quantités d'argile ou de matériau réfractaire dans le trou de coulée, encore avec l'aide de longues barres lourdes. De plus, sur le haut fourneau, le soufflage devait être arrêté, car il était impossible de fermer correctement le trou de coulée contre la pression du haut fourneau. Cet arrêt du soufflage entraînait des pertes de production régulières.

Samuel W. Vaughen des USA a inventé le premier canon à bourrage en 1895. Sa machine à canon à bourrage pneumatique fonctionnait à la vapeur, avait une buse détachable qui devait être basculée pour charger la masse de trou de coulée. En 1901, il y a eu un autre grand changement dans les pratiques de trou de coulée lorsque Ernst Menne d'Allemagne a inventé la lance à oxygène. En soufflant de l'oxygène à travers un tuyau de 1/8 pouce et en l'enflammant, il était maintenant possible d'ouvrir le trou de coulée très rapidement par rapport à la méthode purement manuelle. Les premiers enregistrements de forets de trou de coulée se trouvent autour de 1921 lorsque Edgar E. Brosius et Joseph E. Judy des USA ont suggéré une méthode de forage du trou de coulée pour son ouverture. Brosius a même inventé un appareil combiné de forage et de lessage en 1924.

Une excellente configuration de halle de coulée est une nécessité importante pour un haut fourneau à faible coût et à haute productivité, car une exploitation efficace du haut fourneau dépend directement d'une exploitation ininterrompue de ses équipements de halle de coulée.

Exigences pour le bouchage et l'ouverture du trou de coulée

Un bouchon correct, qui remplit tout le canal du trou de coulée avec la masse de trou de coulée, est la considération la plus importante pour permettre une ouverture ultérieure sûre et rapide. Cependant, il est également important de pouvoir forer le bouchon avec une bonne répétabilité afin de prolonger la durée de vie du canal de trou de coulée ou du bloc de trou de coulée. Le lessage doit être maintenu au minimum.

L'environnement extrêmement hostile du plancher de la halle de coulée exige des équipements qui peuvent supporter la chaleur tout en offrant une performance fiable et à long terme. La technologie de coulée d'un haut fourneau moderne exige que les équipements de halle de coulée soient robustes, fiables, durables et efficaces pour donner une haute performance dans les conditions ardues existant dans la halle de coulée. Les équipements doivent être conçus et analysés en utilisant les derniers outils d'analyse de contrainte, construits et testés en atelier selon les normes les plus élevées.

La gestion d'un grand haut fourneau avec un niveau de performance élevé nécessite des équipements de halle de coulée efficaces et fiables. La recherche de la plus haute efficacité opérationnelle et la réduction des coûts d'exploitation a également poussé le développement des technologies d'équipements de halle de coulée, résultant en une nouvelle génération d'équipements de halle de coulée qui peuvent basculer entre diverses gammes de performance pour une protection maximale du trou de coulée et du creuset du haut fourneau.

Une réduction substantielle du travail manuel peut être réalisée par la mécanisation et l'automatisation dans la halle de coulée. Une condition préalable à la mécanisation est un plancher de halle de coulée de niveau avec des couvercles de canaux affleurants et plats pour fournir aux équipements de maintenance mobiles un accès facile à toutes les zones. L'automatisation de toutes les fonctions, telles que le contrôle de position des registres de dépoussiérage, le fonctionnement du foret de trou de coulée et du canon à bourrage, via le logiciel résidant dans un automate dédié de halle de coulée en combinaison avec des équipements de coulée radiocommandés, réduit l'opération manuelle, permet la mobilité de l'opérateur et la commodité de surveiller efficacement chaque coulée.

Les équipements importants de la halle de coulée (Fig 1) sont : (i) forets de trou de coulée, (ii) machines canon à bourrage, (iii) manipulateurs pour couvercles de canaux de fonte, (iv) canaux basculants, (v) changeurs de barres, (vi) machine de remplissage de canon à bourrage, et (vii) forets de barrage à vérin.

Équipements critiques de la halle de coulée pour des opérations sûres du haut fourneau

Fig 1 Équipements de la halle de coulée du haut fourneau

Forets de trou de coulée

La coulée économique nécessite un canal de trou de coulée à haute performance. En plus du choix de la masse de trou de coulée appropriée et de la stratégie d'ouverture optimale, les réglages optimaux des paramètres de coulée ainsi que leur reproductibilité sont importants. Les forets de trou de coulée doivent combiner une flexibilité maximale avec des marteaux de forage à haute capacité bien éprouvés pour assurer un forage efficace.

Les forets de trou de coulée doivent fournir : (i) une ouverture fiable de tout trou de coulée sans délais, (ii) un canal de trou de coulée lisse pour moins d'usure du trou de coulée, (iii) minimiser le lessage à l'oxygène pour une sécurité accrue de l'opérateur et la prévention des dommages à la structure du trou de coulée, (iv) une haute énergie d'impact en marche arrière pour le retrait sûr d'une barre de forage coincée, (v) des coûts de maintenance d'équipement réduits et une durée de vie prolongée du marteau. De plus, ils doivent assurer une protection maximale de la zone critique du trou de coulée, afin de : (i) maximiser la durée de vie du trou de coulée, (ii) réduire le nombre de réparations de trou de coulée, et (iii) augmenter la disponibilité du haut fourneau. Comme cette pratique de coulée optimisée protège le trou de coulée ainsi que le creuset du haut fourneau, elle aboutit finalement à une durée de vie de campagne plus longue du haut fourneau.

Il y a quatre options disponibles pour l'ouverture du trou de coulée du haut fourneau. Ce sont les suivantes.

En raison du développement de masses de trou de coulée à haute performance avec une excellente résistance à l'abrasion et à la corrosion, le trou de coulée lui-même n'est plus le facteur limitant du temps de coulée. Ces masses de trou de coulée à haute performance ont considérablement augmenté les exigences sur les équipements de coulée. Les machines de forage de trou de coulée pneumatiques ont été rapidement amenées à leurs limites de performance, conduisant à des temps d'ouverture inacceptables. Souvent, le processus de forage devait être combiné avec le lessage à l'oxygène, résultant en des dommages au trou de coulée et des coûts de maintenance élevés. La solution à ce problème a été les forets de trou de coulée entièrement hydrauliques qui peuvent faire face à la demande des masses de trou de coulée modernes.

Les exigences de base de conception et d'installation pour les forets de trou de coulée sont les suivantes.

Les exigences de forage imposées par l'état du trou de coulée changent au longo de la longueur du trou de coulée. Normalement, les opérateurs de haut fourneau doivent choisir entre deux philosophies de marteau de forage : (i) martelage à basse fréquence / haute énergie d'impact – pour un avance de forage maximum, et (ii) martelage à haute fréquence / basse énergie d'impact – pour une meilleure protection du trou de coulée et une durée de vie plus longue du trou de coulée. De nos jours, des forets de trou de coulée sont disponibles qui sont équipés de marteaux de forage capables de basculer entre un mode à haute fréquence d'impact et un mode à haute énergie d'impact pour permettre un ajustement en ligne des paramètres de forage aux conditions variables du trou de coulée. Ces conditions peuvent être : (i) forage rotatif sans martelage pour une protection maximale du trou de coulée, (ii) martelage à basse fréquence avec haute énergie d'impact pour les zones avec inclusions dures et (iii) martelage à haute fréquence avec basse énergie d'impact pour minimiser les éclatements en champignon et maximiser la longueur du trou de coulée.

De nos jours, les forets de trou de coulée sont généralement équipés de capteurs adaptés à l'environnement du haut fourneau. Ces capteurs fournissent un retour des paramètres de forage pour la surveillance du processus et l'automatisation de la technique de coulée.

Les fonctions d'automatisation dans les forets de trou de coulée incluent normalement le forage optimisé (surveillance continue et ajustement de la force d'avance et de la rotation de forage), et la mesure automatique de la longueur du trou de coulée.

Normalement, les trois types de barres de forage suivants sont utilisés dans les forets de trou de coulée.

Machines canon à bourrage

Les machines canon à bourrage effectuent l'une des opérations les plus importantes et critiques dans les hauts fourneaux, qui est la fermeture des trous de coulée. La fermeture d'un trou de coulée de haut fourneau sous n'importe quelle condition est une exigence de sécurité clé. Cela exige une fiabilité et une robustesse extrêmement élevées des machines canon à bourrage. Dans les hauts fourneaux modernes, la technologie de coulée exige des machines canon à bourrage à haute performance permettant l'utilisation de masses de trou de coulée résistantes à l'usure et à prise rapide. Les masses de trou de coulée à haute performance d'aujourd'hui ne peuvent pas être manipulées sans un contrôle de température optimisé de la machine canon à bourrage.

Les entraînements hydrauliques des machines canon à bourrage assurent que toute opération avec des trous de coulée lourds modernes est efficace et sécurisée. Les machines canon à bourrage sont fabriquées spécifiquement pour des opérations lourdes critiques, et leur conception et paramètres techniques sont entièrement conformes aux exigences des processus technologiques modernes d'exploitation des hauts fourneaux.

La haute pression de masse de trou de coulée avec la conception inverse nécessite une machine canon à bourrage avec une exigence d'espace considérable. De nos jours, le meilleur compromis entre les contraintes d'espace et les pressions maximales de masse de trou de coulée sont 200 kg/cm² de pression de bouchage / 250 litres de volume de masse de trou de coulée pour les petits et moyens hauts fourneaux et 250 kg/cm² / 350-400 litres pour les grands hauts fourneaux.

Les machines canon à bourrage doivent être conçues pour des pressions de bourrage de masse de trou de coulée élevées, une rotation rapide et une opération automatique. Ces machines doivent être fiables avec une haute qualité, des opérations sans défaillance à long terme, une facilité de maintenance et un haut niveau de serviceabilité.

Les fonctions d'automatisation des machines canon à bourrage modernes incluent le « bouchage automatique » pour la fermeture du trou de coulée, avec des vitesses de bourrage, volumes et séquences préprogrammés et ajustables, ainsi que la surveillance de la face du trou de coulée et la visualisation/contrôle du système de puissance hydraulique.

Les exigences de base de conception et d'installation pour les canons à bourrage sont les suivantes.

Cabines de commande pour forets de trou de coulée et machines canon à bourrage

Les cabines de commande pour les forets de trou de coulée et les machines canon à bourrage doivent être localisées, protégées et équipées de manière à permettre l'opération même en cas d'urgence. En conséquence, elles doivent avoir les caractéristiques de base suivantes.

Manipulateurs pour couvercles de canaux de fonte

Pour éviter le refroidissement de la fonte avant son écoulement dans les poches de fonte, les canaux principaux et de support pour la fonte doivent être couverts avec des couvercles fixes et amovibles. Ces couvercles sont également requis pour une extraction efficace de la poussière et des fumées dans la halle de coulée. Cependant, le processus de coulée et la maintenance du trou de coulée nécessitent un accès dégagé à la zone avant du canal. Les couvercles amovibles sont généralement soulevés et déplacés par des manipulateurs, ouvrant l'accès pour les forets de trou de coulée et les machines canon à bourrage. L'utilisation de manipulateurs aide à couvrir entièrement le canal principal et augmente la sécurité du personnel de maintenance.

Les manipulateurs pour couvercles de canaux de fonte sont normalement montés sous la plateforme des tuyères. Ils sont normalement compacts et sont généralement efficacement opérés par commande à distance avec une sauvegarde de surcharge manuelle. Les caractéristiques importantes des manipulateurs pour couvercles de canaux de fonte incluent généralement un couvercle connecté en permanence et un positionnement répétable. Ces manipulateurs peuvent avoir soit un fonctionnement hydraulique, soit pneumatique.

Les manipulateurs pour couvercles de canaux de coulée résultent en un coût minimisé des couvercles amovibles qui sont les plus exposés aux hautes températures et à l'usure rapide. Les manipulateurs sont requis pour obtenir une quantité significative d'espace libre dans la halle de coulée pour la sécurité et la facilité de maintenance.

Diverses conceptions de manipulateurs pour couvercles de canaux de coulée fournissent des solutions flexibles pour pratiquement toutes les exigences de la halle de coulée du haut fourneau, minimisent la capacité du manipulateur et son coût initial.

Canaux basculants

Les canaux basculants sont des équipements essentiels pour la halle de coulée pour la coulée fiable et sûre de la fonte, généralement pour les grands hauts fourneaux. Un canal basculant est normalement positionné entre deux voies de poche de fonte. Le canal est d'abord basculé pour remplir la poche de fonte sur une voie, puis basculé en arrière pour remplir la poche sur l'autre voie. Pendant que la deuxième poche est remplie, la première peut être remplacée par une vide afin que la coulée puisse se poursuivre sans interruption pendant que plusieurs poches sont remplies.

Les canaux basculants sont normalement de conceptions robustes et sont généralement équipés d'entraînements hydrauliques pour fournir les angles requis pour la coulée de la fonte. Ce sont de grands éléments fabriqués et donc le respect de la spécification de soudage est critique. Ce sont des stratégies de contingence bien conçues pour assurer la sécurité opérationnelle. L'opération du canal basculant peut être automatisée en combinaison avec un système de mesure de niveau pour les poches de fonte.

Changeurs de barres

Le changeur de barres est une machine robotique utilisée pour manipuler et installer des tiges ou des barres de trempe dans le foret de trou de coulée. Un changeur de barres incorpore normalement un magasin de barres contenant différents diamètres de barre ou de tige. Le bras du chariot mobile peut charger une barre du magasin dans le mandrin du foret, ou retirer une barre usée du foret après utilisation.

Machine de remplissage de canon à bourrage

Ces machines sont utilisées pour le remplissage automatique du canon à bourrage. Un schéma pour le remplissage automatique d'une machine canon à bourrage est montré à la Fig 2.

Équipements critiques de la halle de coulée pour des opérations sûres du haut fourneau

Fig 2 Schéma pour le remplissage automatique d'une machine canon à bourrage

Forets de barrage à vérin

Les forets de barrage à vérin servent à forer un trou dans la plaque/paroi de l'écumoire du canal principal du haut fourneau. Cela garantit que les produits de coulée sont entièrement drainés du fourneau. Les forets sont faits sur mesure pour le haut fourneau pour répondre aux exigences spécifiques telles que l'emplacement du canal principal, les fondations, les colonnes et les équipements fixes pour chaque halle de coulée spécifique. Les entraînements d'équipement sont soit hydrauliques, soit pneumatiques et sont alimentés soit par l'unité de pompe générale du système d'équipement, soit indépendamment. Les forets sont faits soit portables, soit stationnaires. Le foret de barrage à vérin est un outil utile pour la halle de coulée du haut fourneau.

Autres outils et équipements importants utilisés dans la halle de coulée

D'autres outils et équipements importants utilisés dans la halle de coulée sont des barres à piquer de différentes tailles et longueurs, des équipements de lessage à l'oxygène, des installations d'échantillonnage et de mesure de température, etc. Ce sont en plus des grues et installations de manutention qui sont nécessaires pour diverses opérations dans la halle de coulée du haut fourneau.

Développements dans les équipements de halle de coulée

Il y a eu beaucoup de développement dans la technologie de coulée au cours des 125-130 dernières années. Alors que les développements antérieurs se concentraient sur les aspects mécaniques des conceptions d'équipements, les efforts récents se sont concentrés sur les commandes électriques et hydrauliques. Les développements futurs devront continuer à viser des durées de vie de trou de coulée plus longues en permettant des masses de trou de coulée plus dures et en réduisant l'influence de l'énergie d'impact du marteau sur le réfractaire du creuset. Les alternatives au forage et au bouchage se sont avérées infaisables jusqu'à aujourd'hui. La « vanne de coulée » pour hauts fourneaux est encore un rêve d'un opérateur de haut fourneau. Des idées comme l'arrêt ou la régulation du flux de métal par des courants magnétiques n'ont pas fonctionné à l'échelle industrielle.

Processus de fabrication

  1. Principales considérations de conception pour les hauts fourneaux et leurs équipements auxiliaires
  2. Optimisation du gaz de haut fourneau : génération, utilisation et efficacité
  3. Granulation des scories de haut fourneau en coulée : Aperçu du procédé
  4. Optimisation des opérations du haut fourneau avec le coke noix : efficacité et avantages économiques
  5. Optimisation de l'efficacité du haut fourneau par injection de charbon pulvérisé
  6. Prévention des irrégularités dans l'exploitation du haut fourneau : stratégies éprouvées
  7. Optimisation des systèmes de refroidissement des hauts fourneaux pour une efficacité et une longévité accrues
  8. Systèmes de chargement en gueulard de haut fourneau optimisés pour l'efficacité et la sécurité
  9. Optimisation de la production de fer : la chimie du haut fourneau