Kroesmodellen ontrafelen hoogovenmysterie

De hoogoven is een gesloten reactor op hoge temperatuur (lokaal 2200° C) en  hoge  druk (3,5 bar).  De reactor zelf heeft een diameter van 12 m en een hoogte van 40 m. De machine wordt slechts om de 12 tot 15 jaar gestopt en afgekoeld, zodat het onmogelijk is om een reëel beeld te krijgen van het inwendige van de hoogoven.

Het vloeibare ruwijzer en de vloeibare slak worden onderaan in de haard of kroes van de hoogoven opgevangen. Deze kroes is bekleed met een 1,2 m dikke vuurvaste laag koolstofstenen.  Deze laag slijt in de loop van de jaren.

 

De uitdaging voor procesingenieurs en instrumentatiespecialisten bestaat erin om door een uitgebreid netwerk van metingen een beeld te modelleren van het inwendige van de hoogoven en vooral van de toestand van de kroesbekleding. Dit gebeurt door 2- en 3-dimensionale berekening met lineaire en eindige elementenmethodes.



Na de berekening volgt de interpretatie en vergelijking met andere hoogovens en ervaring uit het verleden. Deze interpretatie leidt op zich tot de beslissing om de hoogovencampagne verder te zetten of om de installatie uit dienst te nemen.


Deze beslissing is van strategisch groot belang voor ArcelorMittal Gent. Een onderschatting van de slijtage kan leiden tot een ongecontroleerde doorbraak van de hoogovenkroes, met grote risico’s voor mens en directe omgeving. Een overschatting leidt tot een te vroege uitdienstname van de installatie met een grote extra investeringskost tot gevolg. Tijdens de uitdienstname van de hoogoven vermindert de productie van ArcelorMittal Gent met ongeveer 50%.


ArcelorMittal Gent beschikt over 2 hoogovens die elk ongeveer 6000 ton ruwijzer per dag produceren. De meest recente herstelling van hoogoven A dateert van 2003. Hoogoven A was hierdoor 90 dagen uit dienst. De totale investeringskost bedroeg 110 miljoen euro.

De montages die met dergelijke herstelling gepaard gaan, komen verder aan bod.


> zie tekst "Hoogovens in een nieuw kleedje"


Animatie hoogovenmodel
Klik om te vergroten

Gezien de hoge druk, de hoge temperatuur en de aanwezige gassen  werd de hoogoven lange tijd als een mysterieuze black-box beschouwd. De laatste jaren bouwden we aangepaste  meetappatuur in, waardoor het proces beter bekend werd.
De specialisten van de sectie systemen en modellen van de informatica-afdeling ontwikkelden diverse wiskundige modellen, procescontroles, expertsystemen en neurale netwerken.


> Zie tekst "Wiskundige topmodellen sturen de hoogoven"

Door deze evoluties  kan het hoogovenproces vandaag gemeten, gemodelleerd en zelfs voorspeld worden.



Simulatie ladingsverdeling in de hoogoven

De werking van de hoogoven qua productiviteit en uitbatingskost wordt in hoge mate bepaald door de manier waarop sinter en cokes in de oven geladen worden. Het laden gebeurt bovenaan in de oven door middel van een draaiende verdeelgoot.


De oven is echter een gesloten vat, zodat deze ladingsverdeling niet visueel kan gecontroleerd worden.
In nauwe samenwerking tussen de hoogovenuitbaters en de specialisten van de procesautomatisatie en modelontwikkeling werden er 2 modellen ontwikkeld: enerzijds een theoretisch model dat simuleert hoe de lading verdeeld moet worden,  en anderzijds een controlemodel op basis van radarmetingen in de oven nadat de materialen in de oven werden gestrooid.


Klik om te vergroten
> Zie tekst "Hoogovenmodel voor optimale ladingsverdeling"