Hoogovenmodel voor optimale ladingsverdeling

Met behulp van het strooimodel kunnen wij de gasstroming in de hoogoven sturen. Een goede controle van de gasstroming in de hoogoven zorgt voor een grotere productiviteit en draagt bij tot een langere levensduur van de installatie.

Het laden van een hoogoven

Figuur 1: een hoogoven wordt geladen met lagen cokes en lagen sinter

De hoogoven laden we bovenaan afwisselend met lagen cokes en sinter. Onderaan, aan de blaasmonden, wordt warme lucht ingeblazen. Die verbrandt de cokes. Het resulterende CO-gas stijgt op en baant zich een weg doorheen de lagen cokes en sinter tot aan de top van de hoogoven. Door het nauwe contact van het hete CO-gas met de sinter reduceert het ijzeroxide in de sinter tot ijzer, warmt het op en smelt het. Het vloeibare ruwijzer wordt onderaan de hoogoven verzameld en afgetapt.


Het gas is de stuwende kracht van het hoogovenproces. Daarom houden wij de stroming van het gas doorheen de lagen stevig in de hand en sturen wij bij waar nodig. Om die reden beschikken de meeste moderne hoogovens ook over een complexe Paul Wurth laadinrichting.



Figuur 2: schematische voorstelling van een Paul Wurth laadinrichting


De Paul Wurth laadinrichting

Bij deze laadinrichting wordt het materiaal via een vulwagen in twee doseerbunkers bovenaan de hoogoven gebracht. Vervolgens wordt het materiaal via een draaigoot in de hoogoven gestort.



Figuur 3: de roterende Paul Wurth draaigoot

De hoek waarmee deze draaigoot het materiaal stort, is instelbaar. Figuur 4 laat drie mogelijke standen van de draaigoot zien. Door deze hoek te veranderen, verandert ook de vorm van de materiaallagen.



Figuur 4: door het aanpassen van de hoek van de draaigoot kan je de vorm van de materiaallagen controleren


Het sturen van de gasstroming

Door de vorm van de materiaallagen aan te passen, kunnen we het gas een bepaalde richting uitsturen. Cokes bestaat immers uit grotere brokken dan sinter. Het gas ondervindt veel minder weerstand van een laag cokes dan van een laag sinter. Wanneer we op een bepaalde plaats in de hoogoven veel gas willen, volstaat het daar meer cokes dan sinter te storten. Op plaatsen waar we minder gas wensen, maken we de lagen sinter wat dikker. Op die manier houden wij de gasstroming goed onder controle.
Ook via segregatie kunnen wij de gasstroming beïnvloeden. Zodra het materiaal is gestort, rolt het verder van de helling af en worden de grotere brokken automatisch gescheiden van de kleinere (segregatie). De kleinere brokken hebben de neiging te blijven liggen op de plaats waar ze eerst in de hoogoven vallen, de grotere brokken rollen verder door naar het midden.
Omdat de grotere brokken minder weerstand bieden aan het gas, helpen ze ons opnieuw het gas een bepaalde richting uit te sturen.


Model voor ladingsverdeling

De werking van de hoogoven is zeer gevoelig voor kleine aanpassingen aan de vorm van de lagen, de zogeheten ladingsverdeling. Daarom hebben wij bij ArcelorMittal Gent een model ontwikkeld dat de hoogovenoperator helpt in alle omstandigheden de beste ladingsverdeling te kiezen. Het model houdt rekening met de diameterverdeling van het gestorte materiaal, met de scheiding van de verschillende diameterfracties tijdens het laden van de hoogoven (segregatie) en uiteraard met de vorm van de lagen zelf. Het model berekent meteen ook wat de gasstromingsweerstand zal zijn en hoe die varieert over  de straal van de hoogoven.


Klik om te vergroten
Figuur 5: de interface van het model voor ladingsverdeling

Bij het berekenen van de vorm van de lagen houden wij uiteraard ook rekening met de fysische wetten: behoud van energie, wrijving bij afrollen van materiaal of invloed van gasstroming op het afrollen van materiaal. Voor een aantal punten zijn we echter aangewezen op metingen tijdens een onderhoudsstilstand.