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Lance pour l'injection d'un combustible solide pulvérulent dans un four à cuve.
La présente invention porte sur une lance pour l'injection d'un combustible solide pulvérulent dans un four à cuve.
L'application visée ici est essentiellement, mais pas exclusivement, l'injection de charbon pulvérulent dans un haut fourneau.
On sait que le coût du coke intervent pour une part de plus en plus grande dans le prix de revient de la fonte produite au haut fourneau, notamment en raison du renchérissement des charbons cokéfiables. Depuis plusieurs années, on cherche à remplacer au moins partiellement ce coke par des combustibles auxiliaires, moins chers, que l'on injecte en particulier dans le courant de vent chaud circulant dans les tuyères du haut fourneau. A l'heure actuelle, le charbon pulvérulent est le combustible auxiliaire qui présente le plus grand intérêt économique dans l'optique de son injection au haut fourneau. Cet intérêt est spécialement marqué dans le cas des charbons non cokéfiables.
Conventionnellement, le charbon pulvérulent est injecté dans le courant de vent chaud au moyen d'une lance introduite obliquement dans la tuyère.
Cette lance, appelée quelquefois canne d'injection, peut être constituée par un simple tube dans lequel circule le charbon pulvérulent transporté par un courant d'azote ou d'air sous pression.
La possibilité d'injecter du charbon pulvérulent dans un haut fourneau se heurte cependant actuellement à une limite physique de l'ordre de 180 kg de charbon par tonne de fonte ; cette limite résulte notamment de l'impossibilité d'enflammer et de brûler des quantités plus élevées de charbon dans les conditions actuelles d'injection.
La présente invention a pour objectif de relever cette limite en proposant une lance d'injection grâce à laquelle le combustible solide pulvérulent peut être mieux dispersé dans le courant de vent chaud et s'enflamme dès lors plus aisément et plus rapidement.
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Conformément à la présente invention, une lance pour l'injection d'un combustible pulvérulent dans une tuyère d'un four à cuve, qui se compose d'un seul conduit tubulaire parcouru par le combustible solide pulvérulent, est caractérisée en ce que ledit conduit tubulaire comporte, à son extrémité de sortie, des moyens pour disperser le combustible solide pulvérulent dans ladite tuyère.
Selon une première forme de réalisation de la lance de l'invention, le conduit tubulaire est tranché en biseau à son extrémité de sortie. En général, la section de sortie oblique ainsi obtenue est une section plane ; il va de soi cependant qu'elle pourrait présenter un profil différent, par exemple concave, sans sortir du cadre de l'invention.
Dans le cas où elle présente une extrémité biseautée, la lance est de préférence disposée dans la tuyère de telle façon que sa section de sortie se trouve "sous le vent", c'est-à-dire du côté opposé à l'arrivée du vent chaud. Le jet de charbon sortant d'une telle lance éclate latéralement, en raison de l'obliquité de la section de sortie, et il se disperse largement dans le courant de vent chaud.
Suivant une autre forme de réalisation, la lance de l'invention présente une partie terminale tronconique, dans laquelle est ménagée au moins une fente diamétrale.
La section de sortie de cette lance est en fait composée de l'orifice de sortie axial et des fentes latérales constituant la fente diamétrale.
Celles-ci sont généralement au nombre de deux, mais il ne sortirait pas du cadre de l'invention d'en prévoir quatre ou davantage, qui constitueraient ainsi autant de fentes diamétrales croisées. Le jet de charbon sortant d'une lance qui comporte une fente diamétrale est lui-même étalé dans ce plan diamétral de la lance.
Une telle lance sera de préférence disposée, dans la tuyère, de telle façon que le plan diamétral précité ne soit pas parallèle à l'axe de la tuyère.
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Selon encore une autre forme de réalisation, l'extrémité de la lance de l'invention est fermée et il est prévu un orifice latéral au voisinage de ladite extrémité fermée.
L'orifice latéral précité est avantageusement une fente, qui est ménagée dans la partie terminale de la lance, cette partie terminale pouvant d'ailleurs être cylindrique ou tronconique. Ladite fente est de préférence longitudinale ou hélicoïdale.
Dans la tuyère, cette lance sera de préférence disposée avec son orifice latéral "sous le vent", c'est-à-dire situé du côté opposé à l'arrivée du vent chaud. Ici également, l'éclatement latéral du jet de charbon favorise sa dispersion dans le courant de vent chaud.
L'invention va maintenant être décrite de manière plus détaillée, en faisant référence aux dessins annexés, dans lesquels la Fig. 1 montre une lance dont l'extrémité est tranchée en biseau ; la Fig. 2 représente une lance présentant une extrémité tronconique fendue ; et la Fig. 3 illustre une lance fermée à son extrémité et pourvue d'une fente latérale.
Ces figures sont des représentations schématiques, sans échelle particulière, dans lesquelles on n'a pas reproduit les éléments qui ne sont pas strictement nécessaires pour la compréhension de l'invention, par exemple les systèmes de refroidissement des lances. Des éléments identiques ou analogues sont désignés par les mêmes repères numériques dans toutes les figures.
Chacune des Fig. 1 à 3 montre une lance d'injection 1 composée d'un seul conduit tubulaire, qui est introduite obliquement dans une tuyère 2 d'un haut fourneau non représenté. Dans cette tuyère 2 circule un courant de vent chaud, dont le sens de circulation est indiqué par des flèches.
La Fig. 1 représente une lance 1 dont l'extrémité est tranchée en biseau ; elle est installée de telle sorte que la section de sortie oblique 3 se trouve"sous le vent" par rapport au courant de vent chaud, c'est-à-dire
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du côté opposé à l'arrivée du vent chaud.
L'angle du biseau peut être choisi en fonction de l'obliquité de la lance, de telle façon que la section de sortie de la lance 1 soit perpendiculaire à l'axe de la tuyère 2.
Le jet de charbon quittant la lance 1 éclate latéralement par rapport à celle-ci, comme le suggèrent les lignes 4 tracées en pointillés. Si la section de sortie est perpendiculaire à l'axe de la tuyère, l'éclatement se fait dans un sens généralement parallèle à cet axe, c'est-à-dire dans le sens de circulation du vent chaud.
La lance 1 illustrée dans la Fig. 2 présente une partie terminale tronconique 5, dans laquelle est ménagée une fente diamétrale 6, visible ici en une vue latérale.
Le jet de charbon sortant de cette lance est étalé transversalement dans la tuyère 2, sensiblement dans un plan oblique perpendiculaire au plan du dessin. Les lignes 4 tracées en pointillés montrent schématiquement une coupe à travers le jet de charbon étalé.
La Fig. 3 illustre une autre forme de réalisation de l'invention, dans laquelle la lance 1 a son extrémité fermée par une plaque 7 mais présente, au voisinage de cette plaque, une fente longitudinale 8. Ici également, la fente 8 est placée "sous le vent" par rapport au courant de vent chaud et le jet de charbon éclate latéralement, comme le montrent les lignes 4 tracées en pointillés.
Grâce à sa configuration particulière, la lance d'injection conforme à l'invention permet d'assurer une dispersion du jet de charbon nettement plus forte qu'avec une simple lance tubulaire. Elle favorise ainsi l'allumage du charbon et permet d'augmenter la quantité de charbon injectée dans le haut fourneau.
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L'invention n'est cependant pas limitée aux formes de réalisation qui viennent d'être décrites et illustrées. Elle s'étend également à toute variante qu'un homme du métier pourrait imaginer, par exemple en ce qui concerne la forme et/ou le nombre des fentes 6 et 8.