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" Procédé pour réduire la consommation spéciiique en combus- tible et pour régler la température des fours métallurgiques et foyers de tout genre ".
Un sait que la consommation spécifique en combusti- ble de fours et foyers de tout genre, c 'est-à-dire la dépense en combustible considérée par rapport à l'unité de ratières obtenues (par exemple pour chaque tonne de fonte brute), au- trement dit la dépense en combustible, peut être réduite par amenée d'air chaud. C'est ainsi que pour toute augmentation de 1000 C. pour la température de l'air on diminue de 4% la dépense en combustible dans les hauts fourneaux. Dans ces derniers, par exemple, on est toutefois limité par une tempé- rature maximum pour l'air suivant la qualité du minerai utilisé ou du métal, notamment la fonte brutea à obtenir et suivant la charge du four.
Par amenée de l'air on peut obtenir, dans le cas le plus favorableune teneur d'environ 34,6% en oxyde de carbone, en amont des tuyères d'insufilation. quand on néglige l'oxyde de carbone qui s'est formépar l'humidité de l'air. Bien que @
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les réchauffeurs puissent débiter de l'air à haute températu- re on doit réduire celle-ai, pour les raisons indiquées, par adjonction d'air frais, sans pouvoir profiter entièrement de l'avantage du réchauffage de l'air.
Pour la réduction locale de la température dans le four on a également proposé dintroduire de l'acide carboni- que, de l'eau et de la vapeur d'eau, en même temps que l'air ou par des conduites spéciales, dans les dours à cuve avec soufflerie, ces matières donnant des gaz réducteurs (oxyde de carbone et hydrogène) au contact avec le combustible chauffé au rouge.
On a également proposé, en vue d'augmenter la tempé- rature dans le four, d*insuffler dans celui-ci des gaz de haut fourneau, de cubilot, de four à coke et de générateur, ces gaz contenant principalement de 1'oxyda de carbone et de l'hydro- gène et de très faibles quantités diacide carbonique. Ces gaz ont également déjà été réchauffés avant leur introduction dans le four.
Pour permettre l'utilisation de la température de l'air qu'on peut atteindre dans les réchauffeurs d'air et, le cas échéant, pour obtenir un accroissement de la teneur en oxyde de carbone, on insuffle, conformément à l'invention, avec l'air ou par des conduites spéciales de l'acide carboni- que ou des gaz de tout genre contenant principalement de l'acide carbonique en plus de l'azote, l'oxygène et la vapeur d'eau qui peuvent être en présence. Parmi ces gaz il y a lieu de citer, notamment, les gaz résultant de la combustion ,les gaz qui s'échappent des fours de grillage, des fours à cuire, des moteurs à gaz, des fours Martin et des gaz résultant de l'industrie chimique.
Comme l'introduction de ces gaz pour- rait donner lieu à une réduction de la température du four on compense, conformément à l'invention, la réduction de tem- pérature par l'accroissement de la température de l'air ou par un réchauffage convenable des gaz insufflés avec l'air ou
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séparément.
On obtient ainsi un gain considérable en un produit de haute valeur, tel que le coke ou analogue, grâce à la pos- sibilité de pouvoir amener des quantités de chaleur plus éle- vées-- celles-ci étant avantageusement récupérées d'énergie perdue -- et grâce à l'introduction simultanée de matières productrices de gaz réducteurs, ces matières résultant égale- ment des gaz indiqués plus haut et dont la valeur est moindre.
Les temperaturea de l'air, utilisé pour les hauts fourneaux, varient actuellement entre 300-500 C. Dans bien des cas on pourrait encore augmentér fortement cette tempéra- ture si on ne craignait pas une modification dans la consti- tution de la fonte brute et des difficultés dans la fabrica- tion, par exemple des difficultés dans la descente de la char- ge. Ce sont surtout l'héniatite rouge:, les minerais à griller et divers autres minerais métallurgiques qui ne supportent pas des températures élevées pour l'air.
Pour ces raisons, bien des hauts fourneaux travail- lent avec de l'air à 350 C et morne 500 C. D'autre part bien des fours de l'industrie métallurgique!, des cubilots, des ga- zogènes,, des foyers à combustion incomplète ou à grille fonc- tionnent avec de l'air froid. On peut toutefois atteindre, sans difficultés, des températures de 800 C et plus pour le réchauffage d'air. Cette marge de température de 350 C à 800 C ou de la température ambiante à 800 C peut être utilisée pour compenser la quantité de chaleur perdue par l'introduc- tion des matières susdites.
Ces matières peuvent, d'autre part, être également amenées à 800 Co Cette dernière tempé- rature ne doit toutefois pas être considérée comme étant une limite même pour des hauts fourneaux car on peut, en utili- sant par exemple des gaz de générateurs ou de fours à coke pour le réchauffage, atteindre des températures bien plus élevées pour l'air et pour les autres matières à introduire ainsi que cela se fait d'ailleurs depuis longtemps pour les
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fours Martin par exemple. On peut également utiliser un cou- rant électrique pour le chauffage des matières introduites.
En introduisant de l'acide oarbonique ou de l'hydrogène ou d'autres matières qui, en plus du carbone, contiennent éga- et lement de l'hydrogène/de l'oxygène,, on obtient au contact du coke chauffé au rouge de l'oxyde de carbone (CO) et de l'hydro gène. C'est ainsi que pour un volume d'acide carbonique (002), d'après la relation 002+C= 2CO, on obtient une quantité double en 00.. En introduisant de la vapeur d'eau on obtient pour un volume de H2O, d'après la relation H2O+C= H2+CO, également une quantité double en matières réductrices. Pour obtenir la même quantité en matières réductrices à partir de l'oxygène de l'air on doit utiliser, par contre, une quantité double de carbone d'après la relation O2+2C=2CO.
Pour chaque m de CO2 ou de H2O introduit on obtient donc un gain en carbone, né- cessaire à la combustion,de 12/22,4 = 0,536 kg.
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On peut également augmenter la pression partielle en matières réductrices par rapport à celle obtenue en utilisant de l'air pur puisqu'on dispose de matières suffisantes qui avec le carbone contenu dans le four donne des pressions par- tielles en matières réductrices CO et H2 qui sont supérieures, telles. que les gaz qui s'échappement des foura à griller, des fours à chaux, les produits résultant de la combustion des gaz de gueulard, de générateurs ou de fours à coke, du gou- dron, de l'huile, du charbon ou analogue ou des gaz contenant principalement de l'acide carbonique tels que ceux résultant d'un procédé de refroidissement du coke. Ceci influence favo- rablement la vitesse de réaction et la participation à la ré- duction indirecte.
On obtient donc un nouveau gain de carbone puisque le carbone nécessaire à la réduction directe est di- minué.. Comme tout l'accroissement de la pression partielle en matières réductrices n'est pas utilisé et comme il se forme à nouveau de la vapeur d'eau, quand de l'hydrogène se trouve dans les gaz réducteurs, cette vapeur se condensant dans les
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appareils épurateurs des gaz, on obtient d'après ce procédé un gaz qui s'échappe du four et qui a une grande valeur ca- lorifique, celle-ci pouvant, de son côté, être utilisée pour le réchauffage de l'air.
Au gain obtenu en carbone, nécessaire à la combus- tion, s'oppose toutefois une dépense en chaleur qui est né- cessaire pour produire la décomposition de l'acide carbonique et de la vapeur d'eau et pour ..amener les. matières introdui- tes ou leurs produits de décomposition, à la température de réaction. Si on rappliquait le procéda qu'en adjoignant sim- plement les gaz contenant le CO2 ou le H20 à l'air, sans avoir recours à d'autres précautions, il se produirait un refroi- dissement dans le four et les réactions s'arrêteraient fina- lement en continuant l'introduction de ces matières..
C'est la raison pour laquelle l'invention intervient en fournissant depuis l'extérieur la chaleur manquante du fait que l'adjonc- tion des matières à l'air tend à produire une diminution de la température de réaction.. Cette nécessité d'un apport de chaleur complète, d'une façon heureuse, la deuxième nécessité économique d'augmenter plus fortement la température de l'air, ce qui, comme indiqué plus hauts n'est pas toujours possible sans inconvénient.
Au cas où un accroissement de température est plutôt nuisible dans la chambre de réaction:, cet accrois- sement résultant de l'introduction d'air;, d'un gaz ou d'autres matières à température trop élevée ou par l'amenée d'un cou- rant électrique on peut annuler, si on le veut, cet accrois- sement par introduction de gaz ou autres matières propres à abaisser cette température tout en donnant lieu, en même temps, à une réduction de la dépense en carbone.
Les gaz d'échappement et la vapeur d'eau peuvent, avantageusement, être réchauffés préalablement de la manière ordinaire, séparément ou simultanément dans des réchauffeurs d'air, des surchauffeurs, des régénérateurs, des récupéra- teurs ou analogues et on peut les introduire séparément ou
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simultanément dans le four.
Les gaz d'échappement, la vapeur d'eau ou autres gaz contenant de l'acide carbonique ou de l'hydrogène peuvent é- galement être introduits dans des ztnes plus élevées du four et, dans ce cas, servir, comme connu, de véhicule à du mine- rai, des scories, de la poussière de gueulard ou analogue.
Conformément à la présente invention on peut obtenir également des gaz utilisables par la combustion de combusti- bles solides, liquides ou gazeux dans un oourant d'air. C'est ainsi qu'on peut introduire du gaz de gueulard dans la con- duite pour l'air chaud, ce gaz brulant alors avant dé péné- trer dans le four. A la place du gaz. de gueulard on peut éga- lement utiliser du gaz de four à coke ou de générateur. Ces matières brûlent en étant introduites dans une conduite d'air de haut fourneau ou on produit leur combustion dans des con- duites ou foyers aboutissant directement en amont dans cette conduite, les produits résultant de la combustion.s'adjoi- gnant donc également à l'air chaud du haut fourneau. La com- bustion se fait dans les conditions les plus favorables.
Elle se fait complètement et avec le meilleur rendement du fait qu'on peut prévoir un excès d'air notable et une température élevée pour l'air. Il ne se produit aucune perte de gaz et les pertes de chaleur par conductibilité ou rayonnement sont mi- nimes. La transmission de la chaleur apportée à l'air par cette combustion est donc notablement plus économique que celle fournie par les réchauffeurs d'air utilisés actuellement.
L'amenée de matières combustibles peut évidemment se faire également dans ou en amont des tuyères ou dans le réchauffeur, toutefois les matières doivent, de toute façon, brûler avant de pénétrer dans le four. Egalement dans ce cas on constate que les pertes par rayonnement sont réduites au minimum. L'in- troduction du combustible peut également se faire dans le ré- chauffeur d'air ou en un point quelconque de la conduite d'air froid. L'endroit le plus favorable est toutefois la partie
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de la conduite d'air chaud qui se trouve entre le réchauffeur d'air, qui est branché le plus près du haut fourneau sur la conduite d'air, et la conduite d'air froid (conduite de mé- lange) aboutissant dans ladite conduite d'air chaud pour le réglage de la température.
Suivant un autre mode de réaliaa- tion on établit des foyers,par exemple pour du charbon pulvérisé, du poussier de coke;, du gaz, du goudron ou autres combustibles à faible teneur en cendre,, en amont de la condui- te annulaire ou des tuyères et il est alors avantageux de ré- chauffer préalablement ces combustibles.. Il est également avantageux de fermer obligatoirement le distributeur de combus tible avant l'interruption ou la réduction du courant d'air et ne permettre son ouverture qu'après que ce courant souille en plein. On peut également régler le débit du gaz d'après la quantité d'air disponible ou d'après le rapport de combustion qu'on a en vue.
La température de l'air augmente par l'introduction du combustible dans la conduite pour l'air chaud. Les produits de combustion entraînés dans le four produisent toutefois dans celui-ci une chute de température. La quantité de chaleur qui est disponible dans le courant d'air, par la combustion du combustiblen'est toutefois pas suffisante pour compenser complètement cette perte.. On doit toujours suppléer par ré- chauffage plus intense de l'air à une partie de la chaleur manquante, toutefois. il y a lieu d'observer que la chute de température est notablement moindre, par suite des conditions plus favorables qu'en chauffant directement l'air dans un ré- chaufieur. La quantité de chaleur à apporter est d'autant moindre que le combustible contient moins de orps inertes.
Les gaz produits par l'industrie ont généralement une teneur notable en azote. Par contre les gaz riches ainsi que les combustibles liquides et solides ne donnent que peu de ma- tières inertes par combustion de sorte que de faibles quantités supplémentaires de chaleur suffisent pour amener
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les gaz de combustion à la température voulue et pour compen- ser la chute de température dans le four. Cette chute résulte, comparativement aus-procèdes actuellement utilisés, du fait de la décomposition de l'acide carbonique et de l'eau qui se trouve dans les gaz de combustion introduits et du fait que les matières introduites ne sont pas à la température régnant dans le four.
Comme cette chute de température est oompensée par apport de chaleur à ces matières ou à l'air on épargne dans le four, sous forme de coke ou analogue, la quantité de oarbone contenue dans les matières introduites. Comme ces ma- tières mêmes et le combustible nécessaire au chauffage de l'air ont une valeur moindre que le coke, le gain est d'au - tant plus élevé qu'une quantité plus grande de carbone se trouve à l'état libre ou lié dans les matières introduites dans le four ou dans la conduite d'air. D'autant plus faible est la quantité de corps inertes, par exemple d'azote,, résul- tant de la combustion,
d'autant plus élevée peut être la tem- pérature de l'air soufflé dans le four et d'autant plus gran- des sont les quantités d'acide carbonique et de vapeur d'eau qui peuvent être décomposées. Il en résulte que l'enrichisse- ment de l'air en oxygène, qui intervient également pour ré- duire la teneur en matières inertes, permet d'utiliser des quantités plus considérables d'acide carbonique ou de vapeur d'eau.
Les gaz qui s'échappent d'autres foyers et de la vapeur d'eau sont, de préférence, soufflés dans 1 conduite d'air froid et cela en amont de la dérivation vers le réchauf- feur qui est le plus éloigné du haut fourneau et en aval du registre ou analogue qui sert à régler le débit de ladite conduite. Cette disposition permet d'évacuer les gaz ou la vapeur à l'air libre par la soupape d'échappement pendant qu'on réduit le soufilage de l'air.
Si on introduit dans le four:, en plus d'une quanti- té d'air donnée par une unité de temps, des quantités supplé-
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mentaires d'acide carbonique ou de vapeur, il se formera par unité de temps une quantité plus grande d'oxyde de carbone et d'hydrogène qué, si on utilisait de l'air pur. On obtien- dra donc une plus grande teneur en CO et H, oe qui augmente la production.
Ce procédé permet donc non seulement d'obtenir une économie en ce qui concerne la dépense spécifique en com- bustible mais également, par suite de l'accroissement même de la production, une nouvelle diminution de cette dépense, cet- te diminution pouvant être utilisée pour compenser la chute de chaleur dans le Cas où on attache plus d'importance à un accroissement de production et qu'on veut maintenir constante la température de fonctionnement.
Dans le cas de générateurs on peut également procé- der à l'introduction par soufflage de gaz d'échappement ou de matières qui brûlent dans la conduite d'air. La chute de tem- pérature qui se produit ainsi dans le générateur peut être compensée par élévation de la température de l'air ou par ad- jonction moindre de vapeur d'eau à l'air.. L'introduction de vapeur d'eau avec l'air est très courante pour les générateurs de même qu'on connait, dans ce caa, l'introduction de gaz d'é- chappement ou de gaz combustibles..
Ce qui eat toutefois nou- veau est le fait que l'air est, en même temps, réchauffé afin que la chute de chaleur réaultant de l'introduction de ces gaz ou de la vapeur d'eau aoit compensées, ce qui permet d'accroî.- tre le rendement en gaa et la valeur calorifique du gaz de générateur obtenu, de façon à augmenter le rendement du géné- rateur. L'air,, qui est soufflé dans le générateur, peut être chauffé, par exemple, dans un réchauffeur d'aire connu en lui- même, par de la chaleur perdue, le gaz d'échappement pouvant être débité par des conduites ou foyers tels que des. fours Martin, des chaudières, des foyers, etc. ou résulter de pro- cédés chimiques ou de la combustion de combustibles (gaz, charbon, goudron, etc.), le débit ayant lieu dans la conduite d'air ou en amont de celle-ci.
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Ces réchauffeurs, connus en eux-mêmes, pour l'air, les gaz d'échappement ou vapeurs (régénérateurs, récupéra- teurs, réchauffeurs, surchauffeurs, éléments chauffants élec- triques ou arcs électriques) peuvent également être chauffés à l'aide de combustible et de la manière connue, les gaz chaude pouvant être adjoints en tout ou en partie à l'air.
Par la combustion de cette amenée de gaz d'échappement et de la vapeur d'eau et du chauffage de ces matières, de l'air ou de leur mélange on peut régler, selon nécessité, la valeur ca- lorifique du gaa et la consommation prévue en combustible.
Le procédé susindiqué peut également être appliqué aux foyers à combustion incomplète ou à grille du fait que le réchauffage préalable seul de l'air n'est pas toujours possi- ble dans ce cas par suite de la formation de scories, de la détérioration des grilles, etc. et que l'introduction dans la conduite d'air de gaz d'échappement ou de produits de combus- tion provenant d'autres foyers remédie à ces inconvéïients tout en augmentant l'économie*
Dans les usines métallurgiques, l'application de ce procédé permettrait l'utilisation d'air chaud, ce qui jus- qu'ici n'était que rarement possible ou d'une manière très restreinte.
Le dessin ci-annexé montre, schématiquement, à ti- tre d'exemple, plusieurs modes de réalisation de l'invention appliqués à un haut-fourneau.
Sur la fig. 1 l'air provenant du réchauffeur d'air est adjoint, en amont ou en avaldu réchauffeur, aux matières (vapeur ou gaz) envisagées, le mélange étant introduit, par la conduite d'air 1 et par les tuyères 2,. dans le foyer 3.
Sur la fige 2 l'air chauffé pénètre dans le four 3 par la conduite 1 et les tuyères 2 alors que les matières ad- jointes telles que le gaz ou la vapeur sont introduites, par la conduite4après avoir été soumises, avantageusement. à un chauffage préalable.
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Sur la fig. 3 on introduit séparément dans le four l'air par la conduite 1 et les matières adjointes, par exem- ple le gaz ou la vapeur, par la conduite 2.
Sur la fige 4 on introduit le combustible,, en vue d'obtenir sa combustion,, le gaz d'échappement ou la vapeur d'eau en un endroit quelconque de la conduite d'air 1 ou du réchauffeur d'air ou d'une conduite débouchant en amont de celui-ci. Le combustible, par exemple du charbon ou du coke pulvérisé ou analogue peut être introduit ou bien par un ou plusieurs tubes 5 dans la conduite ou peut être amené dans les chambres de combustion susdites avec un autre gaz ou un autre liquide. Les gaz d'échappement, la vapeur, les produits de combustion ou le combustible introduit dans la conduite en vue de sa combustion peuvent également, comme montré sur les fige
5 et 6, être aspirés en 7 par dea tuyères ou injecteurs. Se- lon la fig. 6, les gaz résultant de la combustion dans un fo- yer 8 sont fournis à la conduite d'air 2.
Le combustible in- troduit dans ce foyer est mélangé à l'air comburant à l'aide d'un brûleur 9 de constitution connueo Cet air comburant de même que l'air circulant dans la conduite 1 peuvent être ré- chauffés de manière connue. Ceci peut également se faire pour le combustible utilisé. Ce dernier peut provenir, dans le cas de gazogène, d'une dérivation de la conduite de gaz obtenu, cette dérivation servant en même temps à sécher ou à chauffer le combustible contenu dans le gazogène ou qui, se trouve à l'extérieur de celui-ci. La fig. 7 montre de quelle façon on obtient une telle dérivation dans le cas d'un gazogène, la gaz humide pénétrant dans le foyer 11 par la conduite 10, l'air comburant éventuellement après chauffage,par la conduite 12, et la vapeur, par exemple et comme connufl par la conduite 13.
Data le cas de foyers à combustion incomplète ou à grille on peut, comme montré sur la fig. 8, mélanger le gaz d'échappe- ment en 14 ou 15 à l'air, le mélange débouchant en dessous de la grille 16. A la place de gaz- on peut utiliser de la vapeur
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et la matière adjoints ou l'air peut être chauffe. On peut également utiliser d'autres foyers pour l'obtention des pro- duits de combustion .
Le procédé, spécifie plus haut, peut évidemment être utilisé pour l'accroissement de la production de fours à cuire, de hauts fourneaux, de cubilots ou de fours tournants ainsi que pour augmenter la valeur calorifique des gaz four- nis par dea fours à cuve, des hauts-fourneaux, des gazogènes, des foyers à combustion incomplète ouà grille etc. Diaprés ce procédé on peut également augmenter le degré de pureté (dé- sulfuration) de la matière ou du métal à obtenir. De même il permet d'exercer une action oxydante sur la charge.