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BREVET D'INVENTION.
PERFECTIONNEMENTS AUX FOURS VERTICAUX DU TYPE.A TUYERES.
La présente invention a trait aux fours verticaux à tuyères du type fermé, ce terme étant entendu dans le sens que pendant toutes les opérations inhérentes au- fonctionnement du four, y compris le chargement des matériaux dans la cavité du four, la dite cavité se trouve en état d'étanchéité à l'égard de toute pénétration d'air atmosphérique s'opérant autrement que par les tuyères, et demeure généralement à une pression supérieure à la pression atmosphérique.
'Les fours du type en question comportent un creuset en forme de'puits et des étalages, une cuve où s'opère le déverse- ment de la charge et son acheminement jusqu'à la zone de fusion, et des tuyères disposées autour du creuset, injectant de force de l'air de soufflage dans la cavité du four.
Des modèles existants du type en question font usage de dispositifs d'alimentation déversant par le haut de la cuve les matériaux de charge, lesquels y poursuivent leur descente.
Ces.dispositifs d'alimentation se trouvent, par l'interposi- tion de l'épaisseur de la charge qui se trouve au-dessous d'eux, protégés dans une certaine mesure des gaz chauds.du
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foyer ainsi que des irradiations de chaleur provenant du creuset.
Il n'en reste pas moins que leur fonctionnement s'opère dans des conditions difficiles et que ces dispositifs demeurent exposés aux multiples avaries dérivant de leur échauffement ou de leur gauchissement par effet de la chaleur, dans les cas notamment où la température du four se trouve outrepasser celle normalement rencontrée dans les fours de ce type.
La présente invention a pour objet, entr autres. de créer des moyens d'alimentation qui ne soient pas sujets aux dommages occasionnés par la chaleur des gaz de combustion ou par l'irra- diation de chaleur, ou en tous cas pas dans la même mesure que ne le sont les dispositifs d'alimentation actuellement rencontrés dans les fours du type en question, et notamment des moyens d'ali- mentation particulièrement propres à être employés dans les fours du type à tuyères dans lesquels on rencontre des températures supérieures à la normale.
Un autre objet de la présente invention est de créer des moyens d'alimentation applicables à un four du type à tuyères fonctionnant avec une charge de matériaux qui, pour les raisons exposées dans la suite de cette description, présente une épais- seur très réduite en comparaison de l'épaisseur de charge jusqu' ici employée.
Selon la présente invention, les dits moyens d'alimennta- tion sont disposés de façon à déverser latéralement dans la cavité du four les matériaux de charge, et les dits moyens d'alimentation assurent par leur aménagement l'étanchéité continue de la cavité du four à l'égard de l'atmosphère, à la bouche ou aux bouches d'alimentation.
Selon l'invention également, les dits moyens d'alimentation latérale sont constitués par un dispositif mécanique d'alimenta- tion ou par une série de dispositifs mécaniques d'alimentation, lequel, ou chacun desquels, étant conçu pour acheminer dans lu cavité du'four les matériaux de charge, est également réalisé et mis en place de telle façon que pendant toute la durée de fonc- tionnement du four, une masse protectrice constituée par les
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matériaux de charge demeure constamment interposée entre le dit dispositif d'alimentation et la dite cavité du four.
L'installation comportera de préférence une pluralité de dispositifs d'alimentation disposés symétriquement autour de la cuve du four, chacun de ces dispositifs étant conçu pour y introduire les matériaux de charge selon un débit d'alimenta- tion égal à celui développé par l'autre ou par chacun des autres dispositifs d'alimentation,
Toujours selon l'invention, l'installation comporte, en correspondance du dispositif d'alimentation ou de chacun de ces dispositifs, un conduit d'alimentation situé extérieurement à la cavité du four, une extrémité du dit conduit ou de chacun des conduits d'alimentation étant en communication avec la dite cavité;
le dispositif d'alimentation ou chacun des disposi- tifs d'alimentation étant disposé de façon à acheminer les matériaux de charge à travers le conduit qui lui correspond jusqu'à la cavité interne du fouro- une partie au moins de la masse protectrice constituée par les matériaux de charge étant contenue à l'intérieur de ce conduit d'alimentation ou de chacun des conduits d'alimentation.
Le.dit conduit'ou chacun des dits conduits peut être constitué par un tuyau d'alimentation contenant le dispositif d'alimentation ou l'un des dispositifs d'alimentation. Le dit conduit ou tuyau d'alimentation ou chacun des dits conduits ou tuyaux d'alimentation est orenté vers la cuve selon un angle d'inclinaison ascensionnel, de telle sorte que la masse protec- trice constituée par les matériaux de charge se trouve maintenue par gravité à l'intérieur du conduit au tuyau d'alimentation, pendant toute la durée du fonctionnement du tour.
Le dispositif d'alimentation préféré selon la présente invention comporte une vis d'alimentation, ce mécanisme joignant à la simplicité et la facilité de montage et de fonctionnement l'avantage de permettre une introduction continue des matériaux de charge dans la cavité du four.
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Si l'on dispose de plus d'un dispositif d'alimentation, chacun d'eux est convenablement desservi par une trémie externe séparée. Afin de réduire les possibilités d'une pénétration des gaz de combustion du four à travers la masse des matériaux de charge pour gagner l'atmosphère, on pourra maintenir dans la trémie ou dans chacune des trémies d'alimentation une pression gazeuse supérieure à celle régnant dans la cavité du four.
Certains minerais courants présentent une tendance à former dans la cuve du four une voûte compacte et à s'agglomérer en une masse plastique s'opposant au mouvement de descente des matériaux de charge ainsi qu'à celui ascensionnel, des gaz de soufflage. L'auteur de la présente invention a pu établir que cette tendance disparait si l'épaisseur de la charge se trouve sensiblement réduite par rapport à celle rencontrée ordinaire- ment dans la pratique des hauts fourneaux. On peut définir cette épaisseur réduite comme sensiblement égale, en partant du niveau des tuyères, à. deux fois le diamètre du creuset au niveau des tuyères. Pratiquement, la charge ainsi réduite se trouve être telle que son niveau supérieur n'est guère élevé au-dessus de la zone de fusion, si bien que l'adjonction des matériaux de char- ge s'effectue à peu de distance de cette zone.
La présente inven- tion comporte en conséquence une disposition des organes d'alimen- tation grâce à laquelle le déversement des matériaux de charge s'effectue à proximité de la zone de fusion. Plus précisément, ces moyens d'alimentation sont disposés de manière à déverser dans la cavité du four les matériaux de charge à un niveau situé au-dessus des tuyères dont la hauteur est sensiblement égale à deux fois le diamètre du creuset au niveau des tuyères.
Dans le cours antérieur de cette description, les moyens d'alimentation compris dans la présente invention sont apparus d'une application particulièrement appropriée dans des fours à tuyère dont la température interne dépasserait sensiblement celles communément rencontrées dans ce type de fours. Au cours du déve- loppement qui va suivre, l'auteur de la présente invention
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se propose d'indiquer les moyens permettant de réaliser une telle élévation de température; un four faisant usage de ces moyens, joints aux particularités précédemment-décrites, s'avè- rera d'une application satisfaisante dans le traitement de mine- rais exigeant normalement les plus hautes températures mention- nées ci-dessus.
En particulier une .telle combinaison peut trou- ver une application heureuse dans le traitement des minerais qui, outre à exiger de telles températures plus élevées, présentent la tendance précédemment sighalée à constituer une voûte compacte dans l'intérieur de la cuve. A titre d'exemple de ce typede minerais on peut citer les minerais à faible teneur de chrême, dont un four comportant les combinaisons des moyens indiqués plus haut apparait particulièrement idoine à effectuer la réduction.
Le procédé proposé par l'inventeur en vue de réaliser une telle élévation de la température consiste à porter le jet issu de la soufflerie à une température supérieure à celle économi- quement réalisable dans les hauts fourneaux du type habituel. On sait que la température qu'il est possible de réaliser à l'inté- rieur d'un'four est fonction de la température du jet de la soufflerie, et la pratique normale des hauts fourneaux consiste en conséquence à élever la température du jet du soufflage par échange de température avec les gaz brûlés.
Un tel réchauffement de l'air de 'soufflage n'est possible cependant que dans une certai ne mesure, limitée par la teneur thermique des gaz brûlés ainsi que par la quantité de chaleur qu'il est économiquement possible de transférer à l'air de soufflage à la vitesse à laquelle ce dernier circule dans l'échangeur de température. Si la tempéra- ture interne du four résultant de ce transfert de chaleur s'avère adéquate à la réalisation des objectifs poursuivis dans l'utili- sation normale des hauts fourneaux, cette température demeure insuffisa'nte à opérer la réduction des minerais indiqués au cours du paragraphe précédent.
L'auteur de la présente invention propose de porter la température de l'air de soufflage à un niveau supérieur à celui
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économiquement réalisable par les moyens normaux d'échange thermique, en brûlant le dit air concurremment à un combustible approprié. Dans ce but, la présente invention prévoit la réali- sation d'un four comportant les particularités précédemment décrites ainsi que la présence de moyens assurant la combustion d'un combustible convenable à l'intérieur de la conduite de souf- flage aboutissant au four.
Ces moyens de combustion sont constitués de préférence par un ou plusieurs brûleurs pour combustible liquide disposés à l'intérieur de la dite conduite d'air.
Cet air sera de préférence soumis à un réchauffage préala- ble à sa combustion, les moyens les plus adéquats et les plus économiques en vue de ce réchauffage consistant à utiliser la chaleur contenue dans les gaz brûlés. Il en résulte que ces moyens de préchauffage consisteront en un mode de construction de la dite conduite d'air ayant pour effet de mettre l'air qui coule en elle en rapport d'échange thermique avec les gaz brûlés provenant du four, et ceci antérieurement au passage du dit air de soufflage dans le dispositif de combustion du dit brûleur ou des dits brûleurs.
Dans les hauts fourneaux de construction normale, la char- ge des matériaux à traiter subit des transformations chimiques au cours de sa descente progressive le long de la cuve en direc- tion de la zone de fusion.
Dans un four réalisé selon l'invention, la dite charge, après son arrivée dans la cavité.du four, atteint cette zone de fusion beaucoup plus tôt qu'il n'est le cas dans les hauts four- neaux du type ordinaire; néanmoins, les températures plus élevées qu'il est possible de réaliser dans le type de four faisant l'objet de la présente invention ont pour effet d'accélérer ces transformations chimiques dans une mesure qui leur permet d'at- teindre leur achèvement ou tout au moins un point de transforma- tion suffisamment avancé pour l'objectif pratique qu'on se propo- se, durant la brève période du passage de la charge en direction
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de la zone de fusion et de son entrée dans celle-ci.
Dans le dessin annexé:
La figure 1 est une coupe verticale;
La figure II est une coupe en élévation suivant la ligne
II-II de la figure I, et
La figure III est une coupe en plan suivant la ligne III-III de la figure I.
Le four représenté sur les dessins correspond, pour sa partie inférieure, au type de haut fourneau de construction normale, lequel a 1'avantage de permettre la réalisation de températures locales élevées par combustion de coke ou de com- bustibles similaires peu coûteux; ceci revient à dire qu'il comporte un creuset en forme de puits 3 et des étalages 3 équipés de tuyères 4 disposées de manière à injecter de l'air de soufflage vers l'intérieur du creuset 2 d'où cet air de souffla- ge s'écoule verticalement à travers les étalages 3 dans la cavi- té 5 de la cuve 5a; et comprenant des moyens d'extraction de la coulée qui s'assemble au fond du,creuset, ces moyens étant constitués par des trous de coulée 6 et 7 prévus respectivement pour le laitier et pour le métal.
Des ouvertures d'alimentation 8, au nombre de quatre dis- ¯posées symétriquement autour de la cuve 5a, sont aménagées au voisinage de la jonction des étalages 3 avec la cuve 5a, et plus précisément à une distance au-dessus du niveau des tuyères 4 sen- siblement égale à deux fois le diamètre "d" du creuset 2.
Un tuyau d'alimentation 9 communiquant respectivement avec chacune des ouvertures 8, présente une inclinaison vers le haut en en direction de la cuve 5a. A son extrémité externe 10, le dit tuyau d'alimentation se trouve en communication avec la partie inférieure 11 de la trémie externe d'alimentation 12, une de ces trémies étant prévue pour chacun des tuyaux d'alimentation.
Une vis d'alimentation 13 est montée de manière à pouvoir tourner à l'intérieur de chacun des dits tuyaux d'alimentation
9, étant disposée relativement au dit tuyau de façon qu'une partie de la cavité du tuyau, celle adjacente à la cuve, soit en
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mesure de contenir une masse protectrice de matériaux de charge 14a, L'inclinaison ascensionnelle du tuyau d'alimentation en direction de la cuve 5a fait en sorte que la dite masse protectri- ce des matériaux de charge 14a se trouve maintenue par gravité à l'intérieur du tuyau d'alimentation 9, pendant toute la durée du fonctionnement du four.
La masse protectrice 14a constituée par les matériaux de charge, conjointement aux matériaux se trouvant contenus dans la partie inférieure de la trémie 11 ainsi que dans la trémie 12 elle- même, a pour effet de séparer de l'atmosphère la cavité du four ; cette même masse protectrice sert également à protéger la vis d'alimentation 13 à l'égard de l'ardeur des gaz de combustion ainsi que de l'irradiation de chaleur provenant de l'intérieur du four. A la protection des vis d'alimentation 13 participe égale- ment la présence d'une banquette 14b, constituée par les matériaux de charge, qui se forme à l'intérieur de la cavité du four, au débouché des ouvertures d'alimentation 8 et dans leurs alentours.
Chacune des vis d'alimentation 13 est actionnée par un engrenage à vis sans fin 15, qui est lui-même mis en mouvement par des engrenages coniques 16, 17, dans lesquels les pignons 17 sont montés sur les arbres 18 actionnés à une vitesse égale par toute force motrice appropriée, représentée par exemple par un moteur électrique 19 équipé d'un régulateur de vitesse 20.
Les vis d'alimentation 13 sont toutes d'égale dimension si bien qu'étant animées d'une vitesse égale, le débit des matériaux de charge qu'elles déversent dans-le four demeure constant, assu- rant ainsi à la masse des matériaux de charge 14, 14b une accumu- lation sensiblement symétrique par rapport à l'axe A-A de la cuve.
Comme il a été dit précédemment, les ouvertures d'alimen- tation 8 sont disposées au voisinage de la jonction entre la cuve 5a et les étalages 3, déversant à ce niveau les matériaux de charge dans la cavité du four.5 à proximité de la zone de fusion 14c, dont la limite supérieure peut être indiquée approximative- ment par la ligne pointillée 14d.
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La réduction d'épaisseur obtenue par là dans la masse des matériaux de charge a pour effet d'amener celle-ci dans la zone de fusion beaucoup plus tôt que si son déversement s'opérait par le sommet de la cuve 5a, comme il advient dans les types de hauts fourneaux jusqu'ici connus. Dans le cas où la charge est constituée par des matériaux présentant une tendance à constituer une voûte à l'intérieur de la cuve, la dite charge pénètre dans la zone de fusion avant d'avoir pu former un pont se supportant lui même.
Les dites vis d'alimentation peuvent être,munies de chemi- ses d'eau 21.
Les gaz s'échappant dé la cuve 5a par son sommet 22 sont acheminés à travers la conduite 23 vers un récupérateur 24 avant d'en être évacués par les orifices d'échappement 25. L'air de soufflage pénètre dans le récupérateur par les orifices d'ad- mission'26, l'air qui s'y trouve réchauffé parvenant ensuite, à travers la conduite 27 à la conduite de vent 28 d'où il passe aux tuyères 4.
A l'intérieur de la dite conduite 27 est disposée une batterie de brûleurs 29 raccordée à une canalisation commune 30 qui les met en communication avec une source de combustible, constitué de préférence par une huile combustible sous pression, une vanne de réglage 31 étant insérée dans la canalisation 30 afin de permettre un réglage adéquat de la quantité d'huile envoyée aux brûleurs 29.
L'huile utilisée dans les brûleurs doit être d'un type qui en permette l'inflammation au contact de l'air de soufflage porté à une haute température par son passage à travers le récu- pérateur 24, éliminant ainsi l'emploi de tous moyens d'allumage spécifiques.
Durant l'utilisation du combustible, ce dernier est injec- té à l'état de fines particules dans le courant d'air de souffla- ge parcourant la conduite 27 et préalablement porté à haute température par son pagsage à travers le récupérateur 24. L'huile s'enflamme et brûle dans l'air de soufflage, dont elle élève.
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ainsi la température au point nécessaire pour déterminer dans l'intérieur du four la température requise pour la fusion du minerai en cours de traitement ; cette élévation de température étant réglable au moyen de la vanne 31 permettant de régler l'admission de l'huile dans la conduite 27. Le gaz à haute tempé- rature résultant de cette combustion est ensuite introduit dans la cavité du four 5 à travers les tuyères 4.
Des moyens appropriés sont prévus pour assurer l'étanchéité des trémies 12 par rapport à l'atmosphère de façon permanente et aussi durant l'approvisionnement des trémies en matériaux de charge. Ces moyens sont constitués, pour chacune des trémies, par un tambour 34 capable de rotation autour de son axe et monté inté- rieurement à la partie supérieure 33 de la trémie, la dite partie supérieure 33 étant conformée de façon à épouser la forme du tambour pour constituer avec ce dernier un joint contre tout passage d'air entre le tambour et les parois de la trémie durant la rotation du tambour.
Le dit tambour comporte une fente axiale 34 à travers laquelle les matériaux sont introduits dans le tambour et à travers laquelle également ces mêmes matériaux de charge sont déversés dans la trémie 12, par gravité, lorsque le dit tambour a effectué un demi-tour.
Les dits moyens assurant l'étanchéité des trémies 12 relati vement à l'atmosphère ont également pour effet de s'opposer à l'échappement dans l'atmosphère de tout gaz provenant de l'inté- rieur du four et ayant pu pénétrer à travers les tuyaux d'alimen- tation 9 dans les trémies; dans ce même but, l'installation pour- ra comporter encore des moyens complémentaires constitués, par exemple, par une soufflerie 35 permettant, par l'intermédiaire des conduits 36, de maintenir dans les trémies 12 une pression interne légèrement supérieure à celle règnant dans la cavité 5 du four,