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"PROCEDE ET HAUT-FOURNEAU A INSUFFLATION POUR LA FABRICATION DÉ FER"
La présente invention est relative, d'une manière générale, à la fabrication de fer coulable dans les hauts- fourneaux à insufflation et, en particulier, à la fabrication de fer coulable dans un haut-four- neau à insufflation dans lequel le combustible solide est amené en partie en morceaux et en partie à l'état finement'divisé.,
Sous la dénomination de "fer" il faut entendre dans tout ce qui va suivre aussi bien la fonte brute d'affinage que les ferro-alliages
On a déjà tenté il y a longtemps, pour couvrir les besoins en combustible solide d'un haut-fourneau à insufflation, de charger par le gueulard,, à la partie supérieure du hautfourneau à insufflation,
une par- tie du combustible en morceaux avec le minerai et les fondants, un com- bustible solide pulvérulent étant introduit en même temps que le vent à hauteur de l'ouvrage du haut-fourneau. Ces essais antérieurs avaient en vue une réduction de la demande en combustible en morceaux d'un prix élevé, grâce à l'introduction par soufflage du combustible pulvérulent.
Aucun de ces essais antérieurs n'a donné de résultat satisfaisante On a constaté, en effetque le soufflage d'un combustible pulvérulente tel qu'il était opéré, gênait les réactions dans l'ouvrage du haut-fourneau, et que, par suite, le besoin de celui-ci en combustible en morceaux ne se trouvait pas diminué, mais au contraire augmenté du fait du soufflage de charbon pulvérisé, ou analogues, dans l'ouvrage. Ceci s'explique par le fait que le charbon pulvé- risé n'est pratiquement pas transformé par le vent dans l'ouvrage et que, par suite, il se produit seulement un refroidissement de l'ouvrage dû à l'introduction par soufflage du charbon pulvérisé froid, refroidissement qui doit être compensé par un accroissement de la consommation de combus- tible en morceaux dans l'ouvrage.
On a déjà proposé, pour éviter ces difficultés, de préchauffer ' le combustible pulvérulent, à l'abri de l'air, dans une tuyauterie chauffée
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de l'extérieur, avant son admission dans l'ouvrage. Toutefois? cette mé"iode n'a pas donné le résultat espéré.
Un premier objet de l'invention est la mise au point de perfec- tionnements permettant., sans nuire aux 1éactions normales dans un haut-four- neau à insufflation, de remplacer par un combustible solide finement divisé, une partie importante du combustible solide en morceaux nécessaire.
Un autre objet de l'invention est la production? au cours de la fabrication de fer en haut-fourneau au moyen d'un combustible solide en mor- ceaux, d'un gaz de haut-fourneau propre à la réalisation de réactions chimi- ques, telles que la synthèse des hydrocarbures, ou à d'autres fins.
En outre, l'invention a en vue la production de fer, dans un haut- fourneau à insufflation, en utilisant des quantités relativement faibles d'un combustible solide en morceaux, dont la résistance à la compression et la stabilité sont relativement faibles.
Enfin,. l'invention a en vue des perfectionnements apportés aux hauts-fourneaux à insufflation, permettant l'introduction par soufflage, dans l'ouvrage¯du haut-fourneau de quantités importantes de combustibles pul- vérisés.
La Demanderesse se base sur le fait que, dans un haut-fourneau à insufflation? le combustible solide remplit essentiellement quatre fonctions différentes, à savoirs
1) Il doit fournir le carbone s'alliant au fer réduit pour produi- re une fonte brute d'affinage coulable de qualité courante;
2) Il doit fournir, en outre, le carbone qui est nécessaire dans l'ouvrage du haut-fourneau pour y déterminer ce qu'on nomme la réduction di- recte, c'ept-à-dire la transformation de l'oxygène renfermé dans le minerai de fer, par le carbone solide, approximativement suivant la formule de princi- pe
G + FeO = CO + Fe 3) Il doit, par sa combustion, fournir la quantité de chaleur né- cessaire au préchauffage et à la préparation du minerai, des fondants et du combustible à la- température de réaction, et au déclenchement des réactions endothermiques.. ainsi qu'à la fusion des scories et du fer;
4) Il a enfin pour fonction de former, dans le haut-fourneau, en quelque sorte, une grille perméable aux gaz, sur laquelle repose la charge de la cuvé et à travers laquelle les agents réactifs gazeux (vent) peuvent être soufflés dans le haut-fourneau et de rendre enfin toute la charge de celui-ci suffisamment perméable pour laisser s'échapper le gaz de haut- fourneau.
, Le mode particulier de fonctionnement d'un haut-fourneau ne permet de remplacer le combustible en morceaux par un combustible finement divisé., en regard aux quatre fonctions signalées ci-dessus? que pour ce qui concerne la production de chaleur.
On ne peut pas, par contre, remplacer le combustible en morceaux considéré dans ses fonctions d'agent déterminant la réduction directe dans l'ouvrage du haut-fourneau., ni en ce qui concerne la quantité de carbone qui s'allie au fer. On peut chiffrer à environ 15 à 20 % de la consommation totale pour une marche normale du haut,-fourneau, la quantité de carbone ainsi nécessaire, en supposant que dans un haut-fourneau à insufflation moderne de construction et de fonctionnement normaux, il faut environ 800 à 1000 kgs de coke par tonne de fonte brute d'affinage produite., selon les caractéristi- ques du minerai traité.
La mesure dans laquelle un combustible en morceaux est nécessaire pour la formation d'une grille perméable aux gaz et pour le maintien dans la charge de la cuve d'une perméabilité aux gaz suffisante, dépend naturelle- ment des propriétés du minerai et de la construction du haut-fourneau à insuf-
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flation. Dans des conditions optima, il est possible que le combustible en morceaux nécessaire à la réduction directe et à la combinaison avec le fer fondu, suffise à assurer la perméabilité au gaz nécessaire de la charge dans 1 Il ouvrage et dans la cuve du haut-fourneau.
Il résulte de ce qui précède qu'un remplacement notable du com- bustible en morceaux par du charbon pulvérisé, ou analogue, ne peut être obtenu que si l'on introduit dans l'ouvrage des quantités importantes du combustible finement divisé. On ne peut pas dire, d'une façon générale, quel- le quantité de poussière combustible doit être introduite dans l'ouvrage.
Si l'on considère cependant qu'il faut amener dans l'ouvrage du haut-four- neau 600 à 800 kgs de poussier de houille ou de coke par tonne de fonte bru- te d'affinage pour assurer une marche correcte pour une consommation la plus faible possible d'un combustible en morceaux, il est évident que les propo- sitions fait es jusqu'ici ne peuvent amener d'amélioration efficace.
La présente invention consiste, essentiellement, à introduire dans les tuyères d'un haut-fourneau à insufflation un mélange le plus homogène possible d'oxygène et de combustible solide finement divisé, préalablement préparé à une température relativement basse, de telle manière et dans des conditions telles que la réaction, 'qui débute à la sortie de la tuyère ou de la buse, entre l'oxygène et le combustible solide finement divisé, en donnant lieu essentiellement à la formation d'oxyde de carbone, soit terminée avant que le mélange réactionnel ne vienne au contact de la charge solide, liquide ou pâteuse de l'ouvrage.
Par le terme "oxygène" il y a lieu de comprendre, dans la descrip- tion et les revendications, de l'oxygène pur ou de l'air à forte teneur en oxygène et, de préférence, un gaz (air) ayant une teneur en.oxygène supérieu- re à 60 %
La quantité d'oxygène qui est, conformément à l'invention, à in- troduire dans l'ouvrage du haut-fourneau avec du combustible solide finement divisé, dépend de plusieurs facteurs. En aucun cas cette quantité. ne doit être assez grande pour que stochiométriquement le seul produit résultant de la réaction entre le combustible solide et l'oxygène soit de l'anhydride carbonique, la teneur du combustible en hydrogène et en hydrocarbures étant ici prise en considération.
D'autre part, la quantité d'oxygène introduite doit, essentiellement, au moins suffire à absorber le combustible finement divisé additionné, et à le transformer en oxyde de carbone (et en hydrogène).
En pratique, on agit, de préférence, de telle manière que la transformation par l'oxygène du combustible solide finement divisé donne naissance à un gaz, constitué principalement d'oxyde de carbone et contenant, en outre, un cer- tain pourcentage d'anhydride carbonique et d'hydrogène ou de vapeur d'eau..
En calculant la quantité d'anhydride carbonique admissible, il y a lieu de tenir compte que celui-ci réagit sur le combustible en morceaux dans 1'ouvra ge, en raison de la température élevée qui y règne et provoque ainsi un ac- croissement de la consommation de combustible en morceaux. Ceci d'ailleurs peut, en pratique, être dans une certaine mesure nécessaire pendant la mar- che du haut-fourneau, pour assurer dans l'ouvrage une consommation du com- bustible solide en morceaux, nécessaire à la descente de la charge dans le haut-fourneau,dans le cas où celle-ci ne serait pas ou serait insuffisam- ment assurée par la consommation de combustible en morceaux résultant de la réduction directe et de l'alliage de carbonée
La concentration en O2 du gaz contenant de l'oxygène (air),
qui est à introduire en même temps que le combustible finement divisé, dans l'ou- vrage du haut-fourneau, dépend principalement des propriétés du minerai à traiter et des qualités demandées à la fonte brute d'affinage à produire.
Si le minerai est difficilement réductible, la concentration en oxygène doit être plus forte, car la température dans l'ouvrage doit être également plus élevée. De même, la concentration en oxygène doit être aug- mentée lorsqu'il s'agit de produire une fonte brute d'affinage à point de .fusion plus élevé ou un ferro-alliage. Ce cas se présente, par exemple, quand
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on veut produire une fonte brute d'affinage coulable %, teneur en silici 4 élevée, tandis que, dans la production de fonte d'acier, on préfère une marche à température plus basse dans l'ouvrage de façon à réduire le moins possible du silicium des scories.
En opérant conformément à l'invention, on peut réaliser une éco- nomie sensible sur la consommation de combustible solide en morceaux dans les hauts-fourneaux à insufflation;. Il y a lieu de remarquer cependant que le besoin total en combustible fin:¯ment divisé du haut-fourneau à insuffla- tion peut être supérieur à ce qu'il seraiz si le même haut-fourneau était alimenté seulement en combustible solide en morceaux. Mais l'accroissement de consommation de combustible solide pouvant se produire, dans certaines conditions, dans le procédé selon l'invention, s'étend également à la por- tion de combustible finement divisé, dont le prix, en général-, ne représen- te qu'une fraction de celui du combustible solide en morceaux.
Il faut, en outre, considérer que le procédé selon l'invention permet, d'obtenir un gaz de haut-fourneau de qualité, qui peut être utilisé tel quel pour la syn- thèse d'hydrocarbures de qualité ou à d'autres fins, Par ailleurs, dans le procédé selon l'invention, le gaz de haut-fourneau- demeure entièrement disponible car, grâce à l'utilisation d'oxygène, le préchauffage habituel- lement nécessaire du vent est supprimé, alors que;
, pour un haut-fourneau en fonctionnement normal, le réchauffage @ vent nécessite, on le sait, en- viron un tiers du gaz de haut-fourea foudit
Dans la description et les revendications, il y a lieu d'enten- dre sous la dénomination de "combuetible solide en morceaux" les combustibles se présentant sous la forme de morceaun d'une grosseur telle que la charge de minerai, des fondants et de combustible dans la cuve et l'ouvrage du haut- fourneau présente une perméabillté aux gaz suffisante, ainsiqu'une résis- tance à la compression et une stabilté suffisantes. Dans ce but le coke de houille, le charbon de bois, 1'an@nrseite et d'autres houilles non collantes conviennent principalement.
Comme combustible finement divisé, on peut utiliser pratiquement tout combustible solide possédant le faible calibrage nécessaire. De pré- férence, l'invention prévoit l'utilisation d'un combustible solide finement divisé ne laissant pas plus de 10 % de refus au passage à travers un tamis de 4900 mailles. Il importe peu que le combustible finement divisé soit collant ou non.
Le rapport du pouvoir réactionnel du combustible solide finement divisé à celui du combustible solide en morceaux est ici sans importance.
Il èst donc possible, par exemple, dans un haut-fourneau utilisant, un char- bon de bois facilement réactif comme combustible en morceaux, d'introduire un combustible finement divisé réagissant difficilement, tel que le poussier de houille. Il n'était pas possible jusqu'ici d'utiliser simultanément dans un haut-fourneau des combustibles facilement et difficilement réactifs.
L'invention a, en outre, pour objet une nouvelle conformation .d'un haut-fourneau à insufflation servant à la production de fer coulable.
Selon une caractéristique essentielle de l'invention, il est prévu dans les parois de l'ouvrage du haut-fourneau à insufflation un ou plusieurs organes, dits "têtes de gazéification", de préférence en un nom- bre tel qu'une ou plusieurs rangées de ces têtes soient constituées sur toute la périphérie de l'ouvrage,
Chacune de ces têtes de gazéification est de construction ana- logue à celle d'une tuyère ou d'une buse de type courant, refroidie par de l'eau, utilisée normalement pour l'admission du vent à l'ouvrage d'un haut- fourneau. Cependant, vers l'intérieur de l'ouvrage, la tête de gazéification est plus évasée que la buse ou la tuyère habituelle pour former une cavité sensiblement conique qui débouche, par son extrémité évasée, dans l'ouvrage.
Le mélange homogène d'oxygène et de combustible finement divi- sé, préparé à 1'extérieur du fourneau, est introduit sous forme de jet dans la partie rétrécie de cette cavité conique et coaxialement à celle-cio
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La tête de gazéification est munie avantageusement de parois refroidies par de l'eau. Conformément à l'invention, elle comporte, de pré- férence, un revêtement réfractaire destiné à éviter les pertes calorifiques: L'invention prévoit également des parois refroidies par,de l'eau, avec maçon- nerie réfractaire.
Les dimensions et la disposition de ces têtes de gazéification sont choisies de telle manière que la cavité conique de cellès-ci ne puisse être remplie par la charge de l'ouvrage pendant le fonctionnement du haut- fourneau. De cette façon, conformément à l'invention, une rangée de niches ou de chambres de gazéification est formée sur les parois de l'ouvrage, celles-ci ayant des dimensions telles que la'réaction entre l'oxygène et le combustible solide finement divisé puisse pratiquement se terminer dans ces chambres avant que les produitq de la réaction ne rencontrent la charge so- lide ou pâteuse de l'ouvrage.
Dans un mode de réalisation préféré de l'invention, la zone de l'ouvrage du haut-fourneau à insufflation a un diamètre supérieur à la cuve et les têtes de gazéification sont disposées dans le décrochage en forme de voûte situé entre la cuve et la paroi de l'ouvrage. Ce mode de réalisa- tion est représenté sur le dessin annexé.
Conformément à l'invention, les têtes de gazéification peuvent être revêtues d'une fourrure de carbone (briques de carbone), Pour éviter l'usure des briques de carbone par oxydation, l'invention prévoit d'intro- duire par une buse annulaire disposée coaxialement à l'entrée du mélange de combustible et d'oxygène du côté étroit de la tête de gazéification un agent réducteur, de préférence de l'oxyde de carbone, de telle sorte qu'il se forme sur la surface du revêtement de carbone une couche continue d'oxy- de de carbone, interdisant le contact des agents oxydants avec la surface des briques de carbone.
D'autres objets et caractéristiques importants de l'invention ressortiront de la description qui va suivre en regard du dessin annexé re- présentant un mode de réalisation avantageux d'un haut-fourneau conforme à l'invention et dans lequel : La fig. 1 est une vue en coupe longitudinale du haut-fourneau.
La fige 2 est une vue en coupe horizontale suivant II-II de la fig. 1.
Le haut-fourneau à insufflation représenté sur le dessin com- porte une cuve conique 1 s'évasant vers le bas, constituée par une maçon- nerie réfractaire 2 La maçonnerie 2 de la cuve repose sur une charpente 3
La cuve 1 se prolonge vers le bas par l'ouvrage 4 le raccor- dement entre la cuve 1 et l'ouvrage ¯4 s'évasant légèrement vers le bas, comme représenté en 5 L'ouvrage ., qui est limité latéralement par les parois ré- fractaires 6, a un diamètre supérieur à celui de la cuve 1. Dans les pa- rois 7 en forme de voûte formant le raccordement entre lacuve et l'ouvra- ge, est disposée une rangée interrompue de têtes de gazéification 8 comme il ressort de la fig 2.
Comme on le voit sur la fig. 1, les têtes de gazéification 8 sont constituées par une double enveloppe 9 refroidie nar de l'eau, dans laquelle est prévu un revêtement réfractaire 10. Ce revêtemebnt réfractaire
10 délimite un espace de gazéification 11 sensiblement conique allant en s'ésasant vers 1'ouvrage 1 Dans l'extrémité étroite de l'espace de gazéi- fication 11 débouche une-tuyère. 12 refroidie par de l'eau, qui sert à l'introduction d'un mélange de combustible finement divisé et d'oxygène.
Le température et la vitesse d'écoulement du mélange de combus- tible finement divisé et d'oxygène dans la tuyère 1.2 sont choisies de manière que la réaction entre l'oxygène et le carbone ne puisse commencer à l'intérieur de l'espace de gazéification conique qu'après avoir quitté la tuyère.
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Le combustible finement divisé provenant d'une tour d'emmagasi- nage 13 parvient dans une vis d'Archimède 14 qui l'amène de façon continue au dispositif mélangeur 15 Ce dispositif mélangeur 15 reçoit également, par une conduite non représentée, de l'oxygène, de manière à produire dans ledit dispositif 15 un mélange le plus homogène possible d'oxygène et de poussier de combustible.
La pression de l'oxygène étant supérieure à celle qui règne dans 1'ouvrage 4 le mélange s'écoule par la tuyauterie 16 vers la buse correspondante 12
Comme il ressort de la figo 2,l'invention prévoit pour chaque tête de gazéification ou pour chaque buse 12 un dispositif mélangeur parti- culier 15 et, de préférence également, un dispositif de transport 14 parti- culière
La buse 12 est entourée dans la tête de gazéification encore par une buse annulaire 17 formant l'extrémité de l'espace 18 de l'enveloppe.
Dans cet espace peut être admis de l'oxyde de carbone, par exemple une par- tie du gaz de haut-fourneau, arrivant, par un tube 20, d'une conduite de distribution 19 L'agencement est, de préférence, tel que le courant gazeux s'échappant par la buse annulaire 17 s'écoule le long des parois de la ni- che conique de gazéification 11
La fonte brute d'affinage produite dans le haut-fourneau est éva- cuée en 21, le laitier en 220
Le haut-fourneau à insufflation représenté sur le dessin est du type à cuve basse. La cuve 1 n'a qu'une faible hauteur et aboutit à l'ouvrage, sans qu'il soit prévu d'étalages.
Malgré la faible hauteur de la cuve, le degré de la réduction indirecte et, par suite, la consommation spécifique de combustible, sont cependant aussi satisfaisants que pour un haut-fourneau à insufflation de type normal, parce que la concentration plus élevée des gaz en oxyde de carbone facilite la réductiono Il est d'autre part égale- ment possible et même, dans certains cas particuliers, économique, de dimi- nuer la réduction indirecte en abaissant encore la hauteur de la cuve, de sorte que le gaz de haut-fourneau contient moins d'anhydride carbonique; cependant la consommation spécifique de combustible par tonne de fer produit augmente alors, cette dépense supplémentaire de combustible étant toutefois compensée par la valeur supérieure du gaz de haut-fourneau s'échappant en 23.
L'avantage essentiel d'une cuve de faible hauteur réside dans le fait que l'on peut également utiliser un combustible en morceaux présentant une résistance moindre à la compression.
Le combustible solide en morceaux, le minerai et les fondants habituels sont chargés de la façon connue par le gueulard 24
REVENDICATIONS.
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"PROCESS AND FURNACE WITH INSUFFLATION FOR THE MANUFACTURE OF IRON"
The present invention relates, in general, to the manufacture of castable iron in blast furnaces and, in particular, to the manufacture of castable iron in a blast furnace in which the solid fuel is brought partly in pieces and partly in a finely divided state.,
Under the denomination of "iron" it is necessary to understand in all that will follow as well the pig iron of refining as the ferro-alloys
An attempt was made a long time ago, to cover the solid fuel needs of an insufflation blast furnace, to charge through the throat, at the top of the blast furnace,
some of the fuel in pieces with the ore and the fluxes, a pulverulent solid fuel being introduced at the same time as the wind at the height of the blast furnace structure. These earlier tests were aimed at reducing the demand for high-priced lumpy fuel by blowing in the powdery fuel.
None of these previous tests gave satisfactory results. It was found, in fact, that the blowing of a pulverulent fuel such as it was operated, hampered the reactions in the blast furnace structure, and that, consequently, the latter's need for lumpy fuel was not reduced, but on the contrary increased due to the blowing of pulverized coal, or the like, into the work. This is explained by the fact that the pulverized coal is practically not transformed by the wind in the structure and that, consequently, only a cooling of the structure occurs due to the introduction by blowing of the structure. cold pulverized coal, cooling which must be compensated by an increase in the consumption of fuel in lumps in the structure.
To avoid these difficulties, it has already been proposed to preheat the pulverulent fuel, away from air, in a heated pipe.
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from the outside, before its admission to the work. However? this iodine method did not give the expected result.
A first object of the invention is the development of improvements which make it possible, without harming the normal reactions in a blast furnace, to replace with a finely divided solid fuel a large part of the solid fuel in pieces needed.
Another object of the invention is the production? during the manufacture of iron in a blast furnace using a solid lumpy fuel, a blast furnace gas suitable for carrying out chemical reactions, such as the synthesis of hydrocarbons, or for other purposes.
Further, the invention relates to the production of iron, in a blast furnace, using relatively small amounts of a lumpy solid fuel, the compressive strength and stability of which are relatively low.
Finally,. the invention has in view of the improvements made to blast furnaces with insufflation, allowing the introduction by blowing, in the opening of the blast furnace of large quantities of pulverized fuels.
The Applicant is based on the fact that, in an insufflation blast furnace? solid fuel essentially fulfills four different functions, namely
1) It must provide the carbon alloying with the reduced iron to produce a standard quality castable pig iron;
2) It must provide, in addition, the carbon which is necessary in the work of the blast furnace to determine there what is called the direct reduction, that is to say the transformation of the oxygen contained in iron ore, by solid carbon, approximately according to the basic formula
G + FeO = CO + Fe 3) It must, by its combustion, supply the quantity of heat necessary for the preheating and the preparation of the ore, the fluxes and the fuel at the reaction temperature, and for the initiation of the reactions endothermic .. as well as the smelting of slag and iron;
4) Finally, it has the function of forming, in the blast furnace, in a way, a gas permeable grid, on which the charge of the tank rests and through which the gaseous reactive agents (wind) can be blown into the blast furnace and finally to make all the charge thereof sufficiently permeable to allow the blast furnace gas to escape.
, The particular mode of operation of a blast furnace does not make it possible to replace the fuel in pieces by a finely divided fuel., With regard to the four functions indicated above? as regards the production of heat.
On the other hand, it is not possible to replace the fuel in pieces considered in its functions as an agent determining the direct reduction in the work of the blast furnace, nor with regard to the quantity of carbon which alloys with iron. The quantity of carbon thus required can be estimated at about 15 to 20% of total consumption for normal operation from the top of the furnace, assuming that in a modern blast furnace of normal construction and operation it is necessary approximately 800 to 1000 kgs of coke per tonne of pig iron produced, depending on the characteristics of the ore processed.
The extent to which lumpy fuel is required for the formation of a gas permeable grid and for maintaining sufficient gas permeability in the vessel charge, naturally depends on the properties of the ore and the construction. from the blast furnace
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flation. Under optimum conditions, it is possible that the lumpy fuel necessary for the direct reduction and for the combination with the molten iron, will suffice to ensure the necessary gas permeability of the charge in the structure and in the blast furnace vessel. .
It follows from the foregoing that a substantial replacement of the lumpy fuel by pulverized coal, or the like, can only be obtained if large quantities of the finely divided fuel are introduced into the work. In general, it cannot be said how much combustible dust should be introduced into the structure.
If we consider, however, that it is necessary to bring into the work of the blast furnace 600 to 800 kgs of coal dust or coke per tonne of pig iron for refining to ensure correct operation for consumption. As low as possible of a lumpy fuel, it is obvious that the proposals made so far cannot lead to an effective improvement.
The present invention consists, essentially, in introducing into the tuyeres of an insufflation blast furnace a as homogeneous mixture as possible of oxygen and finely divided solid fuel, previously prepared at a relatively low temperature, in such a manner and in conditions such that the reaction, which begins at the outlet of the nozzle or the nozzle, between the oxygen and the finely divided solid fuel, giving rise essentially to the formation of carbon monoxide, is completed before the mixing reaction does not come into contact with the solid, liquid or pasty load of the work.
By the term "oxygen" is meant in the description and claims pure oxygen or air with a high oxygen content and, preferably, a gas (air) having a high oxygen content. in. oxygen greater than 60%
The quantity of oxygen which is, according to the invention, to be introduced into the blast furnace structure with finely divided solid fuel, depends on several factors. In no case this quantity. must not be large enough so that stochiometrically the only product resulting from the reaction between the solid fuel and oxygen is carbon dioxide, the hydrogen and hydrocarbon content of the fuel being taken into consideration here.
On the other hand, the quantity of oxygen introduced must, essentially, at least be sufficient to absorb the finely divided fuel added, and to transform it into carbon monoxide (and into hydrogen).
In practice, this is preferably carried out in such a way that the conversion with oxygen of the finely divided solid fuel gives rise to a gas, consisting mainly of carbon monoxide and further containing a certain percentage of carbon monoxide. carbon dioxide and hydrogen or water vapor.
When calculating the permissible quantity of carbon dioxide, it must be taken into account that this reacts with the lumpy fuel in the work, owing to the high temperature which prevails there and thus causes an increase in gas. fuel consumption in pieces. This moreover may, in practice, be to a certain extent necessary during the operation of the blast furnace, in order to ensure in the work a consumption of the solid fuel in pieces, necessary for the descent of the charge in the furnace. blast furnace, in the event that this is not or is insufficiently ensured by the consumption of lumpy fuel resulting from the direct reduction and the carbon alloy
The O2 concentration of the oxygen-containing gas (air),
which is to be introduced at the same time as the finely divided fuel, into the work of the blast furnace, depends mainly on the properties of the ore to be treated and on the qualities required of the refined pig iron to be produced.
If the ore is not easily reducible, the oxygen concentration must be higher, because the temperature in the structure must also be higher. Likewise, the oxygen concentration must be increased when producing higher melting point refining pig iron or ferroalloy. This case arises, for example, when
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we want to produce a castable pig iron%, high silicon 4 content, while, in the production of steel smelting, we prefer a lower temperature operation in the work so as to reduce the minimum possible silicon slag.
By operating in accordance with the invention, substantial savings can be made in the consumption of lumpy solid fuel in blast furnaces. It should be noted, however, that the total fine fuel requirement of the blast furnace may be higher than it would be if the same blast furnace were supplied only with lumpy solid fuel. However, the increase in consumption of solid fuel which may occur, under certain conditions, in the process according to the invention, also extends to the portion of finely divided fuel, the price of which, in general, does not represent. te only a fraction of that of solid fuel in pieces.
It should, moreover, be considered that the process according to the invention makes it possible to obtain a quality blast furnace gas, which can be used as it is for the synthesis of quality hydrocarbons or for other purposes. Furthermore, in the process according to the invention, the blast furnace gas remains entirely available because, thanks to the use of oxygen, the usually necessary preheating of the wind is eliminated, whereas;
, for a blast furnace in normal operation, reheating @ vent requires, as we know, about a third of the blast furnace gas.
In the description and claims, the term "solid fuel in pieces" should be understood to mean fuels in the form of pieces of a size such as the charge of ore, fluxes and solids. The fuel in the vessel and the blast furnace structure has sufficient gas permeability, as well as sufficient compressive strength and stability. For this purpose, coal coke, charcoal, anseite and other non-sticky coals are mainly suitable.
As the finely divided fuel, virtually any solid fuel having the necessary low calibration can be used. Preferably, the invention provides for the use of a finely divided solid fuel leaving no more than 10% residue when passing through a 4900 mesh screen. It does not matter whether the finely divided fuel is sticky or not.
The ratio of the reactivity of the finely divided solid fuel to that of the lumpy solid fuel is irrelevant here.
It is therefore possible, for example, in a blast furnace using easily reactive charcoal as lumpy fuel, to introduce finely divided fuel which reacts poorly, such as coal dust. Until now, it was not possible to use easily and hardly reactive fuels simultaneously in a blast furnace.
A further subject of the invention is a novel conformation of a blast furnace for the production of cast iron.
According to an essential characteristic of the invention, there is provided in the walls of the structure of the blast furnace with insufflation one or more members, called "gasification heads", preferably in a number such as one or more. rows of these heads are formed over the entire periphery of the structure,
Each of these gasification heads is similar in construction to that of a common water-cooled nozzle or nozzle normally used for the admission of wind to the work from a high point. - stove. However, towards the inside of the structure, the gasification head is more flared than the usual nozzle or nozzle to form a substantially conical cavity which opens, through its flared end, into the structure.
The homogeneous mixture of oxygen and finely divided fuel, prepared outside the furnace, is introduced as a jet into the constricted part of this conical cavity and coaxial with it.
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The gasification head is advantageously provided with walls cooled by water. According to the invention, it preferably comprises a refractory lining intended to avoid heat loss: The invention also provides for walls cooled by water, with refractory masonry.
The dimensions and the arrangement of these gasification heads are chosen in such a way that the conical cavity thereof cannot be filled by the load of the work during the operation of the blast furnace. In this way, according to the invention, a row of niches or gasification chambers is formed on the walls of the work, these having dimensions such as the reaction between oxygen and the finely divided solid fuel. can substantially complete in these chambers before the reaction products encounter the solid or pasty load of the work.
In a preferred embodiment of the invention, the area of the work of the blast furnace has a larger diameter than the vessel and the gasification heads are disposed in the arch-shaped stall located between the vessel and the vessel. wall of the structure. This embodiment is shown in the accompanying drawing.
In accordance with the invention, the gasification heads can be coated with a carbon lining (carbon bricks). To prevent wear of the carbon bricks by oxidation, the invention provides for the introduction via an annular nozzle arranged coaxially with the inlet of the mixture of fuel and oxygen on the narrow side of the gasification head a reducing agent, preferably carbon monoxide, so that it forms on the surface of the carbon coating a continuous layer of carbon oxide, preventing contact of oxidizing agents with the surface of the carbon bricks.
Other important objects and characteristics of the invention will emerge from the description which will follow with reference to the appended drawing showing an advantageous embodiment of a blast furnace according to the invention and in which: FIG. 1 is a longitudinal sectional view of the blast furnace.
Figure 2 is a horizontal sectional view along II-II of FIG. 1.
The blast furnace with insufflation represented in the drawing comprises a conical tank 1 widening downwards, constituted by a refractory masonry 2 The masonry 2 of the tank rests on a frame 3
The tank 1 is extended downwards through the structure 4 the connection between the tank 1 and the structure ¯4 widening slightly downwards, as shown in 5 The structure., Which is limited laterally by the refractory walls 6, has a diameter greater than that of the tank 1. In the vault-shaped walls 7 forming the connection between the tank and the opening, an interrupted row of gasification heads 8 is arranged as it emerges from fig 2.
As seen in fig. 1, the gasification heads 8 are formed by a water-cooled double jacket 9, in which a refractory lining 10 is provided. This refractory lining
10 delimits a substantially conical gasification space 11 flaring towards the structure 1 A nozzle opens into the narrow end of the gasification space 11. 12 cooled by water, which serves for the introduction of a mixture of finely divided fuel and oxygen.
The temperature and the flow rate of the mixture of finely divided fuel and oxygen in the nozzle 1.2 are chosen so that the reaction between the oxygen and the carbon cannot begin within the space of. conical gasification only after leaving the nozzle.
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The finely divided fuel from a storage tower 13 passes through an Archimedean screw 14 which continuously feeds it to the mixing device 15. This mixing device 15 also receives, via a pipe not shown, water. oxygen, so as to produce in said device the most homogeneous possible mixture of oxygen and fuel dust.
The oxygen pressure being higher than that prevailing in the structure 4, the mixture flows through the pipe 16 to the corresponding nozzle 12
As can be seen from FIG. 2, the invention provides for each gasification head or for each nozzle 12 a particular mixing device 15 and, preferably also, a particular transport device 14.
The nozzle 12 is surrounded in the gasification head again by an annular nozzle 17 forming the end of the space 18 of the envelope.
Carbon monoxide may be admitted into this space, for example part of the blast furnace gas, arriving via a tube 20 from a distribution pipe 19. The arrangement is preferably such as the gas stream escaping through the annular nozzle 17 flows along the walls of the conical gasification nozzle 11
The raw pig iron produced in the blast furnace is evacuated in 21, the slag in 220
The blast furnace shown in the drawing is of the low vessel type. The tank 1 has only a low height and ends in the work, without the provision of shelves.
Despite the low height of the vessel, the degree of indirect reduction and, consequently, the specific fuel consumption, are however as satisfactory as for a normal type blast furnace, because the higher concentration of the gases in carbon monoxide facilitates the reduction o It is also possible and even, in certain special cases, economical, to reduce the indirect reduction by further lowering the height of the vessel, so that the high gas- furnace contains less carbon dioxide; however, the specific fuel consumption per tonne of iron produced then increases, this additional fuel expenditure being however compensated for by the higher value of the blast furnace gas escaping at 23.
The essential advantage of a low height vessel is that it is also possible to use lumpy fuel with lower resistance to compression.
The lumpy solid fuel, ore and customary fluxes are charged in the known manner by throat 24
CLAIMS.