<Desc/Clms Page number 1>
"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
<Desc/Clms Page number 2>
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-
<Desc/Clms Page number 3>
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
<Desc/Clms Page number 4>
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
<Desc/Clms Page number 5>
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.
<Desc/Clms Page number 6>
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.