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PERFECTIONNEMENTS RELATIFS A DES STRUCTURES DE FOURS A. SOLE.
La présente invention se rapporte aux fours à sole utilisés pour la production d'acier et à une structure nouvelle et perfectionnée des extré- mités de tels fours.
La présente invention se rapporte en particulier à un four à sole comportant une sole et une réserve de combustible à chaque extrémité du four, caractérisé par des extrémités de four comportant des parois formant un passa- ge ou carneau montant unique présentant une partie inférieure sensiblement verticale et une partie supérieure communiquant avec celle-ci et avec la sole, la partie inférieure du carneau montant servant à diriger l'air au centre du four et les extrémités de la sole étant sensiblement plus proches des extré- mités du four que dans des fours similaires comportant de multiples carneaux montants.
..En général, un four à sole se compose d'un certain nombre de struc- tures ou parties coopérantes qui sont construites, d'une part, en briques ré- fractaires et en autres matériaux réfractaires et, d'autre part, en acier que l'on utilise principalement comme supports (ou comme organes de ceinture et d'entretoisement) pour les constructions réfractaires. Le travail se fait ef- fectivement dans la sole,dont la surface de travail est conformée de façon quelque peu analogue à un bol elliptique peu profondo Cette sole est fermée, sur l'un de ses côtés longitudinaux, par une section en briques réfractaires que l'on appelle "paroi antérieure ou face avant" et quicest pourvue de portes par lesquelles on charge les combustibles et qui sont actionnées par le per- sonnel du four.
Le côté longitudinal opposé de la sole est fermé par une au- tre construction réfractaire appelée "paroi postérieure ou?face arrière.. Les extrémités supérieures de la face avant et de la paroi arrière sont réunies entre elles par une voûte enbriques réfractaires arquée ou suspendue au-des- sus de la sole et on désigne communément celle-ci sous le nom de "voûte prin- cipale du four".
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La construction du four s'étend jusqu'à une certaine distance, au-delà des extrémités de la sole, pour laisser un espace constituant des passages pour l'air et/ou les gaz et pour les dispositifs et constructions d'introduction du combustible. Les extrémités du four et les constructions intérieures auxquelles on s'est référé sont quelquefois appelées "extrémi- tés à carneau" et, quelquefois, simplement les "extrémités du four". La structure extérieure de ces extrémités à carneau est formée par des prolon- gements en briques jusqu'aux parois antérieure et postérieure, de tels pro- longements étant communément appelés "parois latérales avant et arrière".
Ces parois latérales, à chaque extrémité du four, se réunissent à une pa- roi terminale en briques qui marque les limites longitudinales du four pro- prement dit, excepté pour les organes d'assemblage ou ceinture en acier.
Les parois latérales et les parois terminales voisines sont réunies, à leurs extrémités supérieures, par une voûte arquée ou suspendue, quelquefois appe- lée "hotte" qui, à son tour, s'étend en direction de la voûte principale et la rejoint au-dessus de la sole proprement dite. Ceci permet de constituer une construction fermée, de forme rectangulaire, que l'on appelle four pro- prement dit et qui contient la sole et une extrémité sensiblement similaire au voisinage de chaque extrémité de la sole, dans laquelle sont contenus l'équipement et les constructions d'introduction du combustible et des pas- sages sensiblement verticaux pour l'air entrant et les gaz sortants,
ces pas- sages étant communément appelés carneaux montants et fonctionnant principa- lement en coopération avec des passages voisins qui ne font pas partie de la présente invention, pour faire communiquer le système régénérateur avec la sole.
Les briques réfractaires et les matériaux réfractaires servant à la construction de la sole du four sont supportés aux extrémités de cette sole par des éléments structuraux réfractaires protégés ou des armatures en acier quelquefois connues sous le nom de chambres de refroidissement. Ces dernières constructions sont situées entre les extrémités de la sole et les passages auxquels on.s'est référé ci-dessus et les parois ou voûtes proté- geant l'armature de support en acier précitée pour participer à la forma- tion de la paroi intérieure du passage ou carneau montant prévu à son ex- trémité respective, sans tenir compte du détail ou de la forme de construc- tion des parois ou voûtes protectrices quipeuvent varier quelque peu d'un four à l'autre.
Le combustible permettant de mettre en oeuvre le procédé de fa- brication de l'acier est introduit par les parois d'extrémité déjà décrites.
Ces parois d'extrémité contribuent à la formation de la partie des carneaux montants qui est opposée aux chambres de refroidissement auxquelles on s'est référé. Les carneaux sont formés sur les deux autres extrémités des parties inférieures des parois latérales avant et arrière qui s'étendent vers le bas jusqu'à un autre passage aboutissant directement aux régénérateurs.
Les températures élevées nécessaires exigées pour faire fondre les constituants servant à fabriquer l'acier sont fournis par un système de régénérateurs dans lesquels l'air de combustion est préchauffé dans une chambre à empilage de briques réfractaires préalablement amenée à une tem- pérature élevée par le passage des gaz de combustion qui la traverse. Ain- si, à son extrémité inférieure, chaque carneau est relié à une poche à sco- ries, généralement au-dessous du niveau du lit. Les chambres à empilage ou chambres récupératrices sont, de même, situées¯sensiblement au-dessous et à distance de l'un des côtés de la sole et sont reliées à la poche à scories par un passage sensiblement horizontal s'étendant à travers une section con- nue sous le nom de "section évasée".
L'air servant à la combustion et à fournir l'oxygène destiné à entretenir les réactions chimiques qui ont lieu dans la sole passe, des chambres récupératrices, dans la poche à scories d'où il est dirigé vers le haut par le carneau et retourne ensuite presque horizontalement dans la sole, par l'extrémité à carneau. Les changements de direction de l'angle droit du passage évasé au carneau, et du carneau à l'extrémité à carneau, sont sensiblement à 90 l'un de l'autre, ce qui tend, en conséquence, à diriger le courant d'air contre la paroi arrière du four,
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à la fois dans le carneau montant et à travers l'extrémité à carneau.
La présente invention concerne surtout un envoi d'air uniformément-reparti à l'extrémité à carneau où il peut être utilisé plus économiquement pour en- tretenir la combustion à l'endroit des dispositifs d'introduction au com- bustible. En accomplissant ce résultat, le carneau montant comporte un étranglement tendant à diriger 1-'air vers le centre durfour et le passage évasé est construit de manière que l'air entrant puisse tourner rapidement dans le carneau montant.
Dans les constructions d'extrémités de fours à sole existants, le carneau montant est, en général, divisé en deux ou plusieurs parties sé- parées par une voûte et une paroi massives en briques réfractaires qui ren- forcent la structure et soutiennent le briquetage de support autour des chambres de refroidissement,à l'extrémité de la soleo On utilisait anté- rieurement cette paroi centrale pour supporter ce que l'on appelle des "ni- ches" en matières réfractaires entourant les dispositifs d'introduction du combustible pour les protéger contre les températures élevées des produits de la combustion qui passent autour d'eux en quittant le four.
Il en résul- tait une déflexion et une canalisation importantes des gaz à cause de cette obstruction aux extrémités du fouro
La présente invention vise la reconstruction des extrémités de four sans changer ses dimensions extérieures pour assurer une capacité sup- plémentaire du four ou augmenter la capacité des carneaux, ou bien dans ces deux buts, suivant le four donné. L'invention envisage également la con- struction de fours neufs en tenant compte des enseignements de la présente invention. En mettant en oeuvre ces moyens généraux, on reconstruit les extrémités du four de manière à obtenir un carneau unique formé d'une ma- nière particulière pour fournir un.écoulement d'air uniforme aux disposi- tifs d'introduction du combustible.
En même temps, l'érosion des éléments réfractaires se trouve diminuée par suite de la réduction de la déflexion de la canalisation., etc, des gaz de combustion sortants.
La présente invention vise également une série de changements ap- portés, d'une part, à la construction des extrémités de fours à sole que l'on peut appliquer isolément ou en combinaison avec un autre changement pour augmenter la capacité productive des fours existants sans qu'il soit nécessaire de modifier leurs dimensions extérieures et, d'autre part, à la construction de fours neufs capables de taux de production plus élevés que ceux que pourraient donner des fours de dimensions comparableso Pour attein- dre ces buts, on élimine les constructions de séparation divisant le carneau montant en deux ou plusieurs parties pour obtenir un carneau montant unique qui est dégagé et a, par conséquent, une capacité de passage plus grande.
Le passage est également conformé pour permettre d'obtenir une plus grande capacité d'air (par fraction de 9,29 dm2 de section transversale) que les carneaux montants divisés et, en plus de dégager ces carneaux des influences de canalisation qui tendent à écarter l'air des dispositifs d'introduction du combustible.
On va maintenant décrire l'invention en se référant au dessin an- nexé qui représente le four quelque peu, schématiquement, pour plus de clarté, et sur lequel:
La figure 1 est une vue en plan d'un four à sole conforme à l'in- vention, la voûte étant supprimée ; la figure 2 est une vue en coupe verticale du four représenté sur la figure 1; la figure 3 est une vue en coupe faite sensiblement par 3-3 de la figure 2; la figure 4 est une vue en plan fragmentaire similaire à la figure 1 représentant une. autre structure d'extrémité de four conforme à l'inven- tiono la figure 5 est une vue similaire à la figure 2 de la structure d'extrémité de four représentée sur la figure 4;
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la figure 6 est une vue en coupe faite sensiblement par 6-6 de la figure 5 ;
la figure 7 est une vue en coupe faite sensiblement par 7-7 de la figure 8 représentant une structure d'extrémité préférée pour un seul brû- leur ; la figure 8 est une vue en plan fragmentaire, la voûte étant sup- primée, d'une troisième structure de four; la figure 9 est une vue en coupe verticale d'une extrémité de four faite sensiblement par la ligne axiale du four; la figure 10 est une vue en coupe verticale de l'extrémité du four faite par 10-10 de la figure 9 ; la figure 11 est une vue similaire à la figure 10 représentant, de façon fragmentaire, la section évasée et la chambre récupératrice voi- sine ; les figures 9, 10 et 11 sont quelque peu schématiques en raison du fait que les parties en briques et en acier comprises dans les parois ne sont pas représentées en détail;
la figure 12 est une vue fragmentaire à grande échelle de la chambre de refroidissement située à l'extrémité de la sole, comme représen- té schématiquement sur la figure 9.
Le four à sole représenté sur les figures 1 à 8 du dessin compor- te les parties fondamentales que l'on retrouve dans la plupart des fours de ce type. La section de sole 10 sert à contenir la matière en fusion d'où l'on prélève le produit sous forme d'acier. Cette sole est supportée sur une armature en acier et est construite en matière réfractaire et fondue pour résister aux températures élevées des fours. La paroi avant 11 du four est pourvue d'un certain nombre de portes de chargement 12 par lesquelles on peut charger le minerai, les déchets, les ferrailles et autres matières sur la sole.
Une face arrière 13 (le côté de la fosse de coulée du four) s'étend à peu près parallèlement à la face avant du four et ces faces sont réunies par la structure d'extrémité du four comportant les parois latérales 14 et 15 et une paroi d'extrémité 16. Pour représenter les parois du four schéma- tiquement, on a indiqué l'épaisseur de la brique et on a omis la ceinture métallique ou profilés verticaux situés sur l'extérieur des parois., étant donné qu'ils sont de construction usuelle.
A chaque extrémité de la sole 10, une chambre de refroidissement 17 sert à former l'extrémité de la sole. La chambre de refroidissement est protégée de manière appropriée par des éléments réfractaires et est suppor- tée par une paroi basse ou de refroidissement 18 qui sert également à con- stituer l'une des parois-limites du carneau montant 20. La partie inférieure de l'extrémité du four constitue la fosse à scories. Chaque extrémité du four fait pendant à l'autre et, au fur et à mesure de la description, lors- qu'il s'agit d'une partie quelconque de la structure d'extrémité du four, on se réfère à l'une ou à l'autre extrémité de celui-ci. Une voûte arquée 19 s'étend entre les parois avant et arrière et se réunit, à ses extrémités, aux parois terminales.
Ainsi qu'on le remarquera sur le dessin, on a prévu des ouvertu- res dans les parois d'extrémité pour l'introduction de brûleurs qui envoient le combustible dans le four. Ainsi, comme représenté sur la figure 1, chaque paroi d'extrémité est pourvue de deux brûleurs 22, dirigés chacun sensible- ment vers le bas et vers l'intérieur en direction de la surface de la masse en fusion contenue dans la sole. Le combustible sortant des brûleurs 22 est mélangé à l'air remontant par le carneau 20 et s'enflamme au bec du brûleur.
Les figures 4 et 8 représentent un four à sole comportant un brûleur unique 22 situé au centre de la paroi d'extrémité 16.
Les fours à sole fonctionnent en régénérant l'air utilisé pour faire brûler le combustible. Ainsi, on fait passer l'air sur un empilage de briques chaudes qui a été préalablement chauffé par les gaz sortant du four.
L'air est porté à une température très élevée avant mélange avec le combus-
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tibleg ce qui augmente la température du-four.. Les carneaux montants 20 con- duisent cet air chauffe à travers une partie inférieure 24, sensiblement verticale, qui se termine à la voûte 19 du four et,!) ensuite, à travers la partie supérieure ou étranglement 25 pour le faire aboutir à la sole du four.
Les fours à sole antérieurs et existants utilisent des carneaux mon- tants multiples rendus nécessaires par la présence d'une paroi centrale massive et d'une voûte de support qui renforce les structures d'extrémités du four et sert de support aux chambres de refroidissement. -ainsi le brique- tage au-dessous et autour de la chambre de refroidissement avait une con- struction de voûte élancée;, les bases de la partie arquée reposant contre la paroi centrale et les parois latérales.
Dans la présente construction:, la voûte et cette paroi centrale sont supprimées et on prévoit un carneau montant unique, Ainsi, comme on le voit sur les figures 1 et 2,'le carneau montant est limité par les parois latérales, la paroi d'extrémité, la paroi basse et une partie de la chambre de refroidissemento Le passage va en se rétrécissant à cause de la paroi protectrice 26 de la chambre de refroidis- sement qui peut être suspendue à cette dernière.
L'étranglement du four à sole représenté sur le dessin annexé af- fecte une forme particulière pour conduire l'air de la partie verticale 24 du carneau montant à la soleo Ainsi qu'on le voit plus clairement sur la figure 1, chacune des parois latérales des faces avant et arrière du four, -est pourvue d'une partie 27 et 28 s'étendant vers l'intérieur l'une vers l'autre pour réduire l'étranglement. Cette organisation exerce une action du type venturi sur 1-'air traversant 1-'étranglement en dirigeait 1-'air vers le centre du four et en l'empêchant de longer les parois du four. Le ventu- ri communément utilisée n'est pas, toutefois, nécessaire ici et peut être supprimé pourvu que le carneau montant soit convenablement conformé par rapport au reste du four.
La demanderesse préfère supprimer ce venturi.Sur' la figure 1, où l'on utilise deux brûleurs,à chaque extrémité du four, l'é- tranglement du venturi est disposé au-dessus de la chambre de refroidisse- ment de manière à diriger l'air dans le courant de combustible introduit par les brûleurs.Sur la figure 4, il y a lieu de remarquer que l'on a sup- primé l'étranglement réduit permettant d'obtenir l'effet de venturi. Sur la figure 4, la partie réduite se trouve sensiblement au-dessus de l'extrémité de la partie de la chambre de refroidissement et permet d'obtenir un effet de guidage par profilage sur le passage du gaz dans l'un ou l'autre senso Les figures 7 et 8 représentent la forme préférée de structure d'extrémité comportant un brûleur unique à chaque extrémité.
Sur ces figures, la par- tie de carneau montant opposée à la chambre de refroidissement a été réa- lisée suivant une forme sensiblement trapézoïdale à l'aide des parties 34 et 35 pour diriger l'air vers le brûleur. Au-dessus de l'autel 369 les par- ties 27 et 28 assurent le profilage des parois latérales avant et arrières, entre le carneau montant et la sole.
En supprimant la voûte et la paroi centrale;, on récupère un volu- me appréciable à l'intérieur de la structure d'extrémité du four. Dans les fours utilisant antérieurement des carneaux montants multiples, on peut uti- liser ce volume récupéré pour une raison ou l'autre, ou les deux. Si la ca- pacité du carneau montant du four est inadéquate, on peut utiliser le vo- lume récupéré pour augmenter la capacité de la section du carneau, ou bien on peut utiliser ce volume récupéré pour augmenter la capacité de la sole en rapprochant les chambres de refroidissement des parois d'extrémité du four.
On peut obtenir cette augmentation de capacité sans reconstruire la majeure partie du four et sans changer ses dimensions extérieures.
A titre d'exemple, on a constaté que 1?on pourrait accroître la capacité de la sole au delà de 5 % en déplaçant les chambres de refroidisse- ment de 0,650 m au total vers l'extérieur à partir de leur position primiti- ve. On y parvient sans risquer de diminuer la capacité d'air des carneaux montantso Comme indiqué sur les figures 1 et 2, ce changement de capacité peut être déterminé en fonction du rapport de la longueur des carneaux mon- tants à la longueur de.la sole du four.Ces dimensions sont toutes deux me- surées au niveau de la plaque des seuils qui est ici indiqué comme étant le
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plan de référence dans les structures de fours à sole,
plan qui est le ni- veau moyen ou point le plus bas des ouvertures des portes de chargement. La longueur des carneaux montants désignée par A' sur le dessin est prise en- tre l'armature terminale en acier de la chambre de refroidissement et les profilés extérieurs ou ceinture métallique situés à l'extrémité du four. La longueur des deux carneaux montants ainsi mesurée constitue la dimension A du rapport. La dimension B est la longueur totale de la sole du four entre l'extérieur de l'armature en acier des chambres de refroidissement. Le total de A plus B est égal à la longueur du four à l'intérieur de l'enceinte métal- lique.
Avant le déplacement de la paroi et de la voûte centrale, la di- mension A se montait à 6,155 m et la dimension B à 15,150 m. Le total est de 21,305 m entre les profilés extérieurs terminaux du four qui ne peuvent pas être déplacés vers 1 extérieur en raison de la limitation de l'espace entre les fours voisins. Le rapport de A à B était de 1 à 2,46 dans les fours exis- tants de cette dimension.
Les chambres de refroidissement de ce four particulier furent cha- cune déplacées vers l'extérieur de 0,326 m, soit une distance totale de 0,652 m, ce qui ramenait la dimension A à 5,503 m et portait la dimension B à 15,802 m. Le rapport de A à B était ainsi de 1 à 2,87 et l'augmentation résultante de la capacité de la sole était légèrement supérieure à 7 %.
Dans d'autres fours de la même dimension ayant la même sole, on peut déplacer chaque chambre de refroidissement vers l'extérieur en direction de la paroi d'extrémité d'une distance égale à 0,912 m. Ceci peut être effec- tué sans modifier de façon notable l'efficacité des carneaux montants des extrémités du four et en augmentant de façon appréciable la capacité produc- tive du four lui-même. La durée des éléments réfractaires est notablement ac- crue étant donné que la déflection et la canalisation des gaz quittant,le four sont en grande partie éliminées. On modifie ainsi la position des cham- bres de refroidissement par rapport aux parois d'extrémité du four en obte- nant une plus grande capacité, sans changer les dimensions extérieures du four.
La nouvelle position des chambres de refroidissement est ici sensible- ment plus proche des parois d'extrémité, dans la nouvelle position, qu'elle ne l'était initialement dans des fours utilisant des carneaux montants multi- ples. Les chambres de refroidissement sont plus près des parois d'extrémité que dans des fours de dimensions comparables utilisant des carneaux montants multiples.
On a constaté que le carneau unique permet d'obtenir un écoule- ment plus uniforme de l'air vers le four, et son action jointe à sa forme, en vue de diriger l'air vers les brûleurs, produit un bon mélange de combustible et d'air en avant de la flamme. On peut utiliser à volonté les espaces récu- pérées lors de la suppression des structures centrales présentes antérieure- ment, soit pour augmenter la capacité du four en allongeant la sole, soit pour augmenter la capacité du carneau montant situé aux extrémités du four.
On a constaté que les gaz sortant du four ont érodé le briquetage plus sérieusement dans la zone autour de l'intersection de la paroi d'extré- mité et de la paroi centrale de division dans les fours à carneaux montants multiples. On peut notablement réduire cette érosion en conformant le carneau montant pour diminuer la vitesse des gaz dans la zone où l'érosion a été an- térieurement la plus sérieuse. Sur les figures 7 et 8, le carneau montant est représenté comme étant de section transversale horizontale trapézoidale, la grande base étant formée par la paroi d'extrémité du four.
Les parois la- térales 14 et 15 peuvent être conformées pour permettre d'obtenir l'obliquité requise à l'avant et à l'arrière du four..Au-dessus de la chambre de refroidis- sement, on utilise l'obliquité de la paroi latérale pour obtenir un guidage par profilage partant du carneau montant pour aboutir à la sole, ce qui as- sure, en outre, le rapide mélange de combustible et d'air, comme précédem- ment décrit. Cette forme permet la dilatation des gaz sortants au voisinage de la paroi d'extrémité, en diminuant ainsi la corrosion des éléments réfrac- taires de la paroi d'extrémité.
D'une manière générale, la forme trapézofdale- sera gardée depuis la partie inférieure de la chambre de refroidissement jus-
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qu'à la partie supérieure de l'autel 36, au-dessus de la chambre de refroi- dissement.1/air entrant est étalé grâce à cette forme de carneau, l'air étant empêché de longer les parois du four et sa meilleure répartition aux brûleurs étant obtenue.
On peut exprimer l'augmentation de la capacité de la sole men- tionnée précédemment en fonction de la longueur de la sole à l'intérieur du réfractaire de la sole, cette longueur étant mesurée à l'endroit du niveau de la plaque avant par rapport à la longueur totale du four mesurée à l'in- térieur de l'enceinte structurale. Dans l'exemple donné ci-dessus, la lon- gueur de la sole, avant que l'on déplace les chambres de refroidissement, était de 13,530 m et ensuite elle était de 14,180 ma La longueur de la nou- velle sole représente approximativement 66 % de la longueur totale du four (21,305m) à l'intérieur des ceintures métalliqueso Un autre déplacement des chambres de refroidissement vers les parois d'extrémité augmente la capacité de la sole.
La section du carneau montant peut être déterminée par rapport à la longueur du four;, à l'intérieur des enceintes métalliques en fonction d'un rapport de la longueur combinée des carneaux montants à l'intérieur du bri- quetage:, mesurés à leur section la plus étroite le long de l'axe longitudi- nal du four, à la dimension longitudinale du four mentionnée ci-dessus. Dans l'exemple donné précédemment, les chambres de refroidissement ont été dépla- cées extérieurement vers les parois d'extrémité, la longueur de la sole étant ainsi augmentée et la longueur combinée du carneau montant étant ainsi égale à approximativement 16 % de la longueur totale du four.
Un autre déplacement des chambres de refroidissement en direction des parois d'extrémité aurait pour conséquence une longueur combinée des sections des carneaux montants, comme définie ci-dessus, égale à une proportion plus petite de la longueur totale du four.
En ne prévoyant qu'un seul carneau montant à chaque extrémité du fourla capacité d'air du.'four se trouvait améliorée pour permettre un bien meilleur chauffage. Dans l'exemple,, la section transversale en diamètres car- rés du carneau montant unique, lorsqu'on la mesure à 1,'endroit de sa section la plus étroite, était égale à 86 % de la longueur du four à l'intérieur des enceintes mesurées en dm, et il est préférable de ne pas dépasser cette pro- portion.
Le four représenté sur les figures 9 à 12 est pourvu d'une sole 110 comportant un élément de base 111 supporté de manière appropriée et re- couvert de matière réfractaire 112. La surface travaillante de la sole peut être une matière réfractaire telle que de la magnésite. La sole contient le métal en fusion d'où provient l'acier que l'on coule dans des lingotièreso Le four est pourvu d'une voûte 113 reposant contre des sommiers 114 et 115 s'étendant le long de l'avant et de l'arrière du four.
Une hotte 116, prévue au-dessus des extrémités du four, s'incline vers le bas à partir de la paroi d'extrémité 117 jusqu'à la voûte 113Les parois du four sont en briques ré- fractaires empilées et renforcées par des profilés 118, placés sur l'avant du four,, et des profilés similaires 119, disposés le long de la paroi ar- rière du four. Les parois d'extrémité sont renforcées et entretoisées de ma- nière similaire par une armature en acier pouvant servir de fondation et de support au briquetage.
Lors du fonctionnement du four à sole, on charge le minerai, les déchets et autres ingrédients dans la sole par des portes de chargement pré- vues dans la paroi avant à partir du plancher de chargement 120. Les extré- mités de la sole sont formées par des parties des chambres de refroidisse- ment 121 sur lesquelles un autel 122 se réunit au réfractaire 112 de la sole.
L'autel forme un étranglement avec la porte 116 de la hotte partant de la section 125 du carneau en passant par l'extrémité à carneau., pour aboutir à la sole. Le combustible est introduit par des ouvertures 126 pratiquées dans la paroi d'extrémité, habituellement par un ou plusieurs brûleurs.
L'air est conduit aux brûleurs à partir de la chambre récupératri- ce 128, par un passage ou conduit évasé 129 communiquant avec la poche à
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scories 130 située au-dessous du carneau montant 125. Dans son trajet, le courant d'air arrive ainsi latéralement dans la poche à scories, remonte en- suite dans le carneau et part de nouveau latéralement dans une direction dif- férente à partir du carneau pour passer dans l'extrémité à carneau et abou- tir à la sole. Tandis que le carneau situé à l'une des extrémités du four conduit l'air à partir de la chambre récupératrice voisine à la sole, le carneau situé à l'autre extrémité conduit les produits de la combustion dans la direction opposée pour chauffer la chambre récupératrice qui lui est as- sociée.
Le chauffage est périodiquement inversé de manière que des tempéra- tures élevées puissent être obtenues dans la sole pour faire fondre les con- stituants entrant dans la composition de l'acier.
Dans la plupart des fours à sole existants, le carneau montant a été divisé en deux ou plusieurs parties séparées par une voûte et une pa- roi centrale en brique. Cette paroi sert en partie à renforcer la structure d'extrémité du four et à supporter les voûtes situées sous la chambre de re- froidissement et dont les sommiers sont disposés contre la paroi centrale et les parois avant et arrière du four. La paroi centrale était également uti- lisée pour supporter les chambres réfractaires à leurs extrémités supérieures servant à protéger les dispositifs d'introduction du combustible. Grâce à l'évaluation de dispositifs d'introduction du combustible plus efficaces, ce briquetage protecteur les entourant a été rendu inutile.
Dans la présente con- struction, la voûte et la paroi centrales sont supprimées du four et la cham- bre de refroidissement est protégée par des éléments réfractaires supportés d'une manière entièrement différente, que l'on expliquera ci-après en détail.
La structure d'extrémité du four dans la présente invention est pourvue d'un seul carneau montant 125 qui est délimité par la paroi d'extré- mité 117, la chambre de refroidissement 121, une paroi latérale avant 131 et une paroi latérale arrière 132. On a déplacé la chambre de refroidissement 121 de sa position primitive vers l'extérieur en direction de la paroi d'extrémi- té 117 pour allonger la sole et pour augmenter appréciablement sa capacité volumétrique. Le carneau montant 125 est spécialement formé d'une manière que l'on va décrire'pour assurer la répartition convenable de l'air dans les car- neaux et obtenir un mélange convenable de combustible et d'air et, par suite, une utilisation plus efficace du combustible introduit dans le four associée à une plus grande production pour un four donné.
Une grande difficulté des fours à sole consiste à diriger l'air uniformément dans le carneau et à l'en- droit des brûleurs où il est nécessaire. La forme particulière des carneaux montants est importante pour obtenir une répartition uniforme de l'air.
A cet effet, les parois latérales d avant et arrière convergent vers l'intérieur au moyen de parties 133 et 134 respectivement, au voisinage de la partie inférieure de la chambre de refroidissement. Ces parties des parois rétrécissent le carneau montant 125 pour former une partie réduite qui fait saillie vers le haut jusqu'au voisinage du niveau FPE de la plaque avant indi- qué sur les figures 9 et 10. Comme on le voit plus clairement sur la figure 10, les parois latérales sont pourvues de parties divergentes 135 et 136, res- pectivement, qui élargissent le carneau montant au voisinage de l'extrémité supérieure jusqu'à un point où il atteint la largeur initiale des parois la- térales, comme indiqué en 137 et 138.
Cette partie réduite du cerneau produit une action analogue à un venturi sur les gaz passant par le carneauL'empla- cement particulier de la partie réduite est important pour diriger l'air vers le centre du four avant son mélange avec le combustible.
En se référant en particulier à la figure 11, on voit que l'air pénètre dans le carneau, en provenance du passage évasé 129, au-dessus de la paroi 139 de la chambre récupératrice située sous le plancher de chargement 120. L'air entre au-dessus de la partie supérieure de la paroi arrière 140 de la chambre récupératrice de briques, à une vitesse linéaire relativement éle- vée, la plus petite section du carneau 129 se trouvant à l'endroit de la pa- roi 140. Etant donné que l'air doit tourner de 90 ou plus pour remonter, il doit perdre la majeure partie de sa vitesse cinétique après avoir quitté le passage évasé.
Dans le four représenté, on a déplacé la paroi 139 en direc- tion de la chambre récupératrice d'envirion 0,912 m afin d'agrandir la poche
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à scories 130 par laquelle l'air parvientau carneau montant. L'accroisse- ment précité du volume de la poche permet à l'air entrant de perdre beaucoup plus rapidement sa vitesse cinétique et de remonter en tournant plus près du centre du carneau.
Ainsi, l'air entrant dans la poche à scories peut remon- ter en tournant avant de heurter la paroi 141 de la fosse'de coulée située sous la paroi latérale arrière, ce qui contribue à la répartition uniforme de l'air aux brûleurs, mais l'air qui passe sur la paroi 141 est ramené vers le centre du four par la partie 132 de la paroi latérale arrière se trouvant dans l'étranglement du carneau.
Le rapport de la longueur du passage évasé 129 à la dimension de la poche à scories avant que la paroi 139 ne soit dé- placée vers la chambre récupératrice était d'environ 1 à 1,23 et, après avoir déplacé la paroi 139 vers l'arrière, de 0,912 m, ce rapport était de 1 à 2,34. Les dessins sont établis à une échelle d'après laquelle 25,4 mm re- présentent envirion 1,060 m (échelle au l/42ème) de manière que l'on puisse mesurer les dimensions sur le dessin.
. Grâce à la reconstruction des extrémités du four et au carneau mon- tant unique construit comme représenté et décrit, le carneau. montant a une section d'approximativement 557,40 dm2 à sa partie la plus étroite tandis que le carneau à double passage prévu dans le four avant sa reconstruction avait une section de 798,94 dm2. Grâce à cette différence et au fait que l'on pré- voit un passage réduit dans le carneau, on a constaté que le four brûlait à un débit beaucoup plus grand que celui maximum de 1703 litres par heure avant reconstruction. On utilisait le même rapport combustible/air qui était appro- ximativemeht de 48,16 m3 d'air par fraction de 3,78 litres de combustible.
La section la plus étroite de l'étranglement dans l'extrémité à carneau si- tuée au-dessus de l'autel a environ 975 dm2 et la section du passage entre la partie réduite du carneau montant et l'étranglement est considérablement plus grande que l'un ou l'autre.
Les vitesses de l'air dans les extrémités du four changent pour un chauffage donné, à cause des variations de la température à chaque inver- sion du sens de chauffage. On peut mesurer avec précision l'admission au ven- tilateur, qui se trouve à une certaine distance des chambres récupératrices, et on a constaté qu'elle était d'environ 46,20 m3 d'air par fraction de 3,78 litres de combustible brûlé.Toutefois, à l'endroit des brûleurs, l'air est envoyé à raison d'environ 48,16 m3 par 3,78 litres de combustible., la diffé- rence étant sans doute causée par une fuite dans le four au-dessous du niveau de l'autel.
Avec un carneau montant double, il n'a été possible de brûler qu'à un débit de 1703 litres par heure à cause de l'impossibilité de diriger l'air convenablement dans le courant-de combustible du brûleur où il pourrait entretenir la combustion. La présente invention conduit et répartit l'air dans le carneau montant et vers les brûleurs;, de manière que des débits beaucoup plus élevés puissent être soutenuso Lorsqu'on brûle environ 1703 litres par heure et que l'on prévoit 48,16 m3 d'air par 3,78 litres de combustible., des vitesses d'air mesurées à la température ambiante (environ 210C) pour les sections les plus étroites sont: 43,500 m par minute dans le passage évasé 129; 65,500 m par minute dans le carneau montant ;
enfin;, 37,400 m par minute dans l'étranglemento Lorsqu'on accroît le débit à 2271 1/heure, ces vitesses d'air deviennent: 60,200 m par minute dans le passage évasé; 87 m par minute dans le carneau montant ; enfin, 49,900 m par minute dans l'étranglement.Le carneau montant unique dirige l'air vers le centre du four et empêche le cou- rant d'air de longer la paroi arrière du four.
En supprimant la voûte et la paroi centrale qui divisaient anté- rieurement le carneau montant en deux parties, on constate que l'on pourrait déplacer la chambre de refroidissement vers l'extérieure en direction de la paroi d'extrémitépour augmenter la capacité de la sole. On a supprimé la construction en forme de voûte du briquetage situé au-dessous de la chambre de refroidissement et on a réalisé les éléments réfractaires protégeant la chambre de refroidissement sous forme d'une construction suspendue;, ainsi qu'on le voit plus clairement sur la figure 12. La partie inférieure du car- neau montant est pourvue d'une paroi 142 qui constitue une paroi de support sous l'extrémité de la sole.
Une extrémité 143 de sole métallique est sup-
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portée sur la partie inférieure 111 de la sole qui repose sur la paroi de support 142 et par des poutrelles 144 qui prennent appui dans les parois avant et arrière du four. Les poutrelles supportent des éléments d'encadre- ment 145 fixés à des poutres 146, à leur extrémité inférieure, qui prennent également appui dans les parois avant et arrière du four. Un certain nom- bre de cornières transversales 147 s'étendent horizontalement entre les éléments d'encadrement 145. Ces cornières supportent plusieurs éléments suspenseurs coulés 148 auxquels sont fixés les éléments réfractaires 149.
Les éléments réfractaires constituent la paroi exposée située sous la cham- bre de refroidissement et servent à protéger ses parties métalliques des températures élevées régnant dans le four. Dans la structure antérieure- ment utilisée autour des chambres de refroidissement, les éléments réfrac- taires étaient formés de voûtes qui supportaient la chambre de refroidis- sement et dans la présente structure, la chambre de refroidissement suppor- te les réfractaires. La paroi réfractaire autour de la chambre de refroidis- sement rétrécit encore le passage par lequel l'air pénètre dans le four et coopère avec les parois latérales pour permettre d'obtenir des influen- ces directrices sur l'air pénétrant dans le four.
Il est bien entendu que l'on peut utiliser la présente invention aussi bien pour la construction de fours neufs que pour la reconstruction de fours à sole existants. Toutefois, les avantages qu'elle présente lors de la reconstruction de fours existants résident dans le fait qu'elle per- met d'obtenir une capacité et une production plus grandes sans changer ou enlever la sole ou les parois extérieures existantes du four. Presque tout le changement nécessaire pour obtenir un four donnant les nouveaux résul- tats peut être apporté dans les parois latérales, aux extrémités du four et dans la chambre de refroidissement située à chaque'extrémité de la sole.
Il est bien évident que les modes de réalisation préférés décrits ci-dessus et représentés sur le dessin annexé ne sont donnés qu'à titre in- dicatif et non limitatif et que l'on peut y apporter diverses modifications sans s'écarter pour cela de l'esprit et de la portée de l'invention.
REVENDICATIONS'.
1. Four à sole comportant une sole et une source de combustible à chaque extrémité du four, les extrémités du four comportant chacune des pa- rois formant un carneau ou passage montant unique dont l'extrémité supérieu- re aboutit à la sole, ce passage présentant une partie inférieure sensible- ment verticale servant à diriger l'air vers le centre de la sole et une par- tie supérieure communiquant avec la partie inférieure de la sole, et les ex- trémités de la sole étant sensiblement plus proches des extrémités du four qu'elles ne le sont des extrémités de fours pourvus de passages ou carneaux montants multiples.
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IMPROVEMENTS RELATING TO OVEN STRUCTURES A. SOLE.
The present invention relates to deck furnaces used in steel production and to a new and improved structure of the ends of such furnaces.
The present invention relates in particular to a hearth furnace comprising a hearth and a reserve of fuel at each end of the furnace, characterized by furnace ends comprising walls forming a single rising passage or flue having a substantially vertical lower part. and an upper part communicating therewith and with the hearth, the lower part of the rising flue serving to direct the air to the center of the furnace and the ends of the hearth being appreciably closer to the ends of the furnace than in furnaces similar with multiple rising flues.
..In general, a hearth furnace is made up of a number of structures or cooperating parts which are constructed, on the one hand, of refractory bricks and other refractory materials and, on the other hand, of steel which is mainly used as supports (or as belt and bracing members) for refractory constructions. The work is actually done in the hearth, the work surface of which is shaped somewhat analogously to a shallow elliptical bowl. This hearth is closed, on one of its longitudinal sides, by a section of refractory bricks that this is called "anterior wall or front face" and which is provided with doors through which the fuel is loaded and which are operated by the personnel of the furnace.
The opposite longitudinal side of the hearth is closed by another refractory construction called the "posterior wall or rear face. The upper ends of the front face and the rear wall are joined together by an arched or suspended refractory vault. above the hearth and is commonly referred to as the "main furnace vault".
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The construction of the furnace extends to a certain distance, beyond the ends of the hearth, to leave a space constituting passages for the air and / or the gases and for the devices and constructions for introducing the fuel. . The furnace ends and interior constructions referred to are sometimes referred to as "flue ends" and sometimes simply "furnace ends". The outer structure of these flue ends is formed by brick extensions to the anterior and posterior walls, such extensions being commonly referred to as "front and rear side walls".
These side walls, at each end of the kiln, meet at an end brick wall which marks the longitudinal limits of the kiln proper, except for the steel joints or belts.
The side walls and the neighboring end walls are joined at their upper ends by an arched or suspended vault, sometimes called a "hood" which, in turn, extends towards the main vault and joins it at the- above the sole proper. This makes it possible to constitute a closed construction, of rectangular shape, which is called a furnace properly speaking and which contains the hearth and a substantially similar end in the vicinity of each end of the hearth, in which are contained the equipment and the devices. constructions for introducing fuel and substantially vertical passages for the incoming air and outgoing gases,
these passages being commonly referred to as rising flues and functioning mainly in cooperation with neighboring passages which do not form part of the present invention, to communicate the regenerative system with the hearth.
The refractory bricks and the refractory materials used in the construction of the hearth of the furnace are supported at the ends of this hearth by protected refractory structural elements or steel reinforcements sometimes known as cooling chambers. These latter constructions are located between the ends of the sole and the passages referred to above and the walls or vaults protecting the aforementioned steel support frame to participate in the formation of the wall. interior of the passage or rising flue provided at its respective end, without taking into account the detail or the construction form of the protective walls or vaults which may vary somewhat from one oven to another.
The fuel for carrying out the steel fabrication process is introduced through the end walls already described.
These end walls contribute to the formation of the portion of the rising flues which is opposite to the cooling chambers referred to. The flues are formed on the other two ends of the lower portions of the front and rear side walls which extend downward to another passage leading directly to the regenerators.
The high temperatures required to melt the constituents used to make the steel are provided by a system of regenerators in which the combustion air is preheated in a stacked chamber of refractory bricks previously brought to a high temperature by the passage of combustion gases passing through it. Thus, at its lower end, each flue is connected to a school bag, usually below bed level. The stacking chambers or collecting chambers are likewise situated substantially below and away from one of the sides of the hearth and are connected to the slag ladle by a substantially horizontal passage extending through a section. known as the "flared section".
The air used for combustion and to supply the oxygen intended to maintain the chemical reactions which take place in the hearth passes, from the collecting chambers, into the slag pocket from where it is directed upwards by the flue and returns then almost horizontally in the sole, through the flue end. The changes in direction of the right angle of the flare passage to the flue, and the flue to the flue end, are substantially 90 to each other, which therefore tends to direct the flow of air against the rear wall of the oven,
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both in the upstream flue and through the flue end.
The present invention is primarily concerned with a uniformly distributed air supply at the flue end where it can be used more economically to support combustion at the location of the fuel introducers. In accomplishing this result, the rising flue has a throttle tending to direct the air towards the center of the furnace and the flared passage is constructed so that the incoming air can rapidly rotate through the upward flue.
In the end constructions of existing hearth furnaces, the rising flue is, in general, divided into two or more parts separated by a vault and a massive wall of refractory bricks which reinforce the structure and support the brickwork. support around the cooling chambers at the end of the soleo This central wall was previously used to support what are called "niches" of refractory materials surrounding the fuel introduction devices to protect them against the high temperatures of the combustion products which pass around them when leaving the furnace.
This resulted in a significant deflection and channeling of gases due to this obstruction at the ends of the furnace.
The present invention aims to reconstruct the ends of the furnace without changing its external dimensions in order to ensure additional capacity of the furnace or to increase the capacity of the flues, or else for these two purposes, depending on the given furnace. The invention also contemplates the construction of new furnaces taking into account the teachings of the present invention. By implementing these general means, the ends of the furnace are reconstructed so as to obtain a single flue formed in a particular manner to provide a uniform air flow to the fuel introduction devices.
At the same time, the erosion of the refractory elements is reduced due to the reduction in the deflection of the pipeline, etc., of the outgoing combustion gases.
The present invention also relates to a series of changes made, on the one hand, to the construction of the ends of deck furnaces which can be applied alone or in combination with another change to increase the productive capacity of existing furnaces without that it is necessary to modify their external dimensions and, on the other hand, to the construction of new furnaces capable of production rates higher than those which furnaces of comparable dimensions could give. To achieve these goals, the partition constructions dividing the rising flue into two or more parts to obtain a single rising flue which is unobstructed and therefore has a greater passage capacity.
The passage is also shaped to make it possible to obtain a greater air capacity (per fraction of 9.29 dm2 of cross section) than the upright divided flues and, in addition to freeing these flues from the ducting influences which tend to remove air from the fuel introduction devices.
The invention will now be described with reference to the accompanying drawing which represents the oven somewhat, schematically, for greater clarity, and in which:
FIG. 1 is a plan view of a hearth furnace according to the invention with the vault removed; Figure 2 is a vertical sectional view of the oven shown in Figure 1; Figure 3 is a sectional view taken substantially at 3-3 of Figure 2; Figure 4 is a fragmentary plan view similar to Figure 1 showing a. another furnace end structure according to the invention; Figure 5 is a view similar to Figure 2 of the furnace end structure shown in Figure 4;
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Figure 6 is a sectional view taken substantially at 6-6 of Figure 5;
Figure 7 is a sectional view taken substantially at 7-7 of Figure 8 showing a preferred end structure for a single burner; Figure 8 is a fragmentary plan view, with the canopy removed, of a third furnace structure; Figure 9 is a vertical sectional view of one end of the furnace taken substantially along the axial line of the furnace; Figure 10 is a vertical sectional view of the end of the furnace taken through 10-10 of Figure 9; Figure 11 is a view similar to Figure 10 showing, in fragmentary fashion, the flared section and the adjoining collection chamber; Figures 9, 10 and 11 are somewhat schematic due to the fact that the brick and steel parts included in the walls are not shown in detail;
Figure 12 is an enlarged fragmentary view of the cooling chamber located at the end of the hearth, as shown schematically in Figure 9.
The hearth furnace shown in Figures 1 to 8 of the drawing has the basic parts which are found in most furnaces of this type. The hearth section 10 serves to contain the molten material from which the product is taken in the form of steel. This hearth is supported on a steel frame and is constructed of refractory and molten material to withstand the high temperatures of the furnaces. The front wall 11 of the kiln is provided with a number of loading doors 12 through which ore, waste, scrap and other materials can be loaded onto the hearth.
A rear face 13 (the side of the pouring pit of the furnace) extends approximately parallel to the front face of the furnace and these faces are joined by the end structure of the furnace comprising the side walls 14 and 15 and a end wall 16. To represent the walls of the furnace schematically, the thickness of the brick has been indicated and the metal belt or vertical profiles located on the outside of the walls have been omitted, since they are of usual construction.
At each end of the sole 10, a cooling chamber 17 serves to form the end of the sole. The cooling chamber is suitably protected by refractory elements and is supported by a low or cooling wall 18 which also serves as one of the boundary walls of the rising flue 20. The lower part of the The end of the furnace constitutes the slag pit. Each end of the furnace is a counterpart to the other and, as the description proceeds, when it comes to any part of the end structure of the furnace, reference is made to one. or the other end of it. An arched vault 19 extends between the front and rear walls and meets, at its ends, with the end walls.
As will be appreciated from the drawing, openings are provided in the end walls for the introduction of burners which feed fuel into the furnace. Thus, as shown in FIG. 1, each end wall is provided with two burners 22, each directed substantially downward and inwardly towards the surface of the molten mass contained in the hearth. The fuel leaving the burners 22 is mixed with the air rising through the flue 20 and ignites at the burner nozzle.
Figures 4 and 8 show a hearth furnace comprising a single burner 22 located in the center of the end wall 16.
Deck ovens work by regenerating the air used to burn the fuel. Thus, the air is passed over a stack of hot bricks which has been previously heated by the gases leaving the furnace.
The air is brought to a very high temperature before mixing with the fuel.
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tibleg which increases the temperature of the oven. The rising flues 20 lead this heated air through a lower part 24, substantially vertical, which ends at the vault 19 of the oven and,!) then, through the part. upper or constriction 25 to bring it to the bottom of the oven.
Previous and existing hearth furnaces use multiple riser flues made necessary by the presence of a massive central wall and support vault which reinforces the end structures of the furnace and acts as a support for the cooling chambers. - thus the brickwork below and around the cooling chamber had a slender arch construction, the bases of the arched portion resting against the central wall and the side walls.
In the present construction :, the vault and this central wall are omitted and a single rising flue is provided, Thus, as seen in Figures 1 and 2, 'the rising flue is limited by the side walls, the wall of' end, the bottom wall and part of the cooling chamber. The passage narrows because of the protective wall 26 of the cooling chamber which can be suspended from the latter.
The constriction of the hearth furnace shown in the accompanying drawing affects a particular shape to conduct the air from the vertical part 24 of the flue rising to the soleo. As can be seen more clearly in figure 1, each of the walls sides of the front and rear faces of the oven, -is provided with a portion 27 and 28 extending inwardly towards each other to reduce the constriction. This organization exerts a venturi-type action on the air passing through the constriction by directing the air towards the center of the furnace and preventing it from following the walls of the furnace. Commonly used venturi is not, however, necessary here and can be omitted provided the rising flue is suitably conformed to the rest of the furnace.
The Applicant prefers to do away with this venturi. In Figure 1, where two burners are used, at each end of the furnace, the venturi throttle is disposed above the cooling chamber so as to direct the air in the fuel stream introduced by the burners. In figure 4, it should be noted that the reduced throttle has been removed to obtain the venturi effect. In FIG. 4, the reduced part is located substantially above the end of the part of the cooling chamber and makes it possible to obtain a guiding effect by profiling on the passage of the gas in one or the other senso Figures 7 and 8 show the preferred form of end structure having a single burner at each end.
In these figures, the rising flue portion opposite the cooling chamber has been made in a substantially trapezoidal shape using portions 34 and 35 to direct air to the burner. Above the altar 369, the parts 27 and 28 ensure the profiling of the front and rear side walls, between the rising flue and the sole.
By removing the vault and the central wall, an appreciable volume is recovered inside the end structure of the furnace. In ovens previously using multiple riser flues, this recovered volume may be used for one reason or the other, or both. If the capacity of the rising flue of the furnace is inadequate, the recovered volume can be used to increase the capacity of the flue section, or this recovered volume can be used to increase the capacity of the hearth by moving the chambers closer together. cooling the end walls of the furnace.
This increase in capacity can be obtained without rebuilding the major part of the furnace and without changing its external dimensions.
For example, it has been found that the capacity of the hearth could be increased beyond 5% by moving the cooling chambers a total of 0.650 m outward from their original position. . This can be done without risking a reduction in the air capacity of the riser flues As shown in Figures 1 and 2, this change in capacity can be determined as a function of the ratio of the length of the riser flues to the length of the floor. These dimensions are both measured at the level of the threshold plate which is here indicated as being the
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reference plane in hearth furnace structures,
plane which is the mean level or lowest point of the loading door openings. The length of the riser flues denoted by A 'in the drawing is taken between the end steel frame of the cooling chamber and the outer channels or metal belt located at the end of the furnace. The length of the two rising flues thus measured constitutes dimension A of the report. Dimension B is the total length of the furnace floor between the outside of the steel frame of the cooling chambers. The total of A plus B is equal to the length of the furnace inside the metal enclosure.
Before the displacement of the wall and the central vault, the dimension A was 6.155 m and the dimension B was 15.150 m. The total is 21.305 m between the outer end profiles of the furnace which cannot be moved to the outside due to the limitation of space between neighboring furnaces. The ratio of A to B was 1 to 2.46 in existing furnaces of this size.
The cooling chambers of this particular furnace were each moved outward by 0.326 m, for a total distance of 0.652 m, which reduced dimension A to 5.503 m and increased dimension B to 15.802 m. The ratio of A to B was thus 1 to 2.87 and the resulting increase in hearth capacity was slightly more than 7%.
In other furnaces of the same size having the same hearth, each cooling chamber can be moved outwards towards the end wall by a distance equal to 0.912 m. This can be done without significantly altering the efficiency of the rising flues from the ends of the furnace and appreciably increasing the productive capacity of the furnace itself. The life of the refractory elements is notably increased since the deflection and channeling of the gases leaving the furnace are largely eliminated. The position of the cooling chambers with respect to the end walls of the furnace is thus modified, obtaining a greater capacity, without changing the external dimensions of the furnace.
The new position of the cooling chambers is here substantially closer to the end walls in the new position than it was initially in ovens using multiple riser flues. Cooling chambers are closer to the end walls than in comparable sized furnaces using multiple riser flues.
It has been found that the single flue provides a more uniform flow of air to the furnace, and its action, together with its shape, in directing the air towards the burners, produces a good fuel mixture. and air in front of the flame. The spaces recovered when removing the central structures previously present can be used at will, either to increase the capacity of the furnace by lengthening the hearth, or to increase the capacity of the rising flue located at the ends of the furnace.
The gases exiting the kiln have been found to erode the brickwork more seriously in the area around the intersection of the end wall and the central dividing wall in multiple riser furnaces. This erosion can be significantly reduced by shaping the rising flue to decrease gas velocity in the area where erosion has previously been the most serious. In Figures 7 and 8, the rising flue is shown as being of trapezoidal horizontal cross section, the large base being formed by the end wall of the furnace.
The side walls 14 and 15 can be shaped to provide the required obliquity at the front and rear of the oven. Above the cooling chamber, the obliquity of the side wall to obtain a guide by profiling starting from the rising flue to end at the hearth, which also ensures the rapid mixing of fuel and air, as described above. This shape allows the expansion of the outgoing gases in the vicinity of the end wall, thereby reducing corrosion of the refractory elements of the end wall.
In general, the trapezoidal shape will be kept from the lower part of the cooling chamber until
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that at the top of the altar 36, above the cooling chamber. 1 / incoming air is spread thanks to this form of flue, the air being prevented from running along the walls of the furnace and its better distribution to the burners being obtained.
The increase in the capacity of the hearth mentioned above can be expressed as a function of the length of the hearth inside the hearth refractory, this length being measured at the location of the level of the front plate with respect to to the total length of the furnace measured inside the structural enclosure. In the example given above, the length of the hearth, before moving the cooling chambers, was 13.530 m and then it was 14.180 ma The length of the new hearth is approximately 66 % of the total length of the furnace (21,305m) inside the metal belts o Further displacement of the cooling chambers towards the end walls increases the capacity of the hearth.
The cross-section of the rising flue can be determined with respect to the length of the furnace ;, inside the metal enclosures as a function of a ratio of the combined length of the rising flues inside the brickwork :, measured at their narrowest section along the longitudinal axis of the furnace, at the longitudinal dimension of the furnace mentioned above. In the example given above, the cooling chambers were moved outwardly towards the end walls, the length of the hearth thus being increased and the combined length of the rising flue thus being equal to approximately 16% of the total length. from the oven.
Further movement of the cooling chambers towards the end walls would result in a combined length of the riser flue sections, as defined above, equal to a smaller proportion of the total length of the furnace.
By providing only a single flue rising at each end of the furnace the air capacity of the furnace was improved to allow much better heating. In the example, the cross-section in square diameters of the single upright flue, when measured at 1, 'point of its narrowest section, was equal to 86% of the length of the furnace inside. enclosures measured in dm, and it is preferable not to exceed this proportion.
The furnace shown in Figures 9 to 12 is provided with a hearth 110 having a base member 111 suitably supported and covered with refractory material 112. The working surface of the hearth may be a refractory material such as carbon. magnesite. The hearth contains the molten metal from which comes the steel which is poured into ingot molds. The furnace is provided with a vault 113 resting against springs 114 and 115 extending along the front and the back of the oven.
A hood 116, provided above the ends of the furnace, tilts downwards from the end wall 117 to the vault 113 The walls of the furnace are of refractory bricks stacked and reinforced with profiles 118 , placed on the front of the oven, and similar profiles 119, arranged along the rear wall of the oven. The end walls are similarly reinforced and braced by a steel frame which can serve as a foundation and support for the brickwork.
In operation of the hearth kiln, ore, waste and other ingredients are loaded into the hearth through loading doors provided in the front wall from the loading floor 120. The ends of the hearth are formed. by portions of the cooling chambers 121 on which an altar 122 meets the refractory 112 of the hearth.
The altar forms a constriction with the door 116 of the hood extending from section 125 of the flue through the flue end to the hearth. Fuel is introduced through openings 126 in the end wall, usually through one or more burners.
The air is led to the burners from the recovery chamber 128, by a passage or flared duct 129 communicating with the pocket.
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slag 130 located below the rising flue 125. In its path, the air flow thus arrives laterally in the slag pocket, then rises in the flue and again leaves laterally in a different direction from the flue to pass through the flue end and end in the sole. While the flue at one end of the furnace leads air from the adjoining recovery chamber to the hearth, the flue at the other end leads the combustion products in the opposite direction to heat the chamber. collector who is associated with him.
The heating is periodically reversed so that high temperatures can be achieved in the hearth to melt the constituents of the steel.
In most existing deck ovens, the rising flue has been divided into two or more parts separated by a vault and a central brick wall. This wall serves in part to reinforce the end structure of the furnace and to support the vaults located under the cooling chamber and the springs of which are arranged against the central wall and the front and rear walls of the furnace. The central wall was also used to support the refractory chambers at their upper ends serving to protect the fuel introducers. Thanks to the evaluation of more efficient fuel introduction devices, this protective brickwork surrounding them has been made unnecessary.
In the present construction, the central vault and wall are omitted from the furnace and the cooling chamber is protected by refractory elements supported in an entirely different manner, which will be explained in detail below.
The end structure of the furnace in the present invention is provided with a single riser flue 125 which is delimited by end wall 117, cooling chamber 121, a front side wall 131 and a rear side wall 132. The cooling chamber 121 has been moved from its original position outward toward the end wall 117 to lengthen the hearth and to significantly increase its volumetric capacity. The riser flue 125 is specially formed in a manner which will be described to ensure the proper distribution of air in the flues and to obtain a suitable mixture of fuel and air and hence efficient use. more efficient fuel fed to the furnace associated with greater production for a given furnace.
A great difficulty with deck ovens is to direct the air evenly through the flue and to the burner location where it is needed. The particular shape of the rising flues is important to obtain a uniform distribution of the air.
For this purpose, the front and rear side walls converge inwardly by means of parts 133 and 134 respectively, in the vicinity of the lower part of the cooling chamber. These portions of the walls constrict the riser flue 125 to form a reduced portion which protrudes upward to the vicinity of the FPE level of the faceplate shown in Figures 9 and 10. As seen more clearly in Figure 10, the sidewalls are provided with diverging portions 135 and 136, respectively, which widen the upstream flue near the upper end to a point where it reaches the original width of the sidewalls, as shown in 137 and 138.
This reduced part of the kernel produces a venturi-like action on the gases passing through the flue. The particular location of the reduced part is important to direct the air towards the center of the furnace before it is mixed with the fuel.
Referring in particular to FIG. 11, it can be seen that the air enters the flue, coming from the flared passage 129, above the wall 139 of the recovery chamber located under the loading floor 120. The air enters above the top of the rear wall 140 of the brick collecting chamber at a relatively high linear velocity, with the smallest section of the flue 129 at the location of the wall 140. Being since the air must rotate 90 or more to rise, it must lose most of its kinetic speed after leaving the flare passage.
In the oven shown, the wall 139 has been moved in the direction of the collecting chamber by approximately 0.912 m in order to enlarge the pocket.
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slag 130 through which the air reaches the rising flue. The aforementioned increase in the volume of the pocket allows the incoming air to lose its kinetic speed much more quickly and to rise by rotating closer to the center of the flue.
Thus, the air entering the slag ladle can rise by rotating before hitting the wall 141 of the pouring pit located under the rear side wall, which contributes to the uniform distribution of the air to the burners, but the air passing over the wall 141 is returned to the center of the oven by the part 132 of the rear side wall located in the throat of the flue.
The ratio of the length of the flared passage 129 to the size of the slag pocket before the wall 139 was moved to the collecting chamber was about 1 to 1.23 and, after moving the wall 139 towards the collecting chamber. rear, 0.912 m, this ratio was 1 to 2.34. The drawings are drawn to a scale to which 25.4 mm represents approximately 1.060 m (1/42 scale) so that the dimensions can be measured in the drawing.
. Thanks to the reconstruction of the ends of the furnace and the unique rising flue constructed as shown and described, the flue. upright has a cross section of approximately 557.40 dm2 at its narrowest part while the double passage flue provided in the furnace before its reconstruction had a cross section of 798.94 dm2. Thanks to this difference and to the fact that a reduced passage is foreseen in the flue, it has been observed that the furnace burns at a rate much greater than that of 1703 liters per hour before rebuilding. The same fuel / air ratio was used which was approximate 48.16 m3 of air per 3.78 liter fraction of fuel.
The narrowest section of the constriction in the flue end above the altar is approximately 975 dm2 and the section of the passage between the reduced portion of the rising flue and the constriction is considerably greater than one or the other.
The air velocities in the ends of the furnace change for a given heating, due to changes in temperature with each reversal of the direction of heating. The intake to the ventilator, which is some distance from the recuperating chambers, can be accurately measured and found to be about 46.20 m3 of air per 3.78 liter fraction of fuel burned. However, at the location of the burners, air is sent at the rate of approximately 48.16 m3 per 3.78 liters of fuel, the difference being probably caused by a leak in the furnace at the - below the level of the altar.
With a double rising flue, it was only possible to burn at a flow rate of 1703 liters per hour because of the inability to direct the air properly into the burner fuel stream where it could support combustion. . The present invention conducts and distributes the air in the rising flue and to the burners, so that much higher flow rates can be sustained When about 1703 liters per hour are burned and 48.16 m3 d air per 3.78 liters of fuel., air velocities measured at room temperature (about 210C) for the narrowest sections are: 43.500 m per minute in the flared passage 129; 65,500 m per minute in the rising flue;
finally ;, 37,400 m per minute in the throttle When increasing the flow rate to 2271 1 / hour, these air speeds become: 60,200 m per minute in the flared passage; 87 m per minute in the rising flue; finally, 49.900 m per minute in the throttle. The single rising flue directs air towards the center of the furnace and prevents the air flow from running along the rear wall of the furnace.
By removing the vault and the central wall which previously divided the rising flue into two parts, it is found that the cooling chamber could be moved outwards towards the end wall to increase the capacity of the hearth. . The vault-shaped construction of the brickwork below the cooling chamber was omitted and the refractory elements protecting the cooling chamber were made as a suspended construction ;, as seen more clearly on FIG. 12. The lower part of the riser is provided with a wall 142 which constitutes a support wall under the end of the hearth.
One end 143 of the metal hearth is sup-
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carried on the lower part 111 of the sole which rests on the support wall 142 and by beams 144 which bear in the front and rear walls of the oven. The beams support framing members 145 attached to beams 146 at their lower end which also rest in the front and rear walls of the furnace. A number of transverse angles 147 extend horizontally between framing members 145. These angles support a plurality of cast hanger members 148 to which refractory members 149 are attached.
The refractory elements constitute the exposed wall below the cooling chamber and serve to protect its metal parts from the high temperatures prevailing in the furnace. In the structure previously used around the cooling chambers, the refractory elements were formed of arches which supported the cooling chamber and in the present structure, the cooling chamber supports the refractories. The refractory wall around the cooling chamber further narrows the passage through which air enters the furnace and cooperates with the side walls to provide guiding influences on the air entering the furnace.
Of course, the present invention can be used both for the construction of new furnaces and for the reconstruction of existing hearth furnaces. However, the advantages it offers when rebuilding existing furnaces are that it allows for greater capacity and production without changing or removing the existing hearth or outer walls of the furnace. Almost all of the change necessary to achieve a furnace giving the new results can be made in the side walls, at the ends of the furnace and in the cooling chamber located at each end of the hearth.
It is obvious that the preferred embodiments described above and shown in the appended drawing are given only as an indication and are not limiting and that various modifications can be made to them without thereby departing from the spirit and scope of the invention.
CLAIMS '.
1. Hearth furnace comprising a hearth and a source of fuel at each end of the furnace, the ends of the furnace each comprising walls forming a single flue or riser passage, the upper end of which ends in the hearth, this passage having a substantially vertical lower portion serving to direct air towards the center of the sole and an upper portion communicating with the lower portion of the sole, and the ends of the sole being substantially closer to the ends of the sole. furnace than they are the ends of furnaces provided with passages or multiple risers.