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La présente invention se rapporte à une mé- thode d'utilisation d'un four à cuve produisant des gz, me générateur de gaz, haut-fourneau ou cubilot et à un four convenant à cette utilisation.
Un générateur de gaz ordinaire, ou un four à grille ou un four de fusion ne peuvent produire un gaz que dans la proportion d'environ 30 à 35 %, gaz qui contient en outre de 1 à plusieurs unités pour cent d'eau et de 4 à 5 % de gaz carbonique et qui sort du four à une température de
600 à 700 C environ.
rame si le four de fusion constitue un perfectionnement sur le four à grille ordinaire, du fait qutil brûle complètement le coke produit pendant la combustion, il reste cette difficulté du four, relative aux produits de dis- tillation du charbon qui "mouillent" le gaz, pour ainsi dire, ce qui fait que les goudrons du combustible sont non seulement retenus par le gaz recueilli, mais en outre ils se dépasent ' on même temps que de la suie, donnant lieu à des formations de croûtes gênantes .Pour cette raison, on cherche depuis long-
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temps à obtenir un gaz sec, chaud, qui contienne tous les élé- mants combustibles du charbon.
Un cubilot ordinaire no peut fonctionner qutau co- ko ou aux combustibles carbonisés, mais non avec des combusti- blesfossiles comme le charbon, En outre, on ne peut le faire fonctionner que de façon intermittente car les scories oxydées détruisent rapidement le revêtement, Il est vrai que cette des- truction se produit moins rapidement dans les cubilots modernes à soufflerie chaude, mais, cependant, la base, dans ces derniers, n'a qu'une durée d'une semaine environ.
Un haut fourneau ordinaire no peut être utilisé qu'avec des combustibles carbonisés, tels que du charbon de bois ou du coke. Sa grande hauteurqui est nécessaire au chauf- fago préalablo de la chargo et à l'achèvement de sa réduction, a rendu impossiblo, en outre l'emploi de minerais concentrés non frittés. Des essais avec un four dit à " cuve basse" ont tous été bass jusqu'ici sur l'emploi du vieux principe du haut-fourneau, sans changemont, mais la faible hauteur de cuve du four:' à cuve basse s'accompagne inévitablement d'un fort affaiblissement dans la fonction de "tuyau'' de l'ancien haut+ four..
La fonction originelle de "tuyau" était associée étroitement à sa grande hauteur, rdson pour laquelle , dans un fourneau à cuva basse, le chauffage et la réduction de la char- ge doivent être concentrés dans le creuset. Ceci conduit au ré- sultat que le gradient de température dans un tel haut-fourneau devient très rapide, ce qui a pour résultat, à son tour,, que le temps do pré-réduction devient trop court.
Des formations de croates se produisent facilement qui conduisent à dos for- mations de voûtes, ou bien la sole devient trop surchargée pour pouvoir effectuer à la fois sa fonction normale propre plus la fonction du "tuyau" de chauffage et de préréduction,
Au moyen do la méthode et du four de la présente invention un seul et morne four peut être conduit, sans change- ments, comme générateur do gaz ou gazogène, comme haut-fourneau., .ou comme cubilot tout en éliminant les inconvénients indiques pour chaque type de four.
Lorsque le four fonctionne comme générateur de gaz, sa fonction principalo est de produire,, à partir de combusti-
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bles carbonés, un gas pauvro ou à l'eau, sec, de haute tempé- rature, 1000 C environ, avec une faible teneur en gaz carboni- que (00 ) (près de 0 % de CO2 ot H2O), et une teneur élevée en gaz combustibles, environ 45-50 % de CO- H2(oxyde de car- @ bone et hydrogène), la combustible communiquant toute son éner- gio au gaz (on négligeant les portes inévitables)-*
Lorsque le four fonctionne comme cubilot, sa fonc- tion principale est de permettre l'utilisation de combustibles gazifiables, particulièrement de combustibles fossiles, au lied de coke pour la fusion et do permettre un fonctionnement conti-' nu.
Lorsque le four fonctionne comme haut-fourneau, sa fonction principale est alors d'utiliser du charbon au lieu de coke- et de concentrés à granulation plus ou moins fine au lieu de produits frittés ou do minerai grossiers.
En conséquence, l'invention concerne un né thode d'utilisation d'un four produisant des gaz comme générateur de gaz, haut-fourneau ou cubilot, selon laquelle une substance, carbonée et produisant du goudron, est introduite dans la sec- tion supérieure du four, de l'air est admis en haut du four et le gaz formé est retiré à un niveau en dessous de l'admission d'air.
Elle est caractérisée en ce que de l'air chaud est ad- mis en haut du four, à au moins deux niveaux, l'air étant alors admis, tout au moins au niveau supérieur, à travers des ouver- tures , dirigées obliquement vers le bas, qui entourent prati- quement la cuve tout ontière, et en ce que l'air chaud est ad- mis au haut du four en quantité telle que les produits goudron- neux du combustible sont distillés et gazéifiés sans que les scories se frittent.
Selon la présente invention et lorsqu'on l'utilise comme générateur de gaz, le flour peut âtre conduit ou bien de telle façon que l'air ne soit admisqu'à la section supérieure du four et que le combustible transformé en coke, qui n'est pas brûlé, soit retiré de la partie inférieure du four au moyen d'un dispositif d'évacuation approprié, par exemple un disque tournant, ou bien comme four de fusion, l'air étant admis éga- lement à la partie inférieure du four, partie qui est disposée comme chambre de fusion, ot les cendres fondues étant retirées de la chambre de fusion.
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Selon l'invention, l'air admis à chaque niveau en haut du four ost réglé de telle façon que la température on un point quelconque so trouve au-dessous du point de fusion des cendres formées. On évite ainsi uno formation gênante de sco- rios. Le rapport entre l'air admis au niveau supérieur et au niveau inférieur est, avantageusement, d'environ 2 à 1. Dais co cas, lorsquo le four est muni d'une chambre de fusion, 65 à 85 % de la quantité d'air totale introduite dans le four sont admis, do préférence, au sommet du four, tandis que los 15-35% restants sont introduits dans la chambre do fusion.
Afin de permettre la répartition de l'air dans tou- te la partie supériouro du four de façon aussi avantageuse que possible, l'air, de préférence n'est pas admis, tout au moins au niveau supérieur, à travers les tuyères classiques, ce qui donne lieu à de puissantes flammes chaudes, mais à travers des fentes horizontales qui s'étendent pratiquement tout autour du fourneau. L'introduction d'air à la chambre de fusion s'ef- fectue également à travers ces fentes.
L'invention sera expliquée plus en détail dans ce qui suit, avec référence au dessin ci-jointe qui représente, à titre d'exemple, un four à cuve selon l'invention, conçu com- me haut-fourneau.
La paroi 1 du four définit une cuve qui a une partie supérieure 2 relativement étroite, sensiblement en forme de- cône avec son extrémité la plus large vers lebas. La pqr- tie supérieure s'élargit vers la section la plus large de la cuve à environ un tiers de la hauteur totale du four: mesu- rée à partir du haut. La partie qui est située en dessous, les étalages 3, va en s'amincissant vers le bas. Sous les étalages se trouve une chambre de fusion ou creuset ,4, dont la chapelle 5 est formé e par une voûte se rétrécissant vers le haut.
La partie supérieure 2 est munie, à son sommet, d'une trémie d'alimentation 6 à charbon, et d'une trémie d'ali- metation 7 à concentrés de minerais. Le charbon est emmagasi- né dans une trémie de stockage 8 d'où il est déversé dans le fourneau à travers un registre 9. Les charbons arrivent au centre du gueulard ou sommet do la .partie supérieure 2, par le tuyau de la trémie 6.
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Los concentrés sont introduits par la trémie 10, dans une, étuve de séchage.11 chauffée au moyen de gaz qui est prélevé dans le haut-fourneau 1 par une conduite 13 et brûlé dans un brûleur 12. Les concentres séchés sont déversés à tra- vers des sas 14 et 15 dans la trémié à minerai 7 munie d'un registre 16; cette trémie d'alimentation entoure le tuyau de la trémie à combustible 6 de telle sorte que les concentrés soient introduits annulairement autour du combustible.
Les prises de gaz 18 sont disposées annulairement à l'endroit où la partie supérieure 2 si-élargit vers les étala- ges 3. Les prises de gaz sont reliées entre elles par un col- lecteur à gaz 19.
Des tuyères à air chaud ou "vont" sont disposées en haut du four à deux niveaux différents.
Au niveau supérieur, les orifices 17 sont en forme de fente dirigée obliquemont vers le bas tout autour de la cuve et disposés en un point où la cuve s'élargit assez fortement vers le bas et immédiatement au-dessous du point d'arrivée du combustible et des concentrés. Au niveau inférieur, les ori- fices 20 des tuyères sont également dirigés obliquement vers le bas .
Des tuyères à air 23 sont également disposées dans la chapelle 5 du creuset 4. Leurs orifices sont en forme de fontes dirigées obliquement vers le bas tout autour du creuset,
L'air chaud est respectivement fourni aux diverses tuyères au moyen do conduites 21, 22, et 24.
Le haut-fourneau décrit fonctionne de la façon sui vante. Du fait que la section droite de la cuva à la partie su périeure 2 s'élargit fortement vers le bas,le combustible intr duit y forme un cône d'éboulement sur lequel les concentrésxse déversent en quantité déterminée par la réglage du registre 16 Juste en dessous de ce point, la section droite du fourneau s'élargit suivant un angle d'environ 60 à environ 3 fois le diamètre du tube d'alimentation en charbon, et au milieu envi- ron de cette partie conique sont disposées les orifices de tu- yères 17. Ainsi qu'on l'a dit précédemment, ces tuyères à air sont une fonte annulaire dirigée obliquement vers le bas.
Cette fente a pour but ,pour partie, de répartir l'air sur une quan- tité de charbon aussi grande que possible, et,en partie, de
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souffler les concentras vors la contre do la cuvo. Le résultat est que le\ réglo est immédiatement devant la fonte à air 17 se composera de carbone pur brûlant tout eh produisant du gaz, gaz qui soufflera los concontrés vers la contre de la cuvo.
Lors de la combustion du charbon, qui a son intensité maximum le long do la paroi du fourneau et qui est moins intense dans le milieu do la colonne de chnrbon, les charbons et les concon- trés tombent vers l'extérieur et vers le bas au delà de la fente à air 17. Ce faisant, los concentrés se déposent à l'abri der- rièro les morceaux de charbon en combustion, et sont léchés par un gaz éminemment propre à la réduction. Los concentrés commen- cent alors à être réduits, et ils manifestent immédiatement une tendance à s'agglomérer on morceaux à texture lâche de mousse do for. Ces morceaux de mousse peuvent se briser partiellement en fragments à nouveau pendant la descente continue mais il reçoi- vent également de nouveaux concentrés descendants qui adhèrent à lour surface.
Par suite, ces morceaux de concentrés ont tendan- ce à s'agglomérer porousement on boules de plus en plus grosses, tandis que les morceaux de charbon brillent et, par suite, dimi- nuent de grosseur. Par suite le processus consiste en ce que les concentrés sont d'abord soufflés vers le centre de la cuve en passant devant la première arrivée d'air, puis entraînés vers l'extérieur et vers le bas du fait que du combustible est consu- mé, de sorte que les concentrés et le charbon sont bien mélangés ensemble en même temps que les concentrés qui, originellement. sont à grains fins, puis s'agglomèrent on morceaux de plus en plus gros. Ces morceaux ont tendance à tomber vers l'extérieur on direction de la prise de gaz.
La forte combustion à l'arrivée d'air 17 élève immé- ditement la température du combustible et des concentrés à la température de réaction. Par exemple, un morceau de charbon en combustion peut être chauffé à 1000 C en quelques minutes alors que le chauffage dans un haut fourneau ordinaire, exige de 5 à 7 heures car le chauffage n'est alors effectué que par transmis- sion physique de chaleur. Do cette façon, le haut-fourneau arrive à une activité complète au gueulard.
Pour empêcher la température de combustion initiale de s'élever, c'est-à-dire d'attaindre la température d la flamme oxy- dante , aux orifices 17,la cuve y a un diamètre plus petit, c'est- à-dire que les charbons relativement froids qui sont déversés franchissent rapidement la zone de combustion initiale et sont con-
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SUEES rapidement plus loin dans la cuve.
Pour le maintien de la cômbustion, l'air doit être préchauffé de préférence entre 500 et 700 C. Les concentrés également doivent être préchauffés.Aussi sans emploi do concentrés, c'est-à-dire lorsque le haut-fourneau fonctionne comme générateur ou comme cubilot, on peut faire va- rier cette combustion de façon que le charbon soit introduit soit si lentement que la température à l'entrée de l'air s'élève à en- viron 2000 C, ou bien si rapidoment que le feu s'éteigne.
Pour cette raison la température peut facilement être réglée à environ 1200 C, c'est-à-dire bien au-dessous du point de fusion des scories.
Par conséquent, pour que la température dans le haut ne soit pastrop élevée, il faut un certain débit minimum dans l'alimentation on charbon. Il est vrai que lescomposants gazeux du combustible ont un effet d'équilibre sur la température quand ils distillantmais malgré ceci la température s'élèvera si le débit d'alimentation on combustible n'est pas suffisamment grand.
En conséquence, le combustible doit être introduit devant des orifices de tuyères 17 en quantité supérieure à celle qui correspond à la consommation de combustible dans le creuset 4,
Pour cotte raison, un ou plusieurs orifices 20 d'air additionnel, do préférence refroidis à l'eau, sont disposés on dessous des..ori- fices 17. Ces orifices, qui peuvent êtro disposés comme ceux des tuyères classiques, ont pour but, on soufflant de l'air vers l'in- térieur, en partife de répartir la chaleur vers le centre de la cu- ve, et en partie de brûler davantage de cherben pour obtenir une alimentation plus rapide devant los orifices 17.
La raison pour laquelle l'insufflation d'air à travers los orifices 20 peut con- tribuer à étendre la flamme vers le centre de la cuve est que l'air insufflé brûle d'abord les gaz qui arrivant du. sommet et ensuite brûle du combustible solide. Par suite du fait que la flamme des orifices 20 s'étond ainsi sur un volume de charbon plus grande sa température est maintenue basse.
Si les orifices 20 n'existaient pas l'alimentation en combustible deviendrait plus lente, la tem- 'pératuro aux -orifices 17 augmenterait, les cendres formées fon- draient et il se produirait une zone doscories en dessous des ori- fices 17, Au moyen des orifices 20, la chaleur est répartie aussi bien horizontalement que verticalement, et on obtient une meilleure composition du gaz ot une répartition plus uniforme des cendres, En outre, aux orifices 20, le combustible est brûlé de la façon la plus intensive près de la paroi du haut-fourneau, et le parcours du combustible vors l'extérieur ot vers le bas est augmenté de telle.
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façon que la mousse do for s'étend bien sur touto la section du haut-fourneau.
Il en résulte que le volume du combustible est di- minué ot la volume de la mousse ost augmenté, co qui fait quo la mousse tombe à l'extérieur on diroction de la périphérie lorsque los prises do gaz 18 sont atteintes, Aux prises de gaz la descon- te rapide antérieure do la chargo est ralentie par suite de la grande largeur do la cuve.
Par cotte augmentation dé la section do la cuve on obtient d'une part uno durée de réduction finale accru pour la mousse, ce qui est désirable, car la réduction s'effectue considérablement plus lentement après qu'environ 70 à 80% de l'oxygène du minorai ont disparu, et d'autre part, la fai- ble vitesse du gaz sortant des prises de 'gaz 18, ce qui signifie que lorsque le gaz, qui arrive à grande vitesse du haut-fournecu, est dévié pour venir sortir par lesprises de gaz, sa vitesse diminue en même temps, co qui fait que les particules de poussière sont séparées, suivant le principe des séparateurs "cyclone".
Le gaz sera donc prélevé aussi pur que possible c'est-à-dire que la priso de gaz constitue un premier piège à suie efficace, le haut- fourneau ayant le bénéfice do cotte suie séparée,
Dans la combustion de combustible contenant des ma- tières goudronneuses, comme le charbon, la règle est que la matiè- re originelle des goudrons, que l'on peut désigner ici schématique- ment, au point de vue chimique par CH2, sa décompose en un produit gazeux CH(2 +x)et un produit goudronneux CH (2 - x) le premier comprenant, selon la valeur do x, les séries de H2 et CH4 jusqu'aux hydrocarbureslourds; ot ces derniers .comprenant la série des huiles fluides jusqu'aux goudrons de plus 'en plus lourds et finalement jusqu'au brai.
En outre, la charbon contient une certaine quantité de CO et de C et sa formu sera approximativement
Cm + COn + (CH2)y Donc si du charbon est brûlé avec peu d'air, il se forme des hui- les mouillantes}' ou des goudrons. Si la quantité d'air est quelque pou augmentée il se forme de la suie qui obstrue le haut-fourneau.
Toutefois, si la quantité d'air est assez grande, on obtient un gaz pur, sans goudron, ni suio.
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Le goudron du charbon, doit donc être brûlé entière ment pour obtenir un gaz pur et éviter des pertubations dans le fonctionnement du fourneau.
En dessous do la partie supérieure du haut-fourneau se trouvent les étalages., 3, qui reçoivent leur gaz par en des- sous, c'est-à-dire que la mousse réduite dans le haut est ren- contrée par de l'oxyde de carbone pour (CO) fraîchement formé à partir du coke du creuset et par suite sera bien "carburée".
Ceci demande du temps, car la réduction finale s'effectue len- tement.
En dessous des étalages se trouve la chapelle 5 du creuset qui oblige le gaz ascendant et la mousse descendante à se rencontrer au centre du fourneau. La mousse fond alors et le fer et la mousse filtrent à travers une couche chaude de charbon sans venir en contact avec la partie oxydante de la flamme for- mée sous la chapelle du creuset. Ceci empêche la ré-oxydation de la mousse. Egalement l'élimination de soufre 'devient ainsi extrêmement efficace. Si l'on renonce à l'élimination efficace du soufre,le haut-fourneau peut également être prévu avec des étalages et un creuset selon la section classique de haut-four- neau, la fonction fondamentale du haut-fourneau reste la même.
Le creuset est muni, dans la chapelle 5 en forme ,de voûte, d'une fente annulaire à air 23 de sorte que l'air, ,dès son entrée, rencontre une grande quantité de charbon, et il se forme alors de l'oxyde de carbone (CO). La fente à air 23 est dirigée obliquement vers le bas, c'est-à-dire, que dans, ce cas, le principe de l'écoulement unique est utilisé, donnant une répartition plus avantageuse de la température entre les matiè- res et les gaz que ne le fait le principe de contre-courant.Le fort élargissement du fourneau en dessous de la chapelle du creu.. set oblige le charbon à rester longtemps dans la zone de combus- tion, ce qui est nécessaire pour atteindré une température vou- lue pour la fusion des matières non combustibles.
Comme la plus grande partie de la quantité totale d'air est nécessaire pour la combustion dans la partie supérieu- re du haut-fourneau, la chambre de fusion ne reçoit qu'une quan- tité d'air relativement petite, qui s'élève normalement à en- viron 30 % de la quantité d'air fournie a creuset dans un haut- fourneau ordinaire. La raison qui fait que cet:be petite quantité d'air est suffisante est que cet air n'est utilisé que pour la fusion de fer déjà chauffé 'et carburé, c'est-à-dire que la fonc-
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tion du creuset peut être très exactement comparée à celle du cubilot.
Donc, ce haut-fourneau fonctionne, dans l'ensem- ble, de telle façon qu'il brûle d'abord le goudron du com- bustible puis le coke ainsi formé, tandis qu'un générateur ordinaire brûle toujours le coke d'abord et distille ensui- te le goudron.
Le fonct,ionnement du four a été expliquée ici en relation avec la description dtun haut--fourneau. En prin- cipe le fourneau fonctionne de la même façon s'il est uti- lisé comme four de fusion ou comme cubilot. Les variantes à apporter concernant la composition de la charge, les quantités d'air nécessaires, etc... sont complètement évi- dentes pour un spécialiste de la technique et il est inuti- le d'y revenir plus en détail. On mentionnera simplement le fait que, quand on utilise le four comme haut-fourneau environ 35 % de la quantité d'air totale doivent être in- troduits dans la chambre de fusion, tandis que lorsque le fourneau fonctionne comme four de fusion, seulement 15 % environ de la quantité totale d'air doivent être introduits dans la chambre de fusion.
Le fourneau, tel qu'il a été représenté sur le dessin, est muni d'un creuset dans lequel pratiquement toutes les matières carbonées de la charge sont brûlées.
Il est dans le cadre de l'invention de supprimer ledit creuset et de soutirer du fond du four un produit contenant une quantité considérable de matière carbonée. Par exem- ple, le four peut être chargé avec du charbon, une quanti- té désirée de gaz peut être prélevée à travers les prises de gaz tandis que le carbone qui reste du charbon est reti- ré sous forme deoke du fond du four.
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