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"Perfectionnement aux fours à sole et procédé ' de fusion dans ces fours".
La présente invention a pour objet un per- fectionnement aux moyens de chauffage, et à la manière .de les mettre en oeuvre sélectivement, d'une sole de fusion et, plus spécialement, un perfectionnement des fours à sole et de la marche à suivre pour procéder à une opération de fusion à l'intérieur de ceux-ci.
Lorsqu'on utilise des fours à sole pour la fabrication de l'acier, on emploie couramment à l'heure actuelle deux procédés. L'un d'entre eux consiste à placer sur la sole du four tous les matériaux ferreux, tels que des riblons d'acier, de la ferraille, de la fonte brute, etc... à l'état solide, et à soumettre ladite charge à l'action des
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produits de la combustion en vue de la faire fondre. 1.'autre procédé employé couramment consiste à prendre, pour préparer la charge placée sur la sole, des proportions variées de riblons de fer solides et de fer fondu tel qu'on l'obtient en utilisant un haut fourneau, ou tout autre appareillage de fusion du fer.
Quelque soit le procédé utilisé, les matériaux ferreux solides doivent être chauffés à des températures de beaucoup supérieures à leur point de fusion et on y arrive d'habitude en faisant pas- ser de la manière courante avec les fours à sole, une flamme constitué'!' par les produits de la combustion à température éle- vée au-dessus de la sole, ainsi que sur la charge de métaux ferreux à fondre. On obtient en général ces flammes à tempéra- ture élevée grâce aux principes bien connus de la récupération.
On sait depuis longtemps que cette manière d'utiliser le combustible pour la chambre de fusion d'un four à sole à un faible rendement thermique global. Ceci est évident si l'on considère la quantité de chaleur nécessaire pour la fusion de l'unité de:poids de matériaux métalliques par rapport à la quantité totale de chaleur effectivement consommée pour provoquer la fusion d'une charge donnée. On admet en général que, lors de la fusion d'une charge donnée de riblons et de fonte par les procédés classiques utilisés avec les fours à sole à récupération, le rendement thermique global obtenu est seule- ment de l'ordre de 22 à 28
On a fait récemment diverses tentatives en vue d'augmenter le rendement thermique des fours à sole.
Un des procédés les plus prometteurs est le procédé par addition d'oxygè- ne et de combustible qui comporte, en gros, l'injection d'un combustible liquide associé à de l'oxygène très pur à l'aide d'un brûleur commun monté à l'intérieur du fourneau de façon à diriger la flamme constituée par les produits de la combustion dudit combustible au voisinage immédiat ou sur la charge de ma-
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tières solides placée sur la sole de fusion.
On trouvera une étude sur le procédé par addition d'oxygène et de combustible et les brûleurs correspondants dans l'article intitulé "Oxy-
Fuel Processus" commençant à la page 67 du numéro de février
1961 de la revue "Iron and Steel Engineer", Dans le procédé par addition de combustible et d'oxygène, le brûleur correspon. dent occupe une position fixe et passe à travers la voûte en matière réfractaire du four, de façon que la flamme de ce der- nier soit dirigée verticalement de haut en bas de manière à venir lécher la charge de matières solides placée juste au- dessous du brûleur.
Dans certains cas, le brûleur est monté de manière à pouvoir se déplacer dans le sens vertical si bien qu'on peut élever ou abaisser ce brûleur de manière à régler la distance de la flamme de ce dernier par rapport à la charge de matières solides placées sur la soif de fusion, Ce déplacement du brûleur dans le sens vertical ne s'est pas avéré très inté- ressant étant donné qu'il faut qu'il y ait toujours une distan- ce suffisante entre l'extrémité du brûleur et la surface de la charge de matières solides pour permettre un mélange de l'oxygène et du combustible suffisamment intime pour fournir une flamme ayant des caractéristiques avantageuses.
Il est possible, avec un réglage approprié du rapport oxygène-combustible et de la vitesse de ces derniers, d'obtenir par la combustion une'flamme ayant une température de l'ordre de 2200 à 25000 C.
Quand une flamme aussi chaude arrive di- rectement sur la charge de matières solides froides, la vitesse de transfert de la chaleur à ces matières solides est excep@ ion- nellement rapide, de sorte que ces matières solides atteignent rapidement leur point de fusion.
On n'obtient toutefois, dans la pratique, ce rendement thermique élevé que pendant un laps de temps très court parce que, lorsque le brûleur est monté de la manière indiquée, la flamme est dirigée seulement sur la
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faible partie de la charge qui est juste au-dessous du brûleur à combustible et oxygène, avec comme conséquence la formation d'une dépression semblable à un cratère dans la charge de matiè. res solides, tandis que les matières voisines constituant les parois d'une dépression de ce genre restent à une température relativement basse par rapport à celle des matières fondues.
Il est évident que le procédé par addition de combustible et d'oxygène tel qu'il était connu avant la présente invention a un rendement limité quand on l'utilise dans un four à sole, et on a observé, d'une manière générale, qu'il n'est pas satisfaisant pour les raisons suivantes la formation d'un bain de métal liquide dans la dépression en forme de cratère provoque une nette diminution de la vitesse de fusion étant donné que la vitesse d'absorption de la chaleur par la masse de métal diminue considérablement. Il en résulte que le bain fondu et les métaux à l'état solide réfléchissent la chaleur intense produite par la flamme en direction du re- vêtement réfractaire du four avec les détériorations de ce dernier qui en sont la conséquence.
Par ailleurs, puisque le brûleur est fixe, le point d'arrivée de la flamme par rapport aux garnitures réfractaires du four est fixe, provoquant ainsi une attaque et des dommages permanents à une portion donnée de la structure du four, d'où il résulte qu'une utilisation fré- quente du brûleur fixe à oxygène et combustible contribue à la destruction prématurée du revêtement réfractaire du four.
De plus, étant donné que les brûleurs à oxygène et combustible sont disposés de façon que la flamme atteigne les matières so- lides dans une zone située au-dessous desdits brûleurs et à la verticale de ceux-ci, lesdites matières solides étant mises en place par l'intermédiaire d'un orifice de chargement ou d'une porte associée et, en particulier par les orifices de chargement ou les portes au voisinage immédiat des extrémités du
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four, lesdites flammes de combustible et d'oxygène réagissent sur la flamme arrivant en provenance des brûleurs d'extrémité de manière à subdiviser ou fractionner la flamme en provenance de ces derniers.
Quand cela se produit, la flamme ainsi sub- divisée en provenance du brûleur d'extrémité est détournée vers les garnitures réfractaires des parois latérales du four, ce qui entratne une diminution du rendement thermique de la flamme en provenance des brûleurs d'extrémités et cause des dommages aux garnitures réfractaires des parois latérales.
Pour essayer de remédier aux difficultés ci-dessus provenant de l'interaction des flammes, on a conçu et utilisé le brûleur à combustible et oxygène de manière à réaliser le mélange du combustible et de l'oxygène après leur éjection à très grande vitesse du brûleur, de façon à obtenir un cône de flamme de diamètre aesezfaible. Ce procédé, bien que remédiant en partie à l'inconvénient signalé, n'élimine pas complètement les difficultés résultant de l'interaction des flammes; on a observé, au contraire qu'il augmente l'ampleur des dépressions gênantes en forme de cratère au sein de la charge solide, puisqu'une région plus restreinte de la charge est en contact avec le cône de diamètre plus réduit de la flam- me ainsi obtenue.
Dans certaines installations de fours à sole classiques à récupération, on a fait passer verticalement à travers la voûte du four plusieurs brûleurs fixes à combus- tible et oxygène très rapprochés les uns des autres dans le sens de la longueur du four, dans le but de compléter la source de chaleur normale et de réaliser un recouvrement substantiel des flammes sur à peu près toute la longueur de la charge de matières solides sur la sole de fusion, pour essayer de réali- ser une fusion à peu près uniforme de la charge.
On a observé, dans les cas de ce genre, que la quantité totale de chaleur
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fournie par les brûleurs est de beaucoup supérieure à la limi- te de résistance des garnitures réfractaires du four, Par ailleurs, lorsqu'on réduit la quantité de chaleur fournie par chaque brûleur de manière à diminuer le dégagement total de chaleur afin de protéger les garnitures réfractaires, le ralentie sement résultant de la vitesse de chauffage et de fusion de la charge de matières solides va à l'encontre du but recherché en espaçant d'une faible quantité les brûleurs verticaux.
Bien que la discussion ci-dessus constitue plutôt une critique des procédés connus d'utilisation des fours à sole, on doit aussi se rendre compte qu'il est pratiquement impossible, avec n'importe quel procédé de fusion sur sold de réaliser une répartition uniforme en poids et en volume de la charge de matières solides froides sur la surface de la sole par les procédés de chargement classiques. Par conséquent, il est très souhaitable, du fait de l'épaisseur irréguilière. de la charge à froid, de prévoir des moyens de régler le débit de combustible en fonction de la charge, de manière à soumettre sélectivement les zones de forte épaisseur à une exposition plus longue à la flamme que les autres zones.
Bien que cet inconvénient d'une répartition inégale de la charge et de l'ab- sence d'un réglage sélectif de l'action de la flamme sur celle- ci soit connu depuis le début des procédés de fusion sur sole et soit associé à un faible rendement thermique, personne n'a trouvé, antérieurement à la présente invention un remède à l'inconvénient existant concernant la fusion sur sole décrite ci-dessus.
Un premier objet de la présente invention, est l'obtention d'une action sélective de la flamme sur des zones prédéterminées de forte épaisseur d'une charge de matiè- res solides déposées sur une sole de fusion.
Un second objet de la présente invention
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est la détermination sélective de la zone d'action d'une flam- me verticale sur une charge de matières solides déposées sur une sole de fusion de manière à améliorer les rendements ther- miques de l'opération de fusion,
Un troisième objet de l'invention est la réalisation d'un four à sole comportant plusieurs brûleurs à combustible verticaux et alignés, réglables dans le sens de la longueur de four de manière à faire varier sélectivement la zone d'action de la flamme résultant de la combustion dudit combustible sur la charge de matières solides à fondre.
Un autre objet de la présente invention est la réalisation d'un four à sole comportant plusieurs brûleurs de combustible verticaux écartés les uns des autres, montés de manière à traverser, tout en étant orientés vers le bas, la voûte du four, chacun de ces brûleurs verticaux com- portant un support mobile permettant des déplacements horizon- taux, lesdits supports mobiles étant conçus de manière à per- mettre un déplacement horizontal prédéterminé en réponse à des moyens de commande, de manière à ajuster la position des brûleurs verticaux par rapport à la charge, afin de déplacer la zone d'action de leur flamme d'une partie à l'autre de la charge à fondre.
Encore un autre objet de la présente in- vention est la réalisation du chauffage de riblons dans un four à sole en utilisant l'action directe d'une flamme verti- cale produite par plusieurs brûleurs montés de manière à tra- verser verticalement la voûte du four et à permettre ainsi un déplacement prédéterminé desdits brûleurs de façon à dé- placer sélectivement la zone d'action directe de la flamme verticale produite par ceux-ci vers différentes portions de la charge et à rester sélectivement l'afflux de combustible aux brûleurs en question de manière à agir isolément sur chaque
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zone d'action de la flamme verticale d'un ou plusieurs desdita brûleurs, afin de fondra cette charge avec un bon rendement,
La description qui va suivre,
en regard des dessins annexés à titre d'exemples non limitatifs, fera bien comprendre comment l'invention peut être mise en pratique et en fera apparaître d'autres particularités, - la figure 1 est une vue latérale schématique d'une coupe verticale d'un four à sole comportant les particularités caractéristiques de l'invention, - La figure 2 est une vue en plan du four de la figure 1.
- La figure 3 est une vue en plan et 4 une échelle fortement agrandie d'une portion de l'équipement représenté sur les figures 1 et 2.
- La figure 4 est une vue en élévation latérale de l'équipement de la figure 3.
- La figure 5 est une vue en bout et en élévation, ainsi qu'en coupe partielle, de l'équipement de la figure 4.
- La figure 6 est une vue schématique en élévation latérale, après suppression de certaines parties, représentant une autre forme de réalisation d'une portion de l'équipement de la figure 1,
Si l'on se réfère aux dessins ci-annexés, et en particulier à la figure 1, la présente invention est représentée en se reportant à une forme de réalisation bien connue de four 10 à sole et à récupération, lequel comprend une sole 12, des parois d'extrémité 14, des parois latérales 16 et une voûte 18 en matériaux réfractaires, possédant des prises d'air classiques 20.
Comme c'est d'ordinaire le cas, des brûleurs de combustible d'extrémité classiques 22
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font saillie à travers les parois debout 14 opposées, et sont disposés de manière à diriger leurs flammes sur une charge non représentée qui est déposée, à travers des portes ou des orifices de chargement 24 espacés et percés dans une des parois latérales 16, sur la sole de fusion 12.
L'espace- ment des orifices de chargement 24 est tel que la charge de matières solides à fondre peut être déposée et répartie sur la sole de fusion 12 et leurs dimensions leur permettent de recevoir les cuillères de chargement normalisés (non re- présentées), étant entendu que ces orifices 24 sont munies de portes (non représentées) qui sont en général fermées, sauf quand on introduit les cuillères de chargement dans le four ou quand on observe les progrès de la fusion de la char- ge. La répartition de la charge de matières solides est plus ou moins liée aux dimensions et à l'espacement des orifices de chargement 24.
Dans la forme de réalisation représentée, on a disposé un bâti de renforcement 26 dont les dimensions sont à peu près celles du four 10, et on utilise une partie de ce bâti, au-dessus de la voûte 18 comme support pour plusieurs brûleurs 28, 30 et 32 à combustible et oxygène verticaux, écartés les uns des autres, montés de manière à traverser, tout en étant orientés vers le bas, la voûte 18 en passant, respectivement, par des ouvertures allongées fixes 34 36 et 38 d'allumage, ayant une forme sensiblement rec- tangulaire.
Les brûleurs à combustible et oxygène seront, de préférence, du type à mélange ultérieur, comme, par exemple les brûleurs "Linde-AB-3" qu'on trouve dans le commerce, afin d'obtenir la flamme verticale désirée bien qu'on puisse utiliser des brûleurs des types à mélange à la sortie ou à mélange préalable quand la réalisation du brûleur et la vitesse de sor- tie de ce dernier sont suffisantes pour diriger la flamme ver-
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ticalement de haut en bas, comme on l'explique ci-après, de manière qu'elle vienne au contact de la charge de corps soli- des sur la sols'de fusion.
C'est ainsi que le bâti 26 est muni, outre ses poutres transversales normales 40 - 42 et 44 - 46 servant de supports (voir figures 1 et 2) aux extré- mités opposées du four, de poutres transversales écarter 48 et 50 disposées entre les précédentes et fixées aux barres longitudinales supérieures 52 et 54 du bâti 26, au-dessus de la voûte 18.
Les poutres transversales 48 et 50 sup- portent un couple de pièces 56 et 58 en forme de rails, écartées et disposées dans le sens de la longueur de la voûte 18, et conçues de manière à supporter les orifices d'allumage espacés 34, 36 et 38,
Si l'on se reporte aux figures 4 et 5 l'orifice d'allumage 34 y est représenté comme ayant une òrme rectangulaire et comme comportant une paroi creuse destinée à constituer une chambre de refroidissement 35, de telle sorte que lorsqu'on relie une telle chambre, par exemple au moyen de tuyaux 60 et 62 à une source (non représentée) de re- mise en circulation d'un agent de refroidissement, par exemple de l'eau, ledit orifice peut supporter les températures rencon- trées en service.
Tous les orifices 34, 36 et 38 sont construits de manière identique et sont alignés les uns par rapport aux autres, leurs grands côtés étant orientés dans le sens de la longueur de la voûte 18, chacun des orifices d'al- lumage espacés étant, dans la forme de réalisation représentée à peu près à l'alignement par rapport à l'un des orifices es- pacés de chargement associés 24, tandis que les longueurs des ouvertures des orifices 34, 36 et 38 sont à peu près égales aux largeurs des portes ou des orifices de chargement 24.
On se rendra compte, toutefois que les longueurs des orifices d'allumage peuvent varier dans de grandes proportions de manière
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à être plus grandes ou plus petites que la largeur des orifi- ces de chargement. On se rendra compte aussi que dans les cas où, comme dans certaines techniques d'utilisation des tours à sole, on a l'habitude de jeter ou de pousser des parties de la charge dans le sens de la longueur de la sole, de manière à entasser les matières solides d'un côté ou de l'autre d'un orifice de chargement donné, on ajustera la disposition des orifices d'allumage par rapport aux orifices de chargement as- sociés de façon que la flamme atteigne directement les régions où la charge de matières solides est la plus épaisse.
Les orifices d'allumage sont munies de rebords 64 et 66 au contact de leur arête supérieure et qui se prolongent vers l'extérieur (voir figure 5), et qui sont reliés, respective- ment, aux pièces 56 et 58 en forme de rails, grâce à des barres d'accouplement 68 et 70, respectivement, de manière à maintenir en position suspendue d'utilisation les orifices d'allumage à travers la voûte réfractaire 18.
Pour maintenir les br@ûleurs à combustible et oxygène 28, 30 et 32 dans la position verticale, tout en conservant la possibilité de les déplacer à l'intérieur de leurs orifices d'allumage respectifs 34, 36 et 38, chaque brûleur est déplacé et supporté par un chariot mobile 72 qui est monté sur les pièces espacées 56 et 58 en forme de rail. Les chariots 72 sont tous construits de manière identi- que, de telle sorte qu'on se contentera de décrire l'un d'eux représenté par les figures 3, 4 et 5.
Par conséquent, dans la présente forme de réalisation, chaque chariot 72 estconsti- tué par quatre pièces d'angle espacées constituées par des cor- nières 74 qui sont fixées aux angles d'une pièce 76 servant de socle et s'étendant verticalement au-dessus de celle-ci pour aboutir à un châssis 78 rectangulaire constitué par des fers cornières auxquels elles sont soudées. Deux couples die-
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tincts de flasques 80 et 82, sont fixés à la partie infé- rieure de chacun de deux cotés parallèles du châssis 78; des galets à gorge 84 sont fixés, entre ces flasques, de ma- nière à pouvoir rouler sur des chemins de roulement 57 et 59 montés respectivement sur les rails écartés 56 et 58.
Des cornières 86 et 88 (voir figures 4 et 5) sont placées entre les extrémités des cornières d'angle 74, sont soudées à ces dernières et disposées de manière à supporter des flasques
90 et 92 orientés vers le haut, auxquels sont fixées des barres d'accouplement pivotantes 94, et dont l'utilité sera expliquée plus en détail ci-après.
Les barres d'accouplement
94 reliant entre eux les chariots voisins 72 sont raccordées par des tendeurs à vis représentés en 93 sur la figure 2, tandis que les barres d'accouplement d'extrémité 94 des cha- riots 72 situés aux extrémités sont montées de manière à pouvoir glisser dans des pièces guides 95 fixées sur des bar- res transversales espacées 48 et 50, lesdites barresd'ac- couplement d'extrémité 94 étant montées de manière à pouvoir être couplées par l'intermédiaire d'autres tendeurs à vis 97 à des moyens de commande qu'on décrira ci-après, On peut ajus- ter individuellement les tendeurs à vis 93 et 97 de manière à agir sur la liaison entre les chariots ou à séparer un cha- riot donné ou encore à séparer les chariots de l'un oul'autre des moyens de commande.
La plaque d'assise 76 est percée d'un orifice central 96 destiné à recevoir un des brûleurs
28, 30 ou 32 et porte à sa partie supérieure une collerette
98 alignée avec le trou de fix ation et de soutien d'un des- dits brûleurs dans sa position de fonctionnement vertical, A la partie supérieure de chacun de ces brûleurs, les voies de passage (non représentées) de l'oxygène et du combustible sont raccordées par des canalisations souples 100 et 102 (voir figure 2) à des sources appropriées (non représentées)
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fournissant les quantités dosées nécessaires d'oxygène et de combustible destinées à fournir la quantité de chaleur deman- dée.
L'opérateur peut facilement régler individuellement les quantités d'oxygène et de combustible fournies aux brûleurs 28, 30 et 32, de manière à ajuster sélectivement la sono d'action de la flamme de ces derniers, ou même à supprimer sélectivement la zone d'action de la flamme d'un ou plusieurs. des brûleurs verticaux,
On a prévu, comme on le voit sur les figu- res 1 4 et 5, une garniture de matière réfractaire 104 pour chacun des orifices d'allumage 34, 36 et 30, dans le but de conserver la chaleur dans le four 10 et de protéger les chariots 72 de cette chaleur.
Dans la présente forme de réalisation, cette garniture 104 a une forme à peu près rectangulaire et sa largeur est telle qu'elle recouvre l'ouver- ture rectangulaire de l'orifice d'allumage associé, tandis que sa longueur est à peu près le double de la longueur de l'ouver- ture rectangulaire de l'orifice d'allumage associé. La garni. ture 104 est aussi percée d'une ouverture centrale 106 de dimensions lui permettant de recevoir le brûleur associé, et elle est supportée grâce à quatre barres de connexion 108 écartées par la plaque 76 disposée à la partie inférieure d'un chariot 72, laquelle sert à obturer an glissant, la surface supérieure de l'orifice d'allumage associé.
Ainsi, chaque brû- leur disposé verticalement et sa garniture associée pour chacun des orifices d'allumage sont conçus de manière à pouvoir être déplacés en même temps dans le sens de la longueur de l'ouver- ture rectangulaire de l'orifice d'allumage associé quand on dé- place le chariot correspondant par rapport à ladite ouverture, de la manière qui sera décrite ci-dessous.
Si l'on se reporte aux figures 1 et 2, un moyen de commande 110 représenté sous la forme d'un piston
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mû- par un liquide, est monté sur chaque coupla de barres trans.. versâtes 40, 42 et 44, 46 normalement espacées de la char- pente 26, aux extrémités opposées du four 10 au-dessus de la voûte 18, ledit piston (non représenté) étants relié par 1* intermédiaire du tendeur. vis associé 97 à la barre 94 d'accouplement d'extrémité du chariot 72 adjacent d'extrémité.
Les pistons 110 sont montés en opposition et sont couplés, dans la pratique,de manière à être excité. dans des sens oppo- sés par une source d'énergie convenable (non représentée) afin de provoquer un déplacement simultané orienté et prédéterminé des divers chariots espacés et interconnectés 72 dans le sens de la longueur du four, en vue de déplacer en même temps les brûleurs à combustible et oxygène 28,30 et 32, ainsi que les garnitures 104 dans un sens ou dans l'autre, le déplacement desdits brûleurs s'effectuant dans le sens de la longueur et dans les limites de leurs orifices d'allumage rectangulaire respec- tifs.
Si l'on a représenté deux ensembles de commande 110, bien qu'il soit évident qu'un seul de ces ensembles suffis* en fait, pour provoquer le déplacement déterminé à l'avance des chariots interconnectés 72, c'est surtout par mesure de sécu- rité, en cas de mise hors d'usage de l'un de ces ensembles.
Il peut y avoir avantage, dans certains cas, à faire rouler un des chariots d'extrémité 72 indépendamment de l'autre couple de chariot, auquel cas le chariot 72 choisi est séparé du chariot 72 voisin au moyen du tendeur à via 93, tandis que l'on se sert alors de l'ensemble 110 de commande associé pour déplacer seulement le chariot 72 choisi,
opérateur peut facilement régler à distance la course du piston (non représentée de cha- cun des ensembles 110 de manière à commander la longueur et la sens du déplacement du chariot 72 considéré et( par conséquente le déplacement simultané des brûleurs à combustible et oxygène ainsi que des garnitures transportés par ces derniers par rap-
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port aux limites, dans le sens de la longueur, des orifices d'allumage rectangulaires associés à ces derniers, un change- ment représentatif de la position du brûleur 28 étant indiqué par les contours en trait mixte de la figure 4.
En fonctionnement normal, les matériaux ferreux solides constitués par des riblons d'acier-, de la fer- raille et de la fonte sont normalement chargés dans le four 10 en quantités croissantes à l'aide de cuillères de chargement bien connues (non représentées) qu'on fait passer à travers les orifices de chargement 24 de manière à entasser des ma- tières solides sur la sole 12, On commence habituellement par placer dans le four une fraction déterminée de la charge finale de riblons d'acier;
il y a lieu de noter que la plus grande partie de cette fraction de la charge se trouve néces. sairement, étant donnéees les dimensions limitées des orifices de chargement 24, à proximité de ces orifices de chargement, mais répartie d'un bout à l'autre de la sole, à peu près à l'alignement avec ces orifices. Il convient également d'obser- ver que les extrémités des brûleurs 28, 30, et 32 à com- bustible et oxygène sont au voisinage immédiat de la voûte du four, de sorte que, bien qu'ils soient à l'alignement par rapport aux orifices de chargement associés, ils ne gênent pas les mouvements des cuillères de chargement à travers les ori- fices de chargement.
Dès qu'on a commencé le. chargement de la fraction prédéterminée de la charge froide de riblons d'acier sur:'la sole 12, on allume un des brûleurs d'extrémité 2 el'on alimente ce dernier en combustible par une source de ravitaillement (non représentée) avec un débit prédéterminé ( ( de manière à maintenir l'ensemble du four à température élevée, tandis qu'on allume ensuite alternativement les brûleurs 22 en conformité avec l'inversion normale des cycles de récupéra-
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tion du four à sole.
Une fois qu'on a mis en marche lee brû- leurs d'extrémité 22, on alimente en oxygène et combustible les brûleurs 28, 30 et 32 à combustible et oxygène, avec un débit prédéterminé de manière qu'ils sortent de ces derniers, sous la forme d'une flamme verticale dégageant une chaleur in- tense arrivant sur la charge solide juste au-dessous des brû- leurs verticaux correspondants.
Lorsque la portion de la charge au-dessous de la zone atteinte par la flamme verticale s'échauffe et que la masse de ladite portion est réduite dans un rapport prédéterminé, on met en actionnes ensembles de manoeu- vre 110 de manière à déplacer en même temps dans le sens de la longueur de la voûte du four les chariots 72 interconnec- tés, afin de déplacer les garnitures 104 et les brûleurs à combustible et oxygène qu'ils supportent dans le sens de la longueur des orifices d'allumage à partir d'une position cen- trale par rapport à ces derniers vers l'une ou l'autre des positions représentées par le dessin en trait mixte de la figure 4 ou des positions intermédiaires entre celles-ci,
de manière à diriger la zone d'action de la flamme verticale sur une autre position de la charge de matières solides déposée sur la sole.
On poursuit périodiquement ce déplacement dans le sens de la longueur des brûleurs à combustible et oxygène de manière à déplacer la zone d'action de la flamme sortant des brûleurs ver- ticaux sur la charge entassée sur la sole afin de soumettre pro- gressivement et sélectivement pratiquement la totalité de sa surface à l'action directe de la flamme verticale, de manière à chauffer et à réduire très rapidement le volume de l'ensemble de la charge, avec un rendement thermique résultant élevé.
On doit se rendre compte que le déplace- ment des brûleurs verticaux est commandé par l'opérateur res- ponsable du four, et que ce déplacement n'est pas un mouvement continu, mais est commandé de manière à réaliser en un point
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particulier le chauffage et une fusion partielle, Cesréductios du volume ou fusions partielles sont limitées à une valeur juste suffisante pour empêcher la formation de cratères dans la charge, après quoi l'on déplace les brûleurs verticaux de manière à diriger la zone d'action de la flamme verticale sur une autre portion de la charge, de sorte que le chauffage et la réduction du volume global avec une fusion légère ou partielle de la char- ge soient continua, tout en conservant un rendement thermique élevé.
Lorsqu'on chauffe la charge initiale tout ¯ en réduisant son volume de la manière décrite, on ajoute pro- gressivement des quantités supplémentaires de matières solides par les orifices de chargement 24, au moyen des cuillères de Chargement, Dans les cas de ce genre, on agit en même temps sur les chariots 72 de la manière décrite ci-dessus de façon à déplacer les brûleurs verticaux à combustible et oxygène d'un coté ou de l'autre par rapport aux orifices de chargement, de façon à ne pas interrompre l'action de la flamme sur la charge lorsque la cuillère de chargement pénètre dans le four et qu'on ajoute la quantité supplémentaire de matières solides froides sur la sole de fusion.
En déplaçant de cette façon la zone d'action de la flamme, on diminue la masse de la charge froide de façon d@ minuer de manière à peu près uniforme la surface de cette masse sans y créer de dépressions en forme de cratère, ladite réduction du volume de la charge associée à une fusion partielle donnant la pos ibilité, grace la fusion superficielle partielle plus rapide et à peu près uniforme, d'obtenir plus rapidement de la place pour procéder auxdits chargements addi- tionnels de riblons froids sur la sole de fusion.
Comme exemple particulier de fusion dans un four à sole réalisé et exploité selon la présente invention et construit de manière semblable à celle représentée dans les dessins ci-annexés, on peut citer un four à récupération équipé
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de trois orifices de chargement 24 et de trois brûleurs verti- caux à oxygène et combustible qu'on fait fonctionner en utili- sant le procédé de la charge froide, tous les matériaux ferreux étant chargés à l'état solide, Une charge de ce genre a, par exemple, dans un four donné, un poids total de 172 t dont 122t sont constituées par des riblons d'acier et 50 t par de la fer- raille et de la fonte.
On charge les riblons d'acier avant d'a- jouter la fonte, la charge étant ajoutée ensuite par fractions successives au fur et à mesure de la réduction des dimensions de la masse solide, à cause des dimensions limitées de la sole de fusion. Pendant toute la période de chargement, le four est chauffé successivement à l'aide des divers brûleurs classiques d'extrémité 22 par un courant de combustible conformément aux inversions normales des cycles de récupération, ces brûleurs tour.
nissant en permanence 15.120.000 kcal/h. Quand on a mis en place la charge initiale, on allume les brûleurs verticaux à . foire combustible et oxygène de manière à leur/ débiter au total 10,080.000 kcal/h qui s'ajoutent à la chaleur fournie par les brûleurs d'extrémité, ce qui permet d'obtenir un débit total de
25.200.000 kcal/h.
Les brûleurs à dombustible et oxygène (appelée parfois brûleurs "mobiles") sont déplacés de la ma- nière décrite ci-dessus d'un point à un autre par rapport à la surface de la charge, de façon à soumettre sélectivement diver- ses portions de la charge de riblons d'acier à l'action directe de la flamme verticale d'un bout à l'autre de la charge totale des matières à l'état solide du four, constituées par des ri- blons d'acier.
En procédant à 130 chaudes du tonnage indiqué et en chargeant les matières solides à la cadence d'environ
55 t à l'heure, on réalise la fusion de la partie de la charge constituée dans la mesure désirée et obtenue en général, avant de procéder aux additions de ferraille en un temps moyen de
3 heures et dix minutes en fournissant. en moyenne, pendant ce temps environ 80.000.000 de kilocalories. Là, où l'on cite
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ou bien 3.
'on a cité dans le présent document la fusion des riblons d'acier avant de procéder aux additions de ferraille, il est bien entendu que nous donnons au terme "fusion" le sens d'opération normalement effectuée dans la pratique couran- te des fours à sole et consistant à réduire les riblons d'acier en une masse compacte très chaude presque à l'état fondu mais dont seulement une petite fraction est effectivement fondue.
Cette circonstance est souhaitable si l'on veut effectivement ramener le volume important de la charge de riblons froid à une masse compacte chaude de manière à permettre d'y ajouter plus rapidement des charges froides complémentaires. On peut arrê- ter le fonctionnement des brûleurs verticaux à combustible et oxygène après la fusion des riblons d'acier et quand on ajoute de la ferraille dans le four, étant donné que c'est la période pendant laquelle la présente invention présente le plus d'in- térêt pour l'amélioration du rendement thermique des opérations effectuées au four à sole.
Cependant, si on le désire, on peut continuer à utiliser les brûleurs verticaux pendant le charge- mont des additions de ferraille de manière à faciliter la liqué- faction complète de la totalité de la charge de matières soli- des froides.
On a observé, par opposition aux résultats obtenus avec le four objet de la présente invention, que dans le môme four, mais sans l'avantage ou l'utilisation de l'ac- tion de la flamme verticale fournie par les brûleurs verticaux mobiles à oxygène et combustible, qu'en procédant à 130 chaudes de môme tonnage et comprenant les mêmes matériaux dans les ro- portions indiquées, le temps moyen nécessaire pour transformer les riblons d'acier en une masse compacte très chaude était de quatre heures et vingt minutes avec une vitesse de chargement de 39,81 tonnes à l'heure, un tel chauffage nécessitant, en moyen ne. la fourniture d'une quantité totale de chaleur égale à
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92.850.000 kcal.
On voit ainsi quel 'utilisation de la présente invention permet, par rapport aux techniques normalisas anté- rieures d'utilisation avec récupération des fours à sole dans le but de réduire les riblons d'acier volumineux en la masse chau- de compacte souhaitée, d'obtenir un accroissement de l'ordre de 14 % du rendement thermique global, avec une augmentation de la vitesse de chargement des riblons d'acier à l'état solide d'environ 36% qui donne lieu à une augmentation à peu près proportionnelle de la capacité unitaire de production d'acier du four.
Dans la pratique on utilise en général les brûleurs verticaux à combustible et oxygène de la manière indi- quée ci-dessus conjointement avec les brûleurs d'extrémité, de manière à réaliser une réduction rapide et efficace du volume de la portion de la charge totale constituée par des riblons d'a- cier. On peut en général réduire efficacement le volume de la portion de la charge constituée par de la ferraille grâce à la chaleur de la masse fortement chauffée de riblons d'acier et à la chaleur dégagée par le fonctionnement desbrûleurs d'extrémité dont l'alimentation peut être augmentée pendant la réduction du volume occupé par les additions de ferraille.
Il est, naturelle" ment évident qu'au lieu d'ajouter la portion de la charge consti- tuée par de la ferraille sous forme de matières solides froides, on peut l'ajouter sous forme de métal chaud après l'opération consistant à réduire le volume des riblons d'acier de la manière décrite ici, auquel cas, il ne serait pas nécessaire de conti- nuer à faire fonctionner les brûleurs verticaux lorsqu'on charge ce métal chaud sur ,la sole,
Bien qu'il ait été question ci-dessus des rendements obtenus lorsqu'on procède à une réduction rapide du volume des riblons d'acier quand on utilise les brûleurs verti- caux de la manière décrite, les brûleurs mobiles ont un avantage
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supplémentaire,
à savoir qu'on peut les déplacer dans le sens de la longueur du four en les écartant de la flamme des brû- leurs d'extrémité allumés pendant une période donnée du cycle de récupération, de manière à réduire ainsi les perturbations apportées par la flamme verticale venant en contact avec la charge au parcours et au comportement de la flamme des brûleurs d'extrémité.
De plus, en réalisant un déplacement simultané des garnitures 104 et des brûleurs verticaux à combustible et oxygène qui leur sont associés, les ouvertures des orifices d'allumage rectangulaires au travers desquels passent ces brû- leurs sont couvertes en permanence de manière à limiter les pertes de chaleur par ceux-ci et à empêcher les courants d'air ascendants à travers ceux-ci et l'usure par érosion ainsi que la déformation de la flamme qui en résultent, tout en proté- geant l'équipement qui se déplace au-dessus de la voûte du four.
Bien que la présente invention ait été décrite en se référant à un four à sole comportant trois orifi- ces de chargement et trois brûleurs verticaux à oxygène et combustible, il;est évident qu'on peut faire varier leur nombre en-fonction des dimensions du four et de la longueur de la charge placée sur la sole qu'on désire soumettre à l'action di- recte de la flamme verticale. Il est aussi évident que l'opéra- teur peut régler la marche des brûleurs verticaux à oxygène et combustible, en éteignant un ou plusieurs de ces brûleurs ou bien en réglant les débits de l'oxygène et du carburant alimen- tant un ou plusieurs de ces brûleurs de manière à régler la quantité de chaleur qu'ils fournissent à la charge.
La commande des déplacements et le fonctionnement des brûleurs verticaux est en général effectuée par l'opérateur après examen visuel de la masse fondue à travers les orifices de chargement quand on ajoute des quantités de matière supplémentaire à la charge qui se trouve sur la sole de fusion bien que, dans la pratique réelle, on déplace les brûleurs verticaux d'un côté ou de l'autre tout
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instant au cours d'une opération de chargement suivant la di- rection de décharge des cuillères de chargement dans le four.
Par l'emploi de l'invention, on augmente considérablement le rendement thermique de la période corres- pondant à la fusion du four à sole, ce qui entraîne une réduc- tion de la durée de l'opération de fusion sans usure ni éro- sion excessive des garnitures réfractaires du four, ce qui a pour conséquence une augmentation de la production du four, tout en réalisant dans l'ensemble des économies sur le prix de revient, Bien que la présente invention ait été décrite ici en se référiant à un four à sole, et, plus particulièrement à un four à récupération,
il doit être évident que la présente inven- tion est applicable à n'importe quel procédé de fusion sur sole dans lequel un ou plusieurs des brûleurs mobiles peuvent être mis en place de manière à amener la zone d'action de la flamme verticale directement sur la masse de matières solides et dans lequel on peut manoeuvrer le brûleur mobile de manière à l'a- mener dans des positions prédéterminées en vue de déplacer sé- lectivement la zone d'action de la flamme de celui-ci sur diffé- rentes portions de la charge de matières solides, pour obtenir une réduction rapide et effective du volume de cette dernière,,
Il convient d'observer en outre que lors- qu'on se sert de plusieurs brûleurs verticaux,
il peut y avoir avantage à agir sur chaque brûleur isolément de manière à déter- miner sélectivement la zone d'action de sa flamme sur la charge de matières solides au lieu d'agir en même temps sur tous ces brûleurs. Dans ce cas, chaque chariot peut être relié indi- distinet viduellement à un mécanisme commandant son mouvement, ou bien on pour peut associer /Les manoeuvrer en même temps les chariots de manière à réaliser une combinaison déterminée à l'avance, Ou a représenté ainsi sur la figure 6, un mécanisme de raccorde- ment qu'on peut utiliser pour déplacer indépendemment les uns des
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autres le::
i divers chariots, ci, pour déplacer différentes com- binaisons de ce-3 chariots, ou déplacer simultanément leur en- semble.
Ainsi qu'on le voit sur la figure 6, on se sert de trois chariots Mobiles 112, 114 et 116 comme
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d-sns la forme de réalisation dus figures 1 et Pans cette forme do réalisation, le chariot 112 est muni d'une barre
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d'accouplement lift dh;p ::ife de manière à être reliée par un, tendeur à via 1?0 à l'extrémité de la tiga 122 du piston d'un mécanisme de col.,lnande 1¯4, en observant que la tige 122 . 1'11.:.>:;e 4 travers la pièce de guidage 126, L'autre barre d'accou- pi ment 12e du chariot 13 2 est disposée do manière à être reliée par l'intermédiaire du tendeur A vis 130 à la barre d 'accouplement 15,? du chariot 114e dont l'autre barre d'accouplement est dpuse de 1IJnulè:t'e .1 être reliée par le tendeur à vis 136 à la barre d'ac- coup3ett)ent J8 du chariot 113.
De marne, l'autre barra d'accouple- Ment 140 du chariot llu est conçue de manière à pouvoir tore re¯ lie'la par le tendeur fi vis D,2 à la tige 144 du piston du mecanis- ne de commande 146, ladite tige de piston 144 étant disposée de manière à pouvoir coulisser dans la pièce de guidage 148 Dons ce cas, la tige 144 est invariablement liée à une autre barre
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d 'accouplement 150,
montée de Maniera à pouvoir coulisser gaz tin- t/'leur de la pièce de 152 fixée à la'partie sup<5- rieure de la pièce de guidage l'autre extrémité de la barre d'accoupleront 150 étant disposée de manière à pouvoir être relire par l'intermédiaire du tendeur à vis 154 à la barre
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&accouplement 134 du chariot 114, L'autre barre d'accouple- 'ment 136 du chariot 114 et ainsi disposée de manière à
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être rfliee pnr l'intermédiaire du tendeur à vis 15Ü à la tige 158 du piston d'un troisième ensemble de commande 160,
en o b s ervant que la
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tige 158 du piston est montée de manière à pouvoir coulisser à l'intérieur d'une pièce de guidage 162 fixée à la partie supérieure de la pièce de guidage 126.
Si l'on désire, avec le mode de réalisa- tion représenté sur la figure 6, déplacer simultanément les chariots 112, 114 et 116 et utiliser deux des moyens de commande 124 et 146, il suffit alors d'agir sur le tendeur à vis 156 pour séparer la tige 158 de piston de la barre d'accouplement 132, Si l'on désire déplacer isolément le chariot 116 et déplacer ensemble les chariots 112 et 114, on agit sur les tendeurs à vis 156, 154 et 136 de manière à les mettre en position de désaccouplement tandis que les tendeurs à vis 120, 130 et 142 restent en position d'ac- couplement.
Si l'on désire déplacer isolément le chariot 112. et déplacer ensemble les chariots 114 et 116, on peut alors mettre seulement les tendeurs à vis 156 et 130 en position de désaccouplement, les autres tendeurs à vis 120, 136, 154 et 142 restant en position d'accouplement de la manière re- présentée. Toutefois, si l'on désire déplacer isolément chacun des chariots 112, 114 et 116, on amène alors les tendeurs à vis 130, 154 et 136 dans leur position de désaccouplement avec les tendeurs à vis 120,156 et 142 en position d'ac- couplement, grâce à quoi le mécanisme 124 de commande règle les déplacements du chariot 112, le mécanisme 160 de com- mande règle les mouvements du chariot 114 tandis que le mécanisme 146 de commande règle les déplacements du chariot 116.
Ce qui précède constitué un exposé des divers modes d'in- terconnexions débruyables qu'on peut réaliser avec plusieurs chariots mobiles dans les cas où l'on souhaite déplacer isolé- ment l'un quelconque ou la totalité de ces chariots mobiles, tout en observant que pour désaccoupler les diverses barres d'accouplement on peut, soit les uéparer, en les dévissant, de
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leurs supports à pivot 90 ou 92 (voir figure 4) soit les soulever en les faisant pivoter en vue de les fixer, par exemple au moyen de crochets (non représentés) au chariot associé de manière à ne pas gêner le mouvement indépendant souhaite.