<EMI ID=1.1> La présente invention est relative en général à des procédés et appareils de fabrication d'acier et plus particu-
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produira des aciers alliés et des acier* au carbone ordinaires à partir d'une charge froide de ferraille d'acier servant de matière première, et concerne également un appareil comprenant une combinaison intégrée de four à arc, de brûleur* spéciaux
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plusieurs innovations 'tant incorporées aux différentes parties de cet appareil.
Conformément à la présente invention, l'appareil
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Au cours de ces récentes années, un usage très répandu a été fait du procédé dit à puissance ultra-élevée
(procédé U.H.P.) et, dans certains cas, de systèmes de combustion auxiliaire ou assistée, dans le but d'augmenter le rendement des fours à arc (électrique) pour la fabrication d'acier, dans lesquels une charge froide, par exemple, de
la ferraille d'acier, est utilisée comme matière première.
Dans ce procédé U.H.P., qui est devenu soudainement le centre d'une attention intense par suite des propositions et des divulgations de W.E. Schwabe et autres, il est fait usage d'un transformateur d'une capacité qui correspond à 1,5 à 2,0 fois celle du four classique d'une même capacité opérationnelle; la mise en oeuvre de ce procédé est réalisée à l'aide d'un arc court. Toutefois, ce procédé pose encore plusieurs problèmes, par.! lesquels le coût des investissements ou le coût initial de l'équipement est élevé et l'emplacement pour sa mise en oeuvre est limité à une zone où un grand approvisionnement en énergie est disponible. En outre, au cours du fonctionnement réel, les difficultés suivantes sont rencontrées,
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1. Dans le procédé U.H.P., comme le fonctionnement
a lieu en général avec un courant élevé, une grande chaleur de Joule et force électromagnétique sont engendrées et accélèrent la détérioration des porte-électrodes, de même que l'oxydation et l'usure de ces électrodes. En outre, les tensions thermiques
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t'rieur des électrodes tendent à produire des détériorations, telles que la rupture, la fissuration et l'écaillement des électrodes.
2. En général, comme la capacité électrique est augmontées la durée de fusion de la ferraille d'acier est réduite
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début jusqu'à la coulée (c'est-à-dire le temps pendant lequel la fabrication de l'acier est réellement exécutée) au temps
de coupure d'énergie B depuis la coulée jusqu'au début (c'està-dire le temps s'écoulant depuis la coulée jusqu'à la mise sous énergie suivante et le temps pendant lequel s'effectue le chargement de la ferraille d'acier et la réparation des pièces, notamment les réfractaires des parois du four), c'est-à-dire le taux opérationnel efficace ou le taux de mise en pratique
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ment des investissements en équipement est réduit dans certains cas.
3. Comme la distance entre la ferraille d'acier et les électrodes varie pendant la période de fusion, au cours de laquelle la densité volumique de la ferraille d'acier dans
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est plus désavantageux qu'avec un arc long en vue de raccourcir la durée de fusion.
4. -Les détériorations locales concentrée*, du" à la fusion des réfractaires du toit et des parois du four et provoquer par les puissante arcs électriques engendrée entre les électrodes et la ferraille d'acier, sont sévères.
En raison des difficulté* énumérées ci-dessus. le rapport de mine en pratique du four est réduit dans l'ensemble
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nu pendant une période prolongée, le procédé se caractérise par plusieurs particularités qui ne sont pas avantageuses quant 1 l'amélioration de la productivité et de l'économie.
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ristique d'un brûleur auxiliaire pour un procédé de fusion
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vement aisée dans un four à arc déjà existant;
2. de grands investissements en équipement ne sont pas nécessaires comme dans le procédé U.H.P.
Toutefois, dans la pratique actuelle, plusieurs problèmes se posent, dont le principal est décrit ci-après, en ce sens qu'il existe une limite au rendement de ce système.
Un brûleur ordinaire du type caractérisé par le
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fer et de fondre la ferraille d'acier au moyen d'une flamme
à haute température. Toutefois, dans un four fermé, tel qu'un four à arc, il n'existe aucune chambra de combustion et il est difficile d'utiliser une grande quantité de combustible. En outre, comme conséquence naturelle, il est nécessaire d'engendrer une flamme de courte facture. Des mesures ont été prises pour cette nécessité, mais ont donné naissance aux problèmes suivants.
1. Faible rendement thermique
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si les gaz de combustion entrent en contact avec cette matière
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sorte qu'une recombinaison se produit. En conséquence, une chaleur de réaction est engendrée. En utilisant avantageuse-
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sible. Néanmoins, si une fausse manoeuvre est réalisée au cours de la mise en oeuvre du brûleur, la chaleur latente
des gaz expulsés augmente et entraîne une grande chute du rendement thermique. On constate dès lors, d'après ce qui précède, que le procédé est relativement efficace pendant la période initiale, lorsque la charge froide a été introduite dans la four, mais que le rendement thermique diminue en fonction de l'augmentation de la tempéra aire de la matière soumise au chauffage.
2. Limite de la période d'utilisation
Bien que la mitraille d'acier soit présente selon une densité volumique appropriée dans le four, la flamme sortant du brûleur se disperse correctement dans la masse des pièces de ferraille d'acier, mais lorsque la quantité d'acier fondu augmente et que la matière soumise au chauffage devient dense, sa zone superficielle est petite. Pour cette raison, le coefficient d'absorption de chaleur diminue et, en même temps,
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3. Détérioration importante des dispositifs du four De sévères détériorations locales dues à la fusion se produisent à chaque orifice de brûleur et aux pièces de contact du cadre; simultanément, une hausse excessive de la température de l'atmosphère du four accélère en général les détériorations dues à la fusion des briques des parois du four, ce qui accroît la consommation des briques et entraîne un désavantage économique. En outre, l'augmentation de la température des gaz résiduaires est accompagnée d'une hausse de la température de l'eau de refroidissement du corps du four et des problèmes associés aux canalisations d'eau de refroidissement se posent rapidement.
D'autre part,dans le collecteur de poussière, il se produit également des perturbations, telles que la rupture du filtre à sacs et une exécution déficiente de l'aspiration, ce qui donne lieu à une augmentation des détériorations des dispositifs accessoires du four.
4.-Difficulté d'entretien en raison de la complexité du mécanisme du brûleur et de l'appareil entier.
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traint de subir une combustion par son atomisation directe avec de l'oxygène pur, une détérioration se manifeste à son extrémité active par le retour de flamme à haute température. En outre, en raison des mécanismes et systèmes spéciaux, tels qu'un dispositif de sûreté pour empêcher tout retour de flamme dans le cylindre du brûleur, une structure compliquée à la <EMI ID=21.1>
finir et un régulateur de rapport pour la commande proportionnelle du rapport air-combustible, le brûleur entier est compliqué, sa fabrication est coûteuse et son entretien est difficile.
En raison des points 1 et 2 mentionnes ci-dessus, la limite du rendement obtenu dans ce procédé est considérée en général comme étant de l'ordre de 20 pourcent de l'énergie d'entrée totale du four à arc au point de vue opérationnel et économique, bien que ceci dépende des facteurs de rendement des brûleurs et des prix de l'énergie électrique, de l'oxygène et de l'huile combustible. Mais si la présente invention et mise en oeuvre, le rendement est augmenté par le seul mécanisme de fonte et de fusion de la charge froide de mitraille, ferraille et autre par les brûleurs.
En outre, des difficultés d'entretien sont rencontrées en raison des points 3 et 4 exposés ci-dessus,mais en améliorant la forme de construction des brûleurs pour l'injection d'oxygène et d'huile combustible, ainsi que des pièces montées dans le brûleur, et en apportant d'autres caractéristiques nouvelles conformes à l'invention, ces difficultés sont surmontées et des améliorations sensibles sont obtenues comme décrit ci-après.
Un but de la présente invention est de résoudre les problèmes décrits ci-dessus, qui se posent au cours du procédé
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un four à arc et un procédé de combustion assistée utilisant des brûleurs "à corps toroldal". Un autre but est de prévoir un procédé et une série de dispositifs à mettre en oeuvre
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desquels les problèmes précités peuvent être résolus, de même qu'un fonctionnement continu et hautement efficace peut être réalisé pendant une période prolongée, accompagné d'une haute stabilité et productivité.
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combustible (désignés ci-après par l'expression brûleurs
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de ferraille d'acier servant de matière première, la principale caractéristique de l'invention ne consiste pas à introduire simplement une haute énergie au moyen de brûleurs spéciaux,
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technique comportant des caractéristiques tell.. que l'emploi de parois de four se composant de briques carbonées et de dispositifs de refroidissement à eau pour empêcher la détérioration due 1 la fusion des réfractaires des parois du four à arc électrique, d'un toit de four équipé d'un anneau de re-
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destinés à ce système.
Conformément à un premier aspect de l'invention et comme décrit brièvement ci-après, on a prévu un procédé de fabrication d'acier pour lequel il est fait usage d'un four à arc permettant la production d'aciers alliés et d'aciers ordinaires à partir d'une charge froide de ferraille d'acier servant de matière première au four à arc, et qui consiste à injecter de l'oxygène et une huile combustible à l'intérieur du four par l'intermédiaire de brûleurs oxygène-combustible montés selon un angle spécifique dans la par�i du four et * réaliser ainsi la combustion du combustible à l'intérieur du four pour aider l'arc à faire fondre rapidement la matière
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pour que l'intérieur du four soit soumis à une pression néga- <EMI ID=31.1>
pour augmenter de cette façon la rendement de combustion du four.
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prévu un appareil de fabrication d'acier comprenant un four
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alliés et autres à partir d'un* charte froide de ferraille d'acier servant de matière première, et un système d'évacua-
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à partir de l'intérieur du four et pour crier en mime temps
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à arc est caractérisé par une paroi de four constituée de briques carbonées s'élevant à partir d'un point situé légèrement au-dessus de la ligne de laitier du four et refroidie par des bottes de refroidissement à eau incorporées à la paroi du four; par un toit de four comprenant une partie périphérique extérieure constituée de briquas à base de magnésite et
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tie entourant un orifice d'expulsion pourvue d'un anneau refroidi à l'eau et d'une masse damée à haute teneur en alumine disposée périphériquement; et par plusieurs brûleurs oxygènecombustible montés chacun à l'état inséré, selon une orientation spécifique, dans la paroi du four et dotés d'organes pour l'injection d'oxygène et de combustible, en vue de contraindre une flamme de combustion à s'établir à l'intérieur du four, des éléments de refroidissement à eau étant prévus sur la partie du brûleur introduite dans la paroi du four et la partie de la paroi du four entourant les éléments de re-
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Aux dosai"$ <EMI ID=40.1> un appareil de fabrication d'acier donné à titre d'exemple, conforme à l'invention; la figure 2 est une vue latérale en coupe longitudinale du brûleur oxygène-huile conforme à l'invention; la figure 3 est une vue latérale en coupe longitudinale, à une échelle relativement agrandie, d'un exemple d'un corps d'ajutage du brûleur de la figure 2; la figure 4 est une vue en plan simplifié montrant les positions et orientations du montage des brûleurs oxygène- huile dans un four à arc conforme à l'invention;
la figure 5 est une vue en élévation simplifiée, en coupe verticale, montrant l'angle de montage d'un brûleur par rapport au plan horizontal; la figure 6 est une vue en élévation à une échelle agrandie, en grands partie en coupe verticale, montrant les détails de la partie d'un brûleur oxygène-huile, logée et fixée dans le four; la figure 7 est une vue en élévation simplifiée et en coupe verticale de la construction de la paroi du four; la figure 8 est une vue en élévation et en coupe verticale du toit du four; la figure 9 est une vue en plan montrant une moitié du toit du four d� la figure 8; la figure 10 est une vue en plan partielle à une échelle agrandis d'un orifice d'expulsion du toit du tour; la figure 11 est une vue en élévation partielle et <EMI ID=41.1>
pulsion de la figure 10; et la figure 12 est un graphique ou diagramme de minu- <EMI ID=42.1>
<EMI ID=43.1>
L'exemple de réalisation de l'appareil de fabrication d'acier conforme à l'invention, tel qu'il est représenté à la figura 1, comprend essentiellement un four à arc 1 doté d'une paroi 2 et d'un toit 4,de plusieurs brûleurs oxygènehuile 3 montée dans la paroi 2-du four et d'un système d'évacuation de fumée se composant d'un coude d'aspiration 6 refroidi à l'eau et raccordé au toit 4 du four, d'un conduit 7 re-
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quelle l'autre extrémité du conduit 7 est raccordée, d'une tour de refroidissement de gaz 10, d'une chemise refroidie à
l'eau reliant la partie supérieure de la colonne de refroidissement de gaz 10 à la partie inférieure de la chambre
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expulsés et joint, par une extrémité, à la partie inférieure de la tour 10, d'un ventilateur d'expulsion 5 relié à l'autre extrémité du tube 11 et fonctionnant de façon à attirer les gaz expulsés par le toit � du four et par les éléments précités du système d'évacuation de fumée, et d'un filtre à sacs
12 par lequel les gaz expulsés ainsi attirés sont amenés à la filtration et déchargés ensuite à l'atmosphère.
Les différents éléments constitutifs de l'appareil de fabrication d'acier sont décrits successivement en détail ci-après.
1. Brûleurs oxygène-combustible.
Conformément à la présente invention, des brûleurs
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et réalisant une fusion rapide de la ferraille d'acier. La fonction de ces brûleur* spéciaux eu égard à la fusion de la
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des charges froides, telles que des ferrailles et mitrailles d'acier.
La fonction des brûleurs spéciaux de l'invention consiste en premier lieu à chauffer la charge froide, par exemple, une ferraille d'acier, jusqu'à la chaude rouge par la combustion du combustible, et à injecter une grande quantité d'oxygène n'ayant pas encore réagi sous la forme d'un jet à grande vitesse (approximativement 80 mètres par seconde) de façon à rendre liquide et à fondre directement la ferraille d'acier ou autre; et en second lieu à provoquer la réaction d'oxydation efficace avec la matière combustible (par exemple, l'huile adhérant à la mitraille d'acier) introduite simultanément avec la ferraille d'acier dans le four et à appliquer la chaleur résultante à la charge froide, par exemple la ferraille d'acier.
1.1. Mécanisme des brûleurs
Chacun de ces brûleurs spéciaux oxygène-combustible a une conception structurale (comme décrit en détail ci-après) grâce à laquelle un flux de mélange de gaz, résultant de l'atomisation de l'huile combustible avec de l'air, est injecté par le centre de l'extrémité activa d'un cylindre de brûleur; une grande quantité d'oxygène est émise à grande vitesse autour du flux central de manière à entourer celui-ci. Au cours de cette opération, l'air servant à atomiser l'huile combustible est contraint de subir un mouvement en spirale
par une ailette hélicoïdale prévue dans le cylindre du brûleur; en outre, un mélange complet de l'huile combustible et de l'air est obtenu par la roue d'agitation mobile d'une chambre de mélange. Un mouvement de rotation est communiqué à ce flux de mélange. La flux de mélange est contraint, par un resserrement conique, d'adopter une grande Vitesse et d'être émis par un orifice d'injection sous la forme d'un jet semblable à une tige, qui ne se disperse pas dans la zone avoisinante tant qu'il n'a pas parcouru une certaine distance, étant donné qu'il
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vitesse à partir d'au moins trois autres orifices d'injection. Pour cette raison, ces flux acquièrent une forme allongée
et une grande vitesse et se concentrent en un seul point, ce qui favorise la fonte et la fusion de la ferraille d'acier.
1.2. Construction des brûleurs
Un exemple spécifique de brûleur, représenté aux figures 2 et 3, est décrit en détail ci-après.
En se référant à la figure 2, le brûleur oxygène-
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constituant l'enveloppe extérieure et auquel sont raccordée un tube d'alimentation en eau de refroidissement 13 et un tube
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l'huile combustible et l'air et d'émettre ce nélange. Plusieurs <EMI ID=54.1> <EMI ID=55.1>
autour du cylindre de brûleur 16.
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combustible 19, relativement mince, est disposé à travers est- <EMI ID=58.1>
leur 16. et se prolonge au-delà de la paroi 18 vers l'extrémité active ou avant du cylindre de brûleur, ou vers la droite en observant les figures 2 et 3. L'espace ainsi formé
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sionnée en air par un tube d'alimentation en air 20 raccordé
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raccordement du tube d'alimentation en air 20 à l'extrémité avant du tube d'alimentation en combustible.
Une roue d'agitation mobile 22, destinée au mélange du combustible et de l'air, est montée devant l'extrémité
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en étant opposée à celui-ci. Cette roue d'agitation mobile
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roue est mise en rotation par le flux d'huile combustible et d'air.
L'extrémité d'émission avant du cylindre de brûleur
16 est rétrécie d'une manière convergente en un orifice d'émission 26. Les ajutages de décharge des tubes d'alimentation en oxygène 17 mentionnés ci-dessus sont dirigés de
<EMI ID=68.1>
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ou en aval de l'orifice d'émission 26.
Grâce à la conception structurale décrite ci-dessus
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<EMI ID=71.1> hélicoïdale 21 du cylindre du brûleur 16, de progresser à
la façon d'un flux soumis à une torsion, sortent devant l'extrémité avant du tube d'alimentation en combustible 19. Par suite de ce flux combiné de combustible et d'air, la roue
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l'air sont mélangés intimement et sont émis sous la forme
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l'oxygène Mené par les tubes 17 est émis de façon à entourer le jet de mélange combustible-air jusqu'à ce qu'il intersecte ce jet de mélange dans une zone où la combustion a lieu avec production d'une température maximale.
1.3. Nombre et positions des brûleurs
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lisés dans l'appareil de la présente invention, sont montés dans des endroits froids de la paroi 2 du four à arc, comme le montrent les figures 4 et 5, et ce en tenant compte de l'angle de pénétration et de la hauteur d'installation des brûleurs (relativement à l'horizontale), de façon que la charge froide de ferraille d'acier et autre chargée dans le
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est ainsi inséré dan� le four dans une direction telle que le prolongement de la ligne centrale de son cylindre de brûleur soit éloigné de l'une quelconque des électrodes 27 et
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proche de la ligne centrale verticale du four.
A titre d'exemple, dans un four à arc d'une capaci-
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four à des endroits se situant approximativement à 600-1000 mm au-dessus de la ligne de laitier, l'angle de pénétration étant d'approximativement 20 degrés et les directions des brûleurs
<EMI ID=78.1>
brûleurs est choisi sur la base de facteurs tels que la <EMI ID=79.1>
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exemples les prolongements des lignes centrales de chacun des
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très proche de la ligne centrale vertical* du four.
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de la flan" réfléchie à partir des matières de combustion se trouvant dans le four et à la chaleur dégagée par l'acier fondu, et est ainsi sévèrement oxydée et détériora.
Cette détérioration n'est pas limitée à l'extrémité
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également dans la paroi du four au voisinage de chaque brûleur, et la fréquence de cette détérioration est très élevée.
Le fonctionnement d'un brûleur doit être arrêté non seulement lorsque l'extrémité avant de son cylindre est détériorée, mais aussi lorsque la paroi du four est endommagée.
Dès lors, des arrêts intermittents du four pendant son fonctionnement entraînent une diminution du rendement de la fabrication d'acier et une augmentation concomitante du coût de la production.
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puisse être remplacé aisément, la paroi du four doit être réparée chaque fois qu'une partie de celle-ci est détériorée.
Par ailleurs, pour cette réparation et en raison des exigences imposées à la formation de l'ouverture d'insertion des brûleurs, il est nécessaire d'utiliser des matières spéciales coûteuses,
à savoir des matières réfractaires d'une forme spéciale et
des briquettes de brûleur remplies d'une matière réfractaire <EMI ID=88.1>
de sorte que le coQt de production est davantage augmenté.
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classique de ce type, est l'émission de chaleur et de bruit de
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entre la partie périphérique de chaque brûleur et la surface interne de l'ouverture d'insertion du brûleur, de sorte que l'entourage est fortement incommodé.
1.4. Pièces pour le montage des brûleurs
La présente invention envisage de surmonter ces difficultés en apportant des améliorations nouvelles également aux pièces pour le montage des brûleurs. Pour former la structure autour des ouvertures par lesquelles les brûleurs sont introduits dans les fours, structure qui tend à être davantage endommagée par son exposition à la flamme à haute température fortement oxydante, des briquettes de brûleur constituées d'un métal doté d'une excellente résistance à l'oxydation et d'une haute conductibilité thermique, par exemple, du cuivre pur, et dont le point de fusion est supérieur à 1000[deg.]C, sont utilisées en lieu et place des réfractaires.
En outre, des bottes de brûleur se composant d'un métal, à savoir de l'acier, qui présente une bonne conductibilité thermique et résistance à l'oxydation, ainsi qu'une stabilité appropriée aux hautes températures, et qui en outre est relativement peu coûteux, sont prévues autour des briquettes de brûleur. Une autre innovation nouvelle est encore un dispositif d'étanchéité conçu essentiellement sous la forme d'une plaque d'acier et d'un ressort exerçant une pression sur cette plaque et installé entre chaque corps de brûleur et la briquette de brûleur correspondante pour obturer
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dispositif est décrit en détail ci-après en se référant à la figure 6.
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que creuse, est doté d'une ouverture centrale 32 à Insérer sur
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l'oxydation, une haute conductibilité thermique et un point de fusion supérieur à 1000*C. Ce cadra interne 30 est pourvu d'orifices d'admission et d'émission d'eau de refroidissement
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Le cadre extérieur 3,1 est constitué de fer aisément usinable et soutient le cadre interne 30 dans la paroi de four Ce cadre externe 31 est muni d'orifices d'admission et
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froidir l'extrémité intérieure du cadre interne 30 et la zone de la paroi de four 2 entourant l'ouverture d'insertion de brûleur 32.
Bien que ceci ne soit pas représenté aux dessins,
ce brûleur oxygène-combustible 3 comprend un cadre mobile qui peut être déplacé librement vers l'avant (avancé) et vers l'arrière (reculé), un mécanisme à même de commander le cadre mobile et mû lui-même par un moteur pour les mouvements d'avance et de recul, ainsi que d'autres pièces accessoires. Le brQ-
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forme d'anneau montée d'une manière coulissante autour du brûleur, en amont de la bride fixe 37. Cette plaque d'étanchéité
38 est raccordée à la bride fixe 37 par un ressort de compres-
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servant encore une force élastique suffisante pour exécuter un mouvement coulissant vers l'avant lorsqu'elle subit une <EMI ID=102.1>
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Le brûleur est avancé et son extrémité avant pénétra dans <EMI ID=104.1> la distance de cette insertion du brûleur augmente, la plaque
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par l'extrémité extérieure du cadre interne 30, est forcée, en fonction d'une force croissante, contre la face finale extérieure du cadre 30 et étanchéifie ainsi hermétiquement le
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L'état résultant de ces pièces est représenté par des lignes en traits et points à la figure 6.
Grâce aux pièces décrites ci-dessus, occupant l'état
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Par conséquent, l'extrémité avant du brûleur 3 est soumise
à une forte chaleur due non seulement au chauffage du brûleur lui-même, mais aussi à la chaleur réfléchie des matières de combustion, à la chaleur de rayonnement provenant de l'acier fondu et d'autres sources, mais cette extrémité est refroidie par l'eau de refroidissement affluant à travers le cadre inter-
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<EMI ID=109.1>
sont refroidis par l'eau de refroidissement affluant à travers le cadre externe 31. Par conséquent, les pièces de brûleur 3
<EMI ID=110.1>
gement refroidies et maintenues dans un état sûr.
Une autre caractéristique sûre du montage du brûleur décrit ci-dessus est que l'extinction par soufflage du feu et de la chaleur du four est bien entendu empêchée et qu'aucun dégagement du bruit engendré dans le four ne se produit, étant <EMI ID=111.1>
<EMI ID=112.1>
<EMI ID=113.1>
Le tableau 1 ci-dessous donne les quantités normales et maximales de consommation d'huile combustible, d'oxygène et d'air pour produire une tonne d'acier fondu avec un haut rendement dans la mesure où des brûleurs spéciaux oxygène-combustible
<EMI ID=114.1>
Tableau 1: Consommation d'huile, d'oxygène et d'air au cours
du fonctionnement d'un four à arc équipé de brûleurs spéciaux oxygène-combustible
<EMI ID=115.1>
A titre d'exemple, le tableau 2 ci-après donne les particularités d'un fonctionnement expérimental à grand rendement d'un four à arc d'une capacité nominale de 50 tonnes, dans lequel des brûleurs spéciaux oxygène-combustible, conformes à l'invention, sont utilisés. Le tableau 3 ci-dessous donne les particularités d'un brûleur spécial oxygène-combustible.
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Tableau 3 : particularités du brûleur oxygène-combustible
<EMI ID=117.1>
2. Toit et paroi du four
Les brûleurs spéciaux oxygène-combustible décrits ci-dessous sont utilisés, au cours du fonctionnement de l'appareil de fabrication d'acier conforme à l'invention, pour injecter une haute énergie engendrée par la combustion de l'huile combustible dans le four à arc, de façon à provoquer une fusion rapide de la ferraille d'acier. Pour exécuter ce fonctionnement d'une manière stable pendant une période prolongée, la paroi 2 et le toit � du four à arc! doivent avoir une solidité suffisante pour résister à une grande chaleur. La
<EMI ID=118.1>
j ploi d'innovations spéciales dans les réfractaires du toit
et de la paroi du four, ainsi qu'en ce qui concerne leur construction, comme décrit ci-après.
2.1. Réfractaires de la paroi du four
La paroi 2 du four à arc de l'appareil conforme à l'invention est construite essentiellement en combinant
et en assemblant des briques carbonées spéciales et des éléments de refroidissement à eau selon un mode dit intercalé comprenant plusieurs rangées,
En général, la paroi d'un four, dont le but est de fondre des métaux, doit avoir une excellente résistance au feu et à l'érosion, une propriété thermo-isolante et une grande résistance aux hautes températures. Bien que ceci soit vrai pour d'autres fours de réchauffement, il est particulièrement nécessaire, dans un four de fabrication d'acier destiné à la production d'aciers à partir de ferraille d'acier servant de matière première, de prévoir une excellente résistance à la détérioration, notamment à l'écaillement des faces des briques du four,
Pour satisfaire à ces exigences, on sait qu'il est efficace d'utiliser des briques carbonées formées comme des
<EMI ID=119.1>
bonne résistance aux hautes températures; ces briques sont de loin supérieures à celles d'autres parois de four. Toutefois, ces briques carbonacées présentent certains inconvénients, à savoir une réduction de la résistance à l'attaque du laitier aux hautes températures et une valeur élevée de conductibilité thermique qui est plus grande de près de 10 fois celle d'une brique réfractaire ordinaire, <EMI ID=120.1>
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au four à arc destiné à la fabrication de l'acier, ces parois combinant une excellente résistance à la chaleur avec une bonne résistance à l'attaque du laitier et une grande stabilité aux hautes températures. Plus spécifiquement, la paroi du four s'élevant à partir d'un point situé légèrement au-dessus de la ligne de laitier dans le four à arc est constituée de briques carbonacées et plusieurs rangées d'éléments de refroidissement à eau sont en outre disposées de telle sorte que les briques carbonées soient interposées et intercalées entre ces rangées. Grâce à cette construction, l'augmentation excessive de la température des briques carbonées est empêchée, si bien que la résistance de ces briques carbonées à l'attaque du laitier est augmentée et seules les autres caractéristiques avantageuses de ces briques sont efficacement utilisées.
Ces briques carbonées utilisées pour la mise en oeuvre de la présente invention ont une teneur en carbone supérieure à 99 pour-cent, une porosité de 28 à 29 pour-cent, une densité volumique de 1,5 à 1,6 et une conductivité thermique de 120 à 150 kcal/m/h/[deg.]C.
En se référant à la figure 7, le four à arc 1 représenté ici comprend une paroi supérieure 2 qui s'élève à partir d'un niveau d'environ 200 mm au-dessus de la ligne de
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paroi de four 2 contient plusieurs rangées (trois dans l'exemple représenté) de boîtes incorporées 41 refroidies à l'eau, la rangée la plus inférieure étant disposée à 300-500 mm audessus de la ligne de laitier 40 et les autres rangées étant <EMI ID=123.1>
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paisseur de la paroi de four 2, de l'ordre de 200 ma et une
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de la surface extérieure de la paroi de four. A titre d'exemple, dans cette botte 41 refroidie à l'eau montée dans une paroi de four d'une épaisseur de l'ordre 350 mm (épaisseur des briques carbonées) et dont les dimensions des sections droites sont approximativement de 130 x 200 mm, l'eau de refroidissement est fournie sous une pression de 2 kg/cm <2> et sa vitesse d'écoulement dans la boite est da 9,5 à 10 m/min. Pour cette raison, il est possible d'atteindre les buts de la présente invention en utilisant une large zone de contact à l'aide des briques carbonées, de façon à augmenter l'effet de refroidissement et à réduire ainsi l'effet sur l'atmosphère du four, tout en maintenant constamment la zone de section
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la pose et l'alignement des briques dans la maçonnerie du four, et en conservant également une vitesse d'écoulement dans la boîte d'environ 8 m/minute.
En outre, dans chaque rangée, la boîte 41 refroidie à l'eau peut avoir la forme d'une structure continue en forme d'anneau ou peut être divisée, le long de son sens circonférentiel, en trois ou quatre blocs, dont chacun est alimenté en eau de refroidissement mise en circulation par des tubes d'admission et d'émission d'eau de refroidissement raccordés à la boite. En divisant ainsi la boite 41 refroidie
à l'eau dans chaque rangée comme décrit ci-dessus, il est possible de faciliter le travail d'entretien et de remplacement au cas où des perturbations, telles qu'une fuite d'eau, risquent de se produire.
Bien que dans l'exemple représenté à la figure 7, trois rangées de boîtes 41 refroidies à l'eau sont utilisées et que la boîte 41 de chaque rangée est divisée en 3 blocs,
le nombre de rangées (par exepple, 2 ou 4) et le nombre de divisions (par exemple, 2, 3 ou 4) de la botte refroidie à l'eau dans chaque rangée peuvent être choisis correctement en fonction de facteurs tels que les dimensions du four à arc.
En faisant passer l'eau de refroidissement à travers les boîtes 41 refroidies à l'eau, logées dans la paroi 2 du four et conçues comme décrit ci-dessus, la paroi de four est refroidie en raison de la haute conductibilité thermique des briques carbonées. Par conséquent, le chauffage des briques carbonées à une haute température est empêché et une détérioration, accompagnée de l'adhérence des oxydes métalliques, tels que l'oxyde de fer, ne peut pas se produire aisément.
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entièrement sa haute résistance à la chaleur, sa haut',; résistance à l'écaillement et sa grande résistance aux hautes températures, qui sont les caractéristiques avantageuses des briques carbonées. Ainsi, le four à arc de fabrication d'acier
a un rendement d'ensemble élevé.
A titre d'exemple, on a exécuté une série d'essais avec un four à arc d'une capacité nominale de 50 tonnes et dans lequel des briques carbonées et des éléments de refroidissement à eau sont combinés dans la paroi du four; ce four a été mis en action avec un grand rendement en utilisant trois brûleurs spéciaux oxygène-combustible. A la suite de ces essais, on a constaté que la paroi du four a une durée de service de 240 chaudes dans la partie chaude de la paroi du four où la distance entre une électrode et cette paroi est la plus courte, et une dures totale de 1440 chaudes après réparation de cette partie. On a constate également que l'usure des briques de la paroi du four pendant les six derniers mois, en mettant en oeuvre le procède de l'invention, est inférieure à 1,8
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tue entre la moitié et le tiers de l'usure des briques lorsque des briques ordinaires sont utilisées.
2.2 Réfractaires du toit du four
Le toit du four à arc utilisé pour la mise en oeuvre de la présente invention doit être constitué de réfractaires qui doivent résister à de hautes températures et avoir une durée de service prolongée, en vue de permettre un fonctionnement stable et efficace du four à arc pendant une période prolongée. Dans ce but, des briques à base de magnésite et de chrome, entourées d'acier, sont utilisées comme matière réfractaire dans la partie périphérique extérieure du toit du
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prévue dans la partie centrale du toit du four entourant les trous d'insertion des électrodes; et un anneau refroidi à l'eau est disposé à l'ouverture d'expulsion où la détérioration et la perte en réfractaires sont les plus sévères dans les t its de four de ce type, la masse damée à haute teneur
en alumine se situant autour de cet anneau.
En général, comme réfractaires pour le toit d'un four à arc destiné à la fabrication d'acier, des briques de silice (plus de 96 % de silice) et des briques de bauxite, présentant une excellente résistance à la chaleur et aux hautes températures et relativement peu coûteuses, ont été utilisées jusqu'ici. Toutefois, étant donné que le procédé U.H.P. mentionné ci-dessus et le procédé de combustion assistée ont été mis au _oint et qu'une haute énergie est injectée actuellement dans le four, la durabilité des briques de silice classiques est déficiente et, par conséquent, la pratique a consisté à augmenter la teneur en alumine des briques ou à adopter des briques à base de magnésite et de chrome.
Néanmoins, en dépit de ces mesures, lorsqu'un collecteur de poussière du type à évacuation directe est supplémentairement mis en oeuvre pour améliorer le milieu ambiant de l'aciérie et son voisinage, il n'a pas été possible d'éviter une réduction de la longévité des réfractaires du toit du four due à la détérioration par fusion de la zone périphérique du trou d'expulsion du toit du four à arc relevant de la technique antérieure.
Conformément à la présente invention, il est possible d'augmenter la durabilité du toit du four et de répondre aux buts originaux de l'invention en disposant un anneau refroidi à l'eau, nouvellement conçu comme décrit ci-dessous, autour du trou d'expulsion du toit du four.
Plus spécifiquement, comme le montrent les figures
8 à 11, le nouvel anneau refroidi à l'eau, mentionné ci-dessus et monté dans le toit 4 du four, comprend un corps 42 réalisé selon une méthode qui, tout en se différenciant du procédé classique de montage dans les réfractaires du toit du four après achèvement de l'assemblage du corps, consiste à disposer le corps annulaire 42 à l'état enrobé dans les réfractaires et à fixer ce corps au moyen d'un boulon 45, par l'intermé-
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l'eau logé dans le toit du four, la structure entourant ce
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l'eau est muni d'un tube d'alimentation en eau de refroidis-
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neau.
Jusqu'à présent, les réfractaires du trou d'expulsion du four ont subi des détériorations, de même que s'est produite une dilatation du trou due au passage du gaz à haute température provenant de l'intérieur du four; ces détériorations et cette dilatation ont été maintenues jusqu'à ce que les réfractaires ne soient plus à même de résister à un autre usage, si bien que la durée de service du toit entier du four a également
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refroidi à l'eau permet cependant d'empêcher une réduction de la durée de service du toit du four due à la dilatation du trou d'expulsion, et de prolonger ainsi la longévité du toit entier du four.
Lors d'un essai au cours duquel un toit de four 4 conforme à l'invention a été monté sur un four à arc d'une capacité de 50 tonnes et où un fonctionnement du four à grand rendement a été exécuté, la durée de vie de la masse damée à haute teneur en alumine, à la partie centrale du toit du four, a atteint 120 à 130 chaudes, et la durée de vie de la partie en briques à base de magnésite et de chrome, entourées d'acier, à la partie périphérique extérieure et au trou d'expulsion
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chaudes.
Par conséquent, si la partie centrale du toit 4 du four est reconstruite après 120 à 130 chaudes, la longévité du
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paraison avec ces chiffres, lorsqu'un anneau refroidi à l'eau est incorporé aux briques réfractaires après avoir posé celles-ci,
tel que ceci se pratique couramment, la durée de vie du trou d'expulsion s'élève à 100-120 chaudes. Si les réfractaires de cette partie sont retirés conjointement avec la partie centrale, les autres parties en briques à base de magnésite et de chrome tombent également et la longévité du toit entier du four n'est pas différente de celle de la partie centrale et de la partie où se trouve le trou d'expulsion.
3. Système d'évacuation de fumée
En vue d'augmenter le rendement de combustion des brûleurs spéciaux oxygène-combustible, le réglage de la pression dans le four à arc pendant son opération de fusion est indispensable. A la suite d'études entreprises par la Demanderesse, on
a constaté que ce rendement de combustion est élevé en maintenant l'intérieur du four à une pression négative de l'ordre
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four à partir de l'extérieur est petite, de sorte que les combustibles introduits conjointement avec la charge froide de
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thermique des brûleurs s'abaisse sensiblement. Si la pression du four se situe au-dessus de la pression atmosphérique, des
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d'infiltration est grande, de sorte que l'érosion des électrodes et de la paroi du four est sévère et, en même temps, comme le gaz à haute température est déchargé par le trou d'expulsion, un risque possible de voir s'accroître les problèmes relatifs au trou d'expulsion et au système d'évacuation de fumée peut
se présenter. Par conséquent, pour les raisons exposées cidessus, le système d'évacuation de fumée de l'invention est du type à aspiration directe et est capable de maintenir la pression du four à un ordre de grandeur de -0,5 à -2,5 mm H20.
Pour augmenter la rendement de combustion des brû-
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contrainte d'être négative et l'air est aspiré par des ouvertures, telles que la porte d'extraction de laitier du four.
Dans ces conditions, le système d'évacuation de fumée utilisé pour la mise en oeuvre de la présente invention doit être, dans ce sens, un système d'évacuation de fumée du type à aspiration directe.
A titre indicatif, un exemple de détermination de la capacité (volume des gaz traités) d'un système d'évacuation de fumée installé conjointement avec un four à arc d'une capacité nominale de 50 tonnes, est considéré ci-dessous. Ce four
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tement de paroi de four, de dispositifs de refroidissement à eau et d'autres caractéristiques uniques permettant une longévité prolongée, comme décrit ci-dessus. Ce four est mis en action, avec un grand rendement, en tant qu'élément constitutif principal d'un appareil de fabrication d'acier intégré et selon la technique opératoire de la présente invention.
Ce four à arc a une enveloppe d'un diamètre interne
de 5,1 mètres et une capacité de transformateur de 22.000 kVA; il est équipé de trois brûleurs spéciaux oxygène-combustible. Les spécifications opératoires fondamentales de ce four sont une consommation unitaire d'huile de 6 litres/tonne (d'acier), une consommation d'oxygène de 35 m <3> n/tonne (28 m <3> n/tonne pour les brûleurs seulement), une consommation unitaire d'énergie (électrique) de 360 kWH/tonne et une durée d'une coulée à l'autre de 1 heure 10 minutes.
On suppose à présent que les autres combustibles (par exemple, l'huile, la graisse et les autres matières combustibles adhérant à la ferraille d'acier) introduits dans le four en même tempe que l'huile combustible injectée dans celui-ci par l'intermédiaire des brûleurs, y compris la ferraille d'acier, le coke pour le mélange des fontes et la recarburation et d'autres produits, sont complètement brûlés avec l'oxygène
émis simultanément par les brûleurs pendant la période de <EMI ID=143.1>
poser, tout manque d'oxygène étant suppléé par l'oxygène de l'air d'infiltration pénétrant à l'intérieur du four par des ouvertures telles que la porte d'extraction de laitier, en vue! d'effectuer ainsi une combustion complète.
Dès lors, la quantité totale ou le débit des gaz
<EMI ID=144.1>
et la température de ce gaz est estimée à environ 1300[deg.]C. Ce gaz à haute température est autorisé à se mélanger avec l'air
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froidi à l'eau et le conduit refroidi à l'eau, ainsi qu'avec l'air aspiré par d'autres ouvertures des conduits refroidis à l'eau. Pour obtenir un gaz mixte résultant d'une température
de 600[deg.]C, un débit d'air d'infiltration d'environ 600 m<3>n/minute est nécessaire. Par conséquent, le débit d'aspiration requis est de 975 m<3>n/minute. Pour une température de traitement de
250[deg.]C, ce débit total atteint approximativement 1870 m<3>n/minute.
En outre, une installation de purification de gaz pourvu de filtres à sacs est utilisée dans le système d'évacuation de fumée conforme à l'invention. Les sacs filtrants sont à base de fibres traitées aux silicones et sont nettoyés périodiquement par passage inverse d'un flux d'air de nettoyage d'environ 300 m<3>/minute. Ce débit ajouté au total précité conduit à un débit total d'environ 2170 m<3>/minute et est le débit volumétrique total des gaz expulsés à traiter, c'est-à-dire
la capacité de traitement du système d'évacuation de fumée. D'après ce résultat et en apportant une certaine correction pour augmenter la capacité requise, la capacité de conception
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4. Exemple de mise en pratique
Un exemple spécifique de mise en pratique est à présent décrit en détail ci-après eu égard à un type d'exécu-tion d'appareil de fabrication d'acier conforme à l'invention comprenant un four à arc de 50 tonnes. Les particularités de cet ensemble sont données ci-dessous.
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tion sont reprises au tableau 4 ci-après, Dans ce four, trois brûleurs spéciaux oxygène -combustible, dont les caractéristiques sont données au tableau 3, sont utilisés. Les caractéristiques de la construction de ce four et des parties ou pièces accessoires sont celles exposées ci-avant et un système d'évacuation de fumée, dont les particularités sont citées au tableau 5,
est utilisé.
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50 tonnes
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Le four à arc, dont les caractéristiques sont données
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formateur, dans la gamme des procédés à haute puissance, mais, en tant que four de ce type actuellement, se situe du côté inférieur de cette gamme. Toutefois, grâce à un fonctionnement
à grand rendement et à l'appareil conforme à l'invention, la durée de la fabrication de l'acier (d'une coulée à l'autre) peut être réduite d'une heure. En utilisant deux de ces fours à arc, la production annuelle de billettes coulées en continu est d'environ 600.000 tonnes.
En général, la capacité de production d'un four à arc peut être exprimée en nombre de chaudes par jour (24 heures). Toutefois, la capacité d'un four à arc d'un niveau nominal de l'ordre de 50 tonnes est ordinairement de 8 à 10 chaudes par jour et même dans le cas où une mesure à grand rendement, telle que la mise en oeuvre d'un procédé U.H.P. ou du procédé F.O.S., est prévue, on estime que cette capacité est de l'ordre de 12 à 14 chaudes par jour. On a cependant constaté que grâce au procédé et à l'appareil de l'invention, cette performance est de 20 à 22 chaudes par jour de fonctionnement continu pendant une période prolongée.
Bien que le tableau 2 donne les résultats d'un fonctionnement d'un jour, de nombreuses caractéristiques uniques peuvent être dégagées de ce tableau. Par exemple, la durée de la fabrication d'acier (d'une coulée à l'autre) est un minimum de 1 heure, un maximum de 1 heure et Il minutes
et une moyenne de 1 heure et 7 minutes, durées qui sont très courtes. En outre, on doit observer également que la quantité
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grande; que la quantité de combustible consommée est inférieure à celle de l'oxygène et que l'énergie électrique utilisée est de 335 kWh/tonne, ce qui est très faible.
Trois brûleurs spéciaux oxygène-huile sont montés dans ce four à arc, comme décrit ci-dessus, et une caractéristique unique de leur fonctionnement est que la quantité d'oxygène est très grande en comparaison avec la consommation de combustible. Plus spécifiquement, la quantité théorique d'oxygène pur nécessaire pour une combustion complète d'un litre
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le résultat opératoire réel obtenu, 36,5 m<3>n/tonne, ce qui correspond à environ 80 pourcent de la quantité d'oxygène
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Ceci signifie qu'une quantité d'oxygène, qui est approximativement 2,8 fois la quantité d'oxygène théoriquement requise, est utilisée dans les brûleurs. D'après la description donnée cidessus, on constate aisément que cet excès d'oxygène est consommé pour la fonte de la mitraille d'acier due à la réaction d'oxydation directement avec cette ferraille d'acier et pour contraindre la combustion des combustibles (par exemple, l'huile adhérent à la ferraille d'acier) à se produire conjointement avec la ferraille d'acier du four. Les 20 pourcent d'oxygène restants de la quantité totale d'oxygène sont consommés pour l'insufflation exécutée au moment de la fonte et pour l'affinage oxydant de la ferraille d'acier réalisé au moyen
de lances passant par les portes d'inspection et d'extraction de laitier, tel que ceci se fait également au cours d'un fonc-tionnement d'un four à arc ordinaire.
Bien que la consommation unitaire d'énergie pendant
le fonctionnement d'un four à arc ordinaire est en général de
500 à 550 kWh/tonne, le résultat opératoire obtenu conformément à l'invention est de 335 kWh/tonne, chiffre qui est très bas. La seule explication de cette différence est que la chaleur de combustion de l'huile combustible et la chaleur d'oxydation due à l'excès d'oxygène et aux combustibles précités, introduits conjointement avec la ferraille d'acier, contribuent à la fusion de cette ferraille d'acier, l'excès d'oxygène contribuant également à la fonte de cette mime ferraille d'acier.
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En général, la consommation unitaire d'énergie dans
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de 500 à 550 kWh/tonne. De ce chiffre, l'énergie consommée uniquement pour fondre la ferraille d'acier au cours de la période de fusion est de l'ordre de 410 à 440 kWh/tonne et l'énergie restante, soit 90 à 110 kWh/tonne, est l'énergie consommée sub-
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nage.
Toutefois, eu égard aux performances données à titre d'exemple au tableau 2, cette consommation unitaire d'énergie
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ment pour la fusion de la ferraille d'acier est de 278 kWh/tonne et 57 kWh/tonne sont consommés pendant la période d'affinage. En considérant la quantité d'énergit consommée pendant la période de fusion, la différence, soit 132 à 162 kWh/tonne, entre
la quantité précitée et celle consommée pendant la période de fusion dans un four à arc fonctionnant à un état normal, est comparable avec le total de la chaleur de combustion de l'huile combustible, de la chaleur engendrée lorsque la ferraille d'acier est rendue liquide par l'excès d'oxygène et de la chaleur de combustion des autres combustibles introduits simultanément avec la ferraille d'acier dans le four.
Plus spécifiquement, la consommation d'oxygène
pour réaliser une combustion complète de 6 litres d'huile par tonne est d'environ 13 m<3>n/tonne et la chaleur ainsi engendrée est de 59.400 kcal/tonne. En outre, la quantité d'oxygène totale utilisée dans les brûleurs est de 36,5 m n/tonne et si on soustrait de ce chiffre la quantité d'oxygène nécessaire
à la combustion de l'huile combustible, il reste une quantité d'oxygène de 23,3 m<3>n/tonne. Si on suppose que 40 pourcent
ou 9 m n/tonne de cette quantité restante est consommée pour la fonte de la ferraille d'acier, et si on suppose que 60
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consommés pour la combustion des autres combustibles introduits conjointement avec la ferraille d'acier dans le four, la quantité de chaleur engendrée par les 40 pourcent est de
51.813 kcal/tonne, tandis que celle engendrée par les 60 pourcent est de 16.874 kcal/tonne.
Le total de ces quantités de chaleur formée, dues
à l'huile combustible et à l'excès d'oxygène, s'élève à
128.087 kcal/tonne ce qui, transformé en énergie électrique, donne 149 kWh/tonne. Par conséquent, on peut observer qu'il existe une concordance substantielle entre ce chiffre et
la différence de 132 à 162 kWh/tonne pour les consommations unitaires d'énergie reprises sous la forme de performances réelles données au tableau 3, le four à arc fonctionnant à l'état normal. Ainsi, il apparat! que les brûleurs spéciaux oxygène-combustible conformes à l'invention assument une grande fonction en favorisant la fusion de la ferraille d'acier.
En outre, pendant la période d'affinage, une quantité d'oxygène de 8,6 m<3>nltonne, qui résulte de la soustraction
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tonne donnée au tableau 2, est insufflée dans le bain d'acier fondu pour favoriser ainsi l'agitation et la décarburation de cet acier fondu. Toutefois, au cours du fonctionnement conforme à l'invention, la teneur en carbone du bain d'acier fondu est de l'ordre de 0,20 pourcent pendant la partie initiale de la période d'affinage, et une partie plus grande d'oxygène insufflé dans l'acier fondu est utilisée pour sa réaction d'oxydation avec Fe.
Toutefois, une particularité dominante de l'invention est que la chaleur d'oxydation de Fe contribue directement telle quelle à augmenter la température, étant donné la grande énergie introduite dans le procédé à mesure que l'oxygène est insufflé dans le bain de métal fondu pour forcer ainsi une augmentation de température. La chaleur d'oxydation de Fe donnée
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correspond à 57,6 kWh/tonne. On peut donc justifier l'état contradictoire de la consommation unitaire d'énergie pendant la
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Comme mentionné ci-dessus, lorsqu'une grande quantité d'énergie thermique est introduite en un court temps dans un four à arc, la détérioration due à la chaleur est rapide dans les briques de la paroi du four se composant de magnésite ou d'un mélange magnésite-chrome et qui ont été utilisées jusqu'ici,
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res, le rapport de aise en pratiqua du four s'abaisse. Ceci
a été considéré comme un problème inhérent aux procédés U.H.P. et F.O.S. mentionnés ci-dessus et ce problème se pose également
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Ce problème a cependant été résolu, conformément à l'invention, par l'emploi d'un revêtement de paroi de four mis au point sur la base de l'idée totalement nouvelle de combiner les briques carbonées à des éléments refroidis � l'eau, comme décrit ci-dessus. Dans le four à arc précité d'une capacité nominale de 50 tonnes, où un fonctionnement à grand rendement est effectué avec trois brûleurs spéciaux oxygène-combustible, le revêtement amélioré est utilisé sur la paroi entière du four entre une ligne se situant à environ 300 mm au-dessus de la ligne de laitier et une ligne disposée environ à 700 mm audessous de l'extrémité supérieure de la paroi du four.
A la suite d'un essai exécuté récemment pendant une période de six mois, la consommation unitaire de toutes les briques de la paroi du four est de 1,8 kg/tonne et la consommation unitaire des briques carbonées n'est que de 1,2 kg/tonne. Dans ce cas, la longévité des briques carbonées varie en fonction de l'emplacement et las réparations sont effectuées en interchangeant partiellement les briques carbonées, de sorte qu'une durée de
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4.4 Réfractaires du toit du four
Les réfractaires du toit du four ont été mis au point exactement de la même façon que celle des réfractaires de la paroi du four. Si des briques de silice (plus de 97 pourcent
de silice) ou des briques de bauxite d'un type connu sont utilisées, elles ne peuvent pas résister à l'introduction d'une gran-
<EMI ID=169.1>
ques basiques ou des briques à haute teneur en alumine. Toutefois, dans un four à arc électrique équipé d'un système d'évacuation de fumée du type à aspiration directe, un trou pour l'expulsion des fumées à partir du four doit être prévu comme quatrième ouverture, en plus des trous pour les trois électrodes
Les réfractaires de la zone entourant cette quatrième ouverture sont soumis à de sévères détériorations mécaniques et physiques dues aux fumées expulsées à haute température, affluant le long de ces réfractaires, et la durée de vie des réfractaires du toit du four a été extrêmement courte, même dans les fours à arc classiques.
Par conséquent, ce problème est résolu, conformément
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refroidi à l'eau, comme décrit ci-dessus, autour de cette quatrième ouverture et en utilisant des réfractaires du type décrit précédemment, de façon à prolonger fortement la longévité du toit du four. Dans le four à arc prédécrit d'une capacité nominale de 50 tonnes et dont le toit est muni d'un anneau refroidi à l'eau, de bonnes performances sont obtenues comme décrit ci-avant. C'est-à-dire que la longévité du toit du four s'élève dans l'ensemble à 240-250 chaudes, ce qui correspond
à plus du double de ce que l'on pouvait obtenir par la technique antérieure.
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Le système d'évacuation de fumée a une fonction extrêmement importante et indispensable pour la mise en oeuvre de la présente invention, en vue de prévoir un fonctionnement efficace du four à arc équipé de brûleurs spéciaux oxygènecombustible. Plus spécifiquement, afin que les brûleurs spéciaux oxygène-combustible exécutent la combustion d'une manière efficace, il s'est révélé nécessaire de maintenir continuellement l'intérieur du four sous une pression négative pendant
la période entière de fusion de la ferraille d'acier, période au cours de laquelle ces brûleurs sont utilisés, et d'amener ainsi l'air s'infiltrant par les vides, notamment la porte d'extraction de laitier et autre, à l'intérieur du four. Cette caractéristique unique constitue un point vital du "savoirfaire" de la technologie de la présente invention.
Pour le fonctionnement efficace du four à arc prédécrit d'une capacité nominale de 50 tonnes, équipé de brû-
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d'acier conforme à l'invention comprend un système d'évacuation de fumée, dont les spécifications sont citées au tableau 5.
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traiter, déterminée de la manière décrite ci-avant, est plus grande que celle d'un type de four à arc général d'une capacité de 50 tonnes. Dans ce collecteur de poussière du type
à évacuation directe, les fumées dégagées sont évacuées du four à arc par la quatrième ouverture, c'est-à-dire que l'ouverture .pour leur élimination par le toit du four passe par un coude d'aspiration qui est refroidi à l'eau, se compose d'acier, est du type à double tube et aboutit, par un conduit refroidi à l'eau, à une chambre de combustion refroidie à l'eau, également du type à double tube. Un autre conduit de refroidissement à l'eau, du type coulissant et à double tube, est interposé entre le coude d'aspiration et le conduit refroidi à l'eau. En contraignant ce tube à glisser, l'infiltration de l'air secondaire par le vide compris entre le coude d'aspiration et le conduit est maintenue à un minimum.
Pour cette raison, à partir des gaz incomplètement brûlés aspirés hors du four, le CO incomplètement brûlé subit une combustion ave� l'air aspiré par le haut de la chambre de combustion verticale et simultanément avec une quantité plus grande d'air de refroidissement, de sorte que la température des gaz expulsés est abaissée. Les gaz qui ont passé par la
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froidi à l'eau, du type à double tube, et sont refroidis à
300[deg.]C environ dans une tour de refroidissement de gaz du type vertical, refroidie indirectement à l'eau et montée à l'extérieur de l'atelier de fusion. Ensuite, les gaz ainsi refroi-dis circulant à travers des conduits refroidis à l'air et
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qu'ils parviennent au ventilateur et soient dirigés, après avoir atteint un" température prédéterminée, vers le filtre
à sacs.
Un exemple des mesures réelles de diverses valeurs numériques de la voie de circulation de ce système d'évacuation de fumée est décrit ci-dessous.
La première caractéristique importante est la vitesse de l'air s'infiltrant par la porte d'extraction de laitier. Ln mesurant cette vitesse, on a constaté qu'elle s'élevait à 4,8-5,5 m/sec. Si cette vitesse est utilisée dans l'équation suivante (1), la pression du four est de l'ordre
<EMI ID=176.1>
<EMI ID=177.1>
où v est la vitesse du gaz en m/sec,
g est l'accélération en m/sec,
p est la densité de l'air, et
P est la pression (mm H20)
Les résultats de l'analyse des gaz expulsés dans le voisinage de l'orifice d'émission de l'aspiration, ce qui constitue une seconde caractéristique importante, sont donnés
au tableau 6. La durée-type est de 6 minutes après la seconde charge.
Tableau 6 : composition des gaz expulsés
<EMI ID=178.1>
A ce moment, le débit et la température des gaz expulsés immédiatement en aval du ventilateur d'expulsion,
ce qui constitue une troisième caractéristique importante, sont respectivement de 1180 m<3>/minute et de 180[deg.]C. Le mode opératoire du minutage déterminé pour l'obtention des performances réelles du fonctionnement est représenté à la figure
12. Il s'agit ici du mode opératoire qui correspond à la
<EMI ID=179.1>
Comme indiqué au tableau 2, les particularités de cette chaude sont une consommation d'huile de 5,4 1/tonne; une consommation d'oxygène de 45,0 m<3>n/tonne (dont la quantité d'oxygène utilisée dans les brûleurs est de 36 m n/tonne); une période de fusion de 48 minutes (durant laquelle les brûleurs sont utilisés trois fois séparément pour un total de
36 minutes); une période d'affinage de 13 minutes; une durée d'une coulée à l'autre de 67 minutes (1 h 7 minutes); et une consommation unitaire d'énergie de 337 kWh/tonne.
Si, d'après ces résultats opératoires, une considération est accordée au collecteur de poussière du type à aspiration directe, on constate que le carbone de l'huile combustible insufflée dans le four par les brûleurs, le carbone des combustibles introduit conjointement avec la ferraille dans le four (en supposant que 1,5 pourcent d'huile adhère auxcopeaux de tournage ajoutés en une quantité de 25 pourcent) le carbone des électrodes, le carbone des briques carbonées, le carbone d'un agent de recarburation et le carbone des autres matières ajoutées, sont transformés en CO et C02 par l'oxygène émis par les brûleurs. Tout manque d'02 est complété par l'oxygène de l'air s'infiltrant par les ouvertures, telles que la porte d'extraction du laitier, de sorte que du
<EMI ID=180.1>
tant de l'ordre de 11/25.
En outre, la quantité de 63,7 pourcent du poste "autres" du tableau 6 peut être considérée comme étant du
<EMI ID=181.1>
de gaz expulsés, la quantité d'oxygène insufflée et la quantité d'air qui s'infiltre. La quantité d'02 du gaz, immédiatement après avoir été éliminé du four, est très basse, car elle est de 0,3 pourcent au-dessus du résultat opératoire réel. Ceci indique que l'introduction dans le four d'air s'infiltrant par la porte d'extraction de laitier, en vue d'augmenter le rendement de combustion des brûleurs, comme souligné dans la présente invention, ne s'élève pas jusqu'à une atmosphère excessivement oxydante dans le four. En outre, il est bien évident qu'un procédé de fabrication d'acier conforme à l'invention possède une haute efficacité pour augmenter le rendement d'un four à arc.
La détermination de la capacité opératoire du système d'évacuation de fumée, utilisé dans l'appareil de fabrication d'acier conforme à l'invention, peut être réalisée comme décrit ci-dessus, mais on a constaté qu'il existe une relation spécifique entre la capacité de fusion (tonnes par heure) uniquement
<EMI ID=182.1>
<EMI ID=183.1>
mes d'expulsion, on a le débit A et la capacité de fusion B,si bien que l'équation 2 suivante est toujours constante:
<EMI ID=184.1>
Dans ce cas, K est une constante. Si la valeur de cette constante K est remplacée dans l'équation 3 ci-après, la valeur résultants V devient 1& capacité (débit du gaz à traiter) du système d'évacuation de fumée:
<EMI ID=185.1>
<EMI ID=186.1>
mée; et
T est la capacité de fabrication d'acier (tonnes/heure).