Dispositif pour injecter des gaz réducteurs chauds dans
un four à cuve.
La présente invention est relative à un dispositif
pour l'injection de gaz réducteurs chauds dans un four à cuve et
en particulier dans un haut fourneau, de préférence au niveau des
tuyères principales.
Il est connu de remplacer une partie du coke de
la charge d'un haut fourneau et une partie du vent chaud soufflé dans les tuyères principales par une certaine quantité de
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Un tel remplacement est surtout préconisé en vue de réduire la consommation de coke qui est un combustible coûteux et d'approvisionnement parfois difficile. On peut même concevoir que l'ensemble des besoins en chaleur et en gaz réducteurs soit couvert par cette voie. Dans ce cas, en dehors de sa fonction de carburer le métal, le coke ne jouerait plus alors qu'un rôle de support mécanique réfractaire portant la charge solide et permettant la décantation de la fonte et du laitier.
On sait qu'il existe actuellement plusieurs procédés de fabrication de gaz réducteurs, par exemple celui par oxydation catalytique à la vapeur d'eau ou par oxydation partielle à l'oxygène, appliqué aux hydrocarbures gazeux ou liquides.
Par ailleurs, dans le but de diversifier les sources d'énergie utilisées en sidérurgie, le demandeur a également déjà préconisé de produire des gaz réducteurs à partir d'un hydrocarbure liquide ou d'une matière solide carbonée, telle que
du charbon, en utilisant du gaz de gueulard comme oxydant.
Dans tous les cas, les gaz réducteurs obtenus
sont chauffés jusqu'à une température comprise entre 1500[deg.]C et
2800[deg.]C pour les injecter dans le creuset du haut fourneau. Des températures aussi élevées peuvent être atteintes de plusieurs façons, mais d'excellents résultats ont été obtenus, suivant un procédé préconisé ailleurs par le demandeur, en chauffant ces
gaz en milieu plasmatique.
La présente invention a pour objet un dispositif spécialement, conçu pour injecter dans un four à cuve et en particulier dans un haut fourneau, des gaz réducteurs en vue de réaliser, dans les meilleures conditions - techniques et économiques - la réduction du minerai de fer.
Le promoteur de la présente invention a déjà préconisé ailleurs d'injecter dans un four à cuve des gaz réducteurs chauffés au moyen des fours à plasma équipant les tuyères principales.
Un tel équipement est très satisfaisant mais, dans certains cas, il y a cependant lieu de tenir compte des considérations suivantes :
1) il est possible, pour des raisons technologique, que le nombre de fours à plasma dont on peut équiper les tuyères principales soit insuffisant pour couvrir les besoins de l'injection; il faut alors pourvoir le four à cuve d'un dispositif qui permette d'effectuer le travail de ces fours à plasma d' une façon indépendante de ces tuyères.
2) il est possible également pour d'autres raisons technologiques qu'il ne soit pas nécessaire d'équiper toutes les tuyères d'injection en fours à plasma; il faut alors que le dispositif installé sur le four à cuve permette d'obtenir quand même le meilleur rendement des fours à plasma.
3) même si l'injection de gaz réducteurs chauds dans le creuset
du four au moyen des tuyères principales donne généralement d'excellents résultats, il est possible que pour certains types de marche, il soit préférable de faire travailler les tuyères principales uniquement avec du vent chaud et d'injecter les gaz réducteurs chauds au moyen de tuyères auxiliaires, il faut donc que l'installation équipant le four à cuve permette également cette souplesse de fonctionnement.
4) enfin il ne suffit pas, pour obtenir les résultats optima, de
procéder purement et simplement à l'injection de gaz réducteurs surchauffés.
Sur la base de ces considérations, le dispositif, objet de -la présente invention, est essentiellement caractérisé en ce qu'il est constitué d'un circuit d'injection comprenant :
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réducteurs,
b. des moyens pour transporter ces gaz réducteurs jusqu'aux tuyères
d'injection,
des moyens pour mesurer, de préférence directement en cours d'
opération, les caractéristiques telles que température, composition et débit de ces gaz,
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che du four et notamment la mise au mille de coke, la productivité, la température et la teneur en silicium de la fonte,
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nées, de préférence automatiquement, les modif ications éventuelles des caractéristiques des gaz réducteurs aux mesures des facteurs représentatifs de la marche du four.
Les moyens pour transporter les gaz réducteurs jusqu'aux tuyères d'injection sont constitués soit par les canalisations bien connues de l'équipement classique d'un four à cuve avec injection de vent (circulaire, busillon, etc....), soit par des canalisations distinctes des précédentes, dites auxiliaires, mais d'un type semblable en tout ou en partie (circulaire, busillon, etc...).
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dispositif comprend au moins deux circulaires dont l'une est une circulaire à vent classique raccordée normalement aux tuyères principales ou à certaines d'entre elles, tandis que la circulaire auxiliaire réservée exclusivement aux gaz réducteurs à injecter dans le four à cuve est raccordée à des tuyères auxiliaires situées aux environs du niveau des tuyères principales et/ou aux autres tuyères principales. Ces tuyères auxiliaires sont avantageusement disposées tout autour du four à cuve, au-dessus et/ou
en dessous des tuyères principales avec lesquelles elles présentent de préférence une répartition en quinconce.
Une telle disposition est avantageuse parce qu' elle permet de rendre indépendantes d'une part, l'injection du vent chaud par les tuyères principales et d'autre part, l'injection de gaz réducteurs chauds par les tuyères auxiliaires. Une telle indépendance permet évidemment d'assurer une meilleure répartition de l'ensemble des gaz dans le four à cuve au niveau des tuyères. Elle permet également de ne pas devoir chauffer tous les fluides utilisés aux températures élevées d'injection (1500[deg.]C -
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Suivant une deuxième modalité de l'invention, les tuyères d'injection de gaz réducteurs sont constituées par les tuyères principales du four.
Suivant une troisième modalité de l'invention, le circuit d'injection comprend une partie exclusivement réservée aux gaz réducteurs (circulaire, busillon, tuyères) et une autre
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Suivant une autre modalité de l'invention,les moyens pour mesurer les caractéristiques des gaz sont des pyromètres, des analyseurs de gaz et des débitmètres installés directement dans le circuit d'injection et fonctionnant de façon continue.
Dans la réalisation du dispositif de l'invention, les moyens pour mesurer les facteurs représentatifs de la charge sont des équipements connus soit du type classique tels des balances pour le poids du coke dans la charge, tels des pyromètres pour la température de la fonte, tels des analyseurs pour la teneur en Si de la fonte, soit des équipements électroniques avec. calculateur et programme appropriés pour déduire ces facteurs de calculs basés sur des bilans thermiques, bilans de matières, algorithmes, etc...
Egalement suivant l'invention, les moyens pour assujettir, suivant des consignes prédéterminées, les modifications des caractéristiques des gaz réducteurs aux mesures des facteurs représentatifs de la marche du four sont constitués par
f un calculateur capable d'enregistrer toutes les données, d'effectuer les calculs suivant un programme prédéterminé pour comparer les valeurs réelle et de consigne, de transmettre des signaux dans
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dites valeurs réelle et de consigne dans les délais les plus brefs.
Il s'est avéré particulièrement intéressant que les moyens pour chauffer ou fabriquer et chauffer les gaz réducteurs soient des fours à plasma.
Les gaz plaanagènes pilotes des chalumeaux constitutifs de certains fours à plasma peuvent être des gaz inertes
(argon ou de préférence azote) ou des gaz réducteurs dits purs
(H2 industriellement pur) ou encore de gaz réducteurs impurs parce qu'ils contiennent en plus de l'hydrogène, du CO et de l'azote en
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et C02.
Les chalumeaux sont avantageusement équipés d'un système de contrôle permettant de garder les chalumeaux à plasma sous pression au moyen d'un gaz inerte tel que par exemple de l' azote, ce qui protège les dits chalumeaux et empêche toute rentrée de gaz corrosifs.
Etant donné les vitesses élevées des gaz destinés à traverser les fours à plasma, on facilite le maintien des arcs électriques pilotes en mettant en suspension dans les gaz pilotes des matières appropriées finement moulues, par exemple des compo-
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Egalement suivant l'invention, les tuyères et/ou les fours à-plasma adjacents à ces tuyères occupant les sommets d'un polygone régulier ayant un nombre de côtés égal à 3 ou n sont reliés électriquement 3 à 3 ou n à n, suivant que le courant destiné à traverser cette liaison est triphasé ou n-phasé, le nombre total de ces tuyères, et/ou fours à plasma étant un multiple de trois ou de n. La source de ce coura nt est destinée à provoquer la circulation d'un.courant alternatif interne dans le ou les jets de plasma sortant des dites tuyères et/ou émis dans Les dits fours à plasma.
Suivant une modalité avantageuse de l'invention, les liaisons électriques établies entre les tuyères et/ou les fours à plasma groupés 3 à 3 ou n à n sont elles-mêmes reliées électriquement avec un circuit comprenant une source de courant alternatif triphasé ou n-phasé, la dite source étant destinée àprovoquer la circulation d'un courant alternatif intense à travers la charge entre les colonnes gazeuses sortant des tuyères principales et/ou des fours à plasma dont le nombre total est un multiple de trois
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même temps que le premier.
On réalise évidemment une isolation électrique aussi parfaite que possible d'une part, entre les tuyères principales et les fours à plasma adjacents et d'autre part, entre les tuyères principales et les parois du four à cuve.
On contrôle avantageusement l'injection des gaz réducteurs chauds dans le four à cuve, en utilisant comme variables d'action les paramètres électriques des circuits relatifs aux courants alternatifs superposés aux jets plasmatiques réalisés dans les fours à plasma et aux colonnes gazeuses sortant des tuyères principales.
Les figures 1 et 2 annexées sont données à titre d'exemple non limitatif, pour bien faire comprendre l'objet de la présente invention.
La figure 1 représente schématiqueinent la disposition d'un groupe de trois tuyères principales équipant un haut fourneau dans lequel on injecte des gaz réducteurs chauds, suivant le procédé de l'invention. La figure 2 représente une variante de la figure 1.
Suivant la figure 1, le haut fourneau (1) est garni de tuyères principales (2) groupées trois à trois et écar-
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équipées de fours à plasma (3) destinés à chauffer les gaz réducteurs à injecter dans le haut fourneau à une température élevée,
de l'ordre de 2300[deg.]C.
Au moyen des circuits électriques (4), on provoque la circulation d'un courant alternatif intense dans le ou les jets de plasma émis dans les fours (3) , avec pour conséquence le chauffage voulu de la colonne gazeuse qui traverse chacun de ces fours à plasma (3).
En outre, en provoque simultanément la circulation d'un autre courant alternatif intense à travers la charge entre les colonnes gazeuses sortant des tuyères principales (2). Cette circulation de courant alternatif est assurée en établissant une liaison électrique entre les circuits (4), cette liaison comprenant une source de courant appropriée.
Suivant la figure 2, la disposition ne diffère
de celle de la figure 1 que par la manière de provoquer la circulation d'un courant alternatif intense à travers la charge entre les colonnes gazeuses sortant des tuyères principales (2). La circulation de courant alternatif est assurée en établissant une liaison électrique (5) entre les tuyères (2), cette liaison électrique comprenant une source de courant appropriée.
Bien que plusieurs modalités opératoires du procédé suivant l'invention aient été décrites en détail ci-dessus,
il est évident que de nombreuses variantes peuvent être utilisées sans pour autant sortie du cadre de la présente invention.
Ainsi par exemple les schémas électriques mentionnés sont relatifs à des courants alternatifs triphasés mais
on peut évidemment utiliser des courants polyphasés suivant l'intérêt ou la nécessité présentés par une telle utilisation.
En ce qui concerne la circulation des courants alternatifs provoqués dans les jets plasmatiques émis dans les fours à plasma ou les colonnes gazeuses sortant des tuyères principales, il est bien connu que ces courants doivent naturellement être en phase pour obtenir les effets additionnels visés.
Toutes les ressources de la technique des plasmas sont également applicables aux fours à plasma équipant le four à cuve pour assurer une injection efficace de gaz réducteurs chauds dans le dit four à cuve. On peut citer par exemple le nombre optimum de fours, leur forme, leur disposition (en série), leur raccordement, l'ensemencement d'arcs, etc...
On notera aussi qu'il est particulièrement intéressant de munir les tuyères et les fours à plasma d'un champ magnétique destiné à empêcher que le plasma ne se fixe en un point, causant ainsi une usure rapide en ce point.
REVENDICATIONS
1. Dispositif pour injecter des gaz réducteurs chauds dans un four à cuve de réduction de minerais et en particulier d'un haut fourneau, caractérisé en ce qu'il est constitué d'un circuit d'injection comprenant :
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réducteurs,
b. des moyens pour transporter ces gaz réducteurs jusqu'aux tuyères d'injection,
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d'opération, les caractéristiques telles que température, composition et débit de ces gaz,
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che du four et notamment la mise au mille de coke, la productivité, la température et la teneur en silicium de la fonte,
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nées, de préférence automatiquement, les modifications éventuelles des caractéristiques des gaz réducteurs aux mesures des facteurs représentatifs de la marche du four.