CENTRE DE RECHERCHES METALLURGIQUES -
<EMI ID=1.1>
Association sans but lucratif -
<EMI ID=2.1>
à BRUXELLES, (Belgique) .
Dispositif de réduct ion des matières ferreuses.
La présents invention, relative à un dispositif de réduction de matières ferreuses en un métal, est applicable dans un four à cuve et en particulier dans un haut fourneau.
Il est connu de remplacer une partie du coke de la charge d'un haut fourneau et tout ou partie du vent chaud soufflé dans les tuyères principales par une certaine quantité de gaz réducteurs chauds injectés dans le creuset du haut fourneau. Ces gaz réducteurs sont injectés à une température élevée et contiennent principalement du CO et du H2 ,
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 ce 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 forte 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
<EMI ID=3.1>
conisé de produire des gaz réducteurs à partir d'un hydrocarbure liquide ou d'une matière solide carbonée, telle que du charbon, er. utilisant du gaz de gueulard cornue oxydant.
Dans tous les cas, les gaz réducteurs obtenus sont chauffés jusqu'à une température comprise entre 1500[deg.]C et 2300[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.
Suivant une modalité avantageuse de ce procédé, les gaz réducteurs peuvent être produits de différentes manières et notam-
<EMI ID=4.1>
à plasma, des fours à arc ou d'autres équipements de ce genre; dans le réacteur, les gaz sont en même temps surchauffés à la température requise. Ce réacteur est généralement disposé totalement ou partiellement à la place du busillon ou éventuellement il se place sur le busillon et les gaz réducteurs ainsi produits sont injectés dans le haut fourneau par la tuyère principale qui équipe ce busillon.
<EMI ID=5.1>
porte quel. combustible.
La présente invention est particulièrement applicable dans le cas où le réacteur comporte au moins deux électrodes entre lesquelles on fait jaillir un arc électrique.
Lors de son introduction dans le réacteur, le combustible passe entre deux électrodes entre lesquelles est produit un arc électrique destiné à provoquer l'échauffement et la combustion éventuellement en présence d'un agent oxydant tel que de l'air ou de l'air enrichi en oxygène. Cette combustion est
<EMI ID=6.1>
<EMI ID=7.1>
tuellement du N2 et de faibles quantités résiduelles de C02 et H20.
Au cours de ses essais pour la mise au point du procédé, le demandeur a constaté que les faibles quantités de suie résultant du cracking du combustible dans le réacteur à arc et projetées en direction de la tuyère d'injection, provoquaient des dépôts dans la busillon avec tous les inconvénients inhérents à ce genre de dépôts.
La présente invention a pour objet un dispositif permettant d'éliminer ces inconvénients par une suppression totale de tels dépôts de suie dans le busillon.
Cette invention est fondée sur l'idée originale que le dépôt de suie peut être évité par action aérodynamique due au mouvement d'un fluide injecté aux endroits où cette suie se dépose et simultanément par action refroidissante due à la réaction chimique de ce fluide en présence des gaz réducteurs surchauffés.
Bien que la description de l'invention soit principalement axée sur un haut fourneau utilisé pour la réduction du mine-
<EMI ID=8.1>
eet applicable pour un four à cuve servant à l'élaboration d'autres métaux tels que le cuivre, le plomb,...
Le dispositif, objet de la présente intention, comprenant :
- un four à cuve, et de préférence un haut fourneau, composé d'une cuve verticale et d'un creuset, la dite cuve étant <EMI ID=9.1>
autres revêtements, de manière à supporter les contraintes nées de la présence d'une charge ferreuse et des réactions de celle-ci avec le coke et des gaz réducteurs;
- des installations pour injecter un mélange gazeux dans le dit four, de préférence au niveau des tuyères principales, les installations précitées étant principalement constituées par les éléments suivants :
a) des moyens pour chauffer ou fabriquer et chauffer les gaz réducteurs ou autres formant le dit mélange gazeux, les dite moyens comportant au moins un réacteur, b) des moyens pour transporter ces gaz jusqu'aux tuyères d'injection,
est essentiellement caractérisé en ce qu'il comprend en outra des moyens pour injecter, aux endroits où la suie se dépose lors du passage des gaz réducteurs surchauffés, un fluide
<EMI ID=10.1>
refroidissante due à sa réaction chimique avec les dite gaz réducteurs s'opposent au dépôt de suie précité .
Suivant une modalité de l'invention, les moyens pour injecter la fluide destiné à s'opposer au dépôt de suie, consistant en une série de gicleurs ou d'une fente continue disposée, par exemple sous la forme d'une couronne, autour de l'orifice de sortie du facteur d'où proviennent les gaz réducteurs surchauffés.
AL
Suivant une deuxième modalité de l'invention, le mouvement du fluide injecté est tangentiel à la paroi où la suie se dépose.
Suivant une autre modalité de l'invention, le mouvement du fluide injecté est parallèle aux génératrices de la paroi où la suie se dépose.
Suivant une variante de cette dernière modalité, le mouvement du fluide injecté est rotationnel autour de l'axe longitudinal de symétrie de la paroi où la suie se dépose.
Le fluide injecté peut être suivant l'invention :
- un gaz oxydé tel que par exemple de l'air, 02, C02' H20 ou le mélange d'au moins deux d'entre eux,
- un gaz avec de l'eau pulvérisée.
En présence de gaz réducteurs surchauffée, l'eau sous toutes ses
<EMI ID=11.1>
duire du CO et au H2. Des Lors, il se produit Localement un
<EMI ID=12.1>
que la réaction soit légèrement exothermique, il se produit encore localement un effet refroidissant non négligeable.
La figure ci-jointe, donnée à titre d'exemple non limitatif, représente schématiquement une disposition conforme à la présente invention.
<EMI ID=13.1>
le haut fourneau 3. Le réacteur 4 du typa tour! plasma est situé dans la conduite 5 débouchant dans le busillon 1.
Les gaz réducteurs surchauffés sortant du four à plasma 4
<EMI ID=14.1>
de suie le long de la paroi 7 de la conduite 5.
Suivant la présente invention, une couronne 8 est disposée autour de l'orifice de sortie 9 du four à plasma 4 produisant les gaz réducteurs surchauffés. La couronne 8 est construite de façon à produire des jets tangentiels à la paroi 7, ces jets étant rectilignes, parallèles entre aux et parallèles aux génératrices de la paroi 7.
Le fluide injecté sur la paroi 7 est constitué par un mélange d'air et d'eau pulvérisée en fines gouttelettes.
METALLURGICAL RESEARCH CENTER -
<EMI ID = 1.1>
Nonprofit organization -
<EMI ID = 2.1>
in BRUXELLES, (Belgium).
Ferrous material reduction device.
The present invention, relating to a device for reducing ferrous materials to a metal, is applicable in a tank furnace and in particular in a blast furnace.
It is known to replace part of the coke from the charge of a blast furnace and all or part of the hot wind blown into the main nozzles with a certain quantity of hot reducing gases injected into the crucible of the blast furnace. These reducing gases are injected at a high temperature and mainly contain CO and H2,
Such replacement is especially recommended in order to reduce the consumption of coke which is an expensive fuel and sometimes difficult to supply. It is even conceivable that all the heat and reducing gas requirements are covered by this route. In this case, apart from its function of carburizing the metal, the coke would no longer play a role as a refractory mechanical support carrying the solid charge and allowing the settling of the fort and the slag.
It is known that there are currently several processes for manufacturing reducing gases, for example that by catalytic oxidation with water vapor or by partial oxidation with oxygen, applied to gaseous or liquid hydrocarbons.
In addition, in order to diversify energy sources
<EMI ID = 3.1>
conise to produce reducing gases from a liquid hydrocarbon or a carbonaceous solid matter, such as coal, er. using oxidizing retort gas.
In all cases, the reducing gases obtained are heated to a temperature between 1500 [deg.] C and 2300 [deg.] C to inject them into the crucible of the blast furnace. Such high temperatures can be reached in several ways, but excellent results have been obtained, according to a process recommended elsewhere by the applicant, by heating these gases in a plasma medium.
According to an advantageous modality of this process, the reducing gases can be produced in different ways and in particular
<EMI ID = 4.1>
plasma, arc furnaces or other such equipment; in the reactor, the gases are at the same time superheated to the required temperature. This reactor is generally placed totally or partially in place of the nozzle or possibly it is placed on the nozzle and the reducing gases thus produced are injected into the blast furnace by the main nozzle which equips this nozzle.
<EMI ID = 5.1>
wear what. combustible.
The present invention is particularly applicable in the case where the reactor has at least two electrodes between which an electric arc is blown up.
When introduced into the reactor, the fuel passes between two electrodes between which an electric arc is produced intended to cause heating and combustion, possibly in the presence of an oxidizing agent such as air or enriched air. in oxygen. This combustion is
<EMI ID = 6.1>
<EMI ID = 7.1>
of N2 and small residual amounts of C02 and H20.
During its tests for the development of the process, the applicant observed that the small amounts of soot resulting from the cracking of the fuel in the arc reactor and projected towards the injection nozzle, caused deposits in the nozzle with all the disadvantages inherent in this kind of deposits.
The present invention relates to a device for eliminating these drawbacks by completely eliminating such soot deposits in the nozzle.
This invention is based on the original idea that the soot deposition can be avoided by aerodynamic action due to the movement of an injected fluid at the places where this soot is deposited and simultaneously by cooling action due to the chemical reaction of this fluid in the presence superheated reducing gases.
Although the description of the invention is mainly focused on a blast furnace used for the reduction of the mine-
<EMI ID = 8.1>
and applicable for a shaft furnace used for the production of other metals such as copper, lead, ...
The device, object of the present intention, comprising:
- a tank furnace, and preferably a blast furnace, composed of a vertical tank and a crucible, the said tank being <EMI ID = 9.1>
other coatings, so as to withstand the stresses arising from the presence of a ferrous charge and of the reactions thereof with coke and reducing gases;
installations for injecting a gaseous mixture into said furnace, preferably at the level of the main nozzles, the aforementioned installations being mainly constituted by the following elements:
a) means for heating or manufacturing and heating the reducing or other gases forming said gaseous mixture, said means comprising at least one reactor, b) means for transporting these gases to the injection nozzles,
is essentially characterized in that it further comprises means for injecting, at the places where the soot is deposited during the passage of the superheated reducing gases, a fluid
<EMI ID = 10.1>
cooling due to its chemical reaction with said reducing gases oppose the aforementioned soot deposit.
According to one form of the invention, the means for injecting the fluid intended to oppose the deposit of soot, consisting of a series of nozzles or of a continuous slot arranged, for example in the form of a crown, around the outlet of the factor from which the superheated reducing gases originate.
AL
According to a second embodiment of the invention, the movement of the injected fluid is tangential to the wall where the soot is deposited.
According to another embodiment of the invention, the movement of the injected fluid is parallel to the generatrices of the wall where the soot is deposited.
According to a variant of the latter modality, the movement of the injected fluid is rotational about the longitudinal axis of symmetry of the wall where the soot is deposited.
The injected fluid can be according to the invention:
- an oxidized gas such as for example air, 02, C02 'H20 or the mixture of at least two of them,
- a gas with water spray.
In the presence of superheated reducing gases, water in all its forms
<EMI ID = 11.1>
reduce CO and H2. From then on, locally a
<EMI ID = 12.1>
that the reaction is slightly exothermic, a significant cooling effect still occurs locally.
The attached figure, given by way of nonlimiting example, schematically represents an arrangement in accordance with the present invention.
<EMI ID = 13.1>
the blast furnace 3. The reactor 4 of the typa tower! plasma is located in the pipe 5 opening into the nozzle 1.
Superheated reducing gases exiting the plasma oven 4
<EMI ID = 14.1>
of soot along the wall 7 of the pipe 5.
According to the present invention, a ring 8 is arranged around the outlet orifice 9 of the plasma oven 4 producing the superheated reducing gases. The crown 8 is constructed so as to produce jets tangential to the wall 7, these jets being rectilinear, parallel to and parallel to the generatrices of the wall 7.
The fluid injected on the wall 7 consists of a mixture of air and water sprayed into fine droplets.