CA1086066A - Methode de soufflage d'un haut fourneau et tuyeres correspondantes - Google Patents
Methode de soufflage d'un haut fourneau et tuyeres correspondantesInfo
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Abstract
Méthode de soufflage des fours à cuve de fusion, et plus spécialement des hauts-fourneaux,au moyen de tuyères non refroidis par circulation d'eau, et comportant trois conduits concentriques, dont l'un est central et les deux autres annulaires. Les produit central recevant le vent chaud introduit par la busillon. Cette méthode do soufflage est caractérisée en ce que l'on souffle dans le conduit intermédiaire un gaz oxydant non préchauffé, chargé ou non de matières pulvérulentes, et choisi dans le groupe constitué par: air enrichi en oxygène, mélange d'oxygène et de vapeur d'eau, mélange d'oxygène et de gaz carbonuque, oxygène pur chargé d'eau pulvérisée, oxygène pur, et en ce que l'on introduit un fluide ou une émulsion contenant des hydrocarbures dans le conduit annulaire extérieur, ce fluide ou cette émulsion pénétrant directement dans le haut-fourneau, et une tuyère de haut-fourneau non refroidie à l'eau,pour la mise en oeuvre de cette méthode de soufflage.
Description
6~6 '. ~ -La présente in~ention concerne une methode de soufflage des fours ~ cuve de fusion et plus sp~cialement des hauts-four-neaux, au moyen de nouvelles tuyères dépourvues de refroidisse-ment d'eau.
Les tuyères connues, pour hauts-fourneaux, sont compo-sées de cuivre ou d'un alliage de cuivre,et sont refroidies par une circulation d'eau, avec une entrée et un retour d'eau. Elles -sont noyées dans la paroi réfractaire du haut-fourneau, et leur ;~
extrémité fait saillie à l'intérieur du haut-fourneau, où elle se trouve très exposée. Il peut en résulter divers incidents de marche, et une durée de vie de ces tuyères qui ne dépasse guère .,, ,, ' .
12 mois, pour les hauts~fourneaux de taille moyenne, et qui, pour les hauts-fourneaux modernes de très grandes dimensions, est encore plus faible.
On a bien essayé de réaliser des tuyères de haut-four-neau obtenues par application sur le cuivre d'un revêtement mé-tallique, par exemple a base de nickel ou de cobalt, et de chrome, et d'un revêtement céramique, par exemple à base d'alumi- ~-ne ou de zircone, avec ou sans revêtement intermédiaire de cexmet, `- 20 combinant les bases précitêes.
La tenue de ces tuyères plus récentes a marqué dans certains cas une lé~ere amélioration sur les précédentes. Mais une telle amélioration n'est pas décisive, compte tenu du coût supplémentaire de ces revêtements spéciaux, et surtout du main-tien des divers inconvénients de l'actuel mode de soufflage au moyen de ces tuyères à refroidissement d'eau.
Parmi ces inconvénients, il faut en citer deux plus spécialement, qui sont caractéristiques des conditions actuelles de soufflage dans les hauts fourneaux, et donc de la conduite du haut-fourneau elle-même.
a~ L'injection du fuel-oil est généralement pratiquée au moyen de cannes latérales non refroidies, traversant oblique-.'~ , :.
; ' ~86~6~ii men~ la paroi des busillons qui alimentent en vent chaud les tuyeres.
b) L'enrichissement en oxygene du vent s'effectue en amont des Cowpers, si hien que c'est le vent enrichi qui se trou-ve préchauf~é.
De l'ensemble de ces modes de sou~flage connus, il ré-sulte que l'admission de fuel-oil est pratiquement limitée à
lO0 Kg par tonne de fonte, et ~ue l'enrichissement du ~ent est limité pratiquement a un maximum de 26% d'oxygene, d'ailleurs rarement atteint.
Le but de la présente invention est de réduire notable-ment les inconvénients en service des tuyeres de hauts-fourneaux - connues, de permettre de réaliser une augmentation importante de la qualité de fuel-oil introduite et de la quantité d'oxygane ; pur soufflé, et d'éviter le préchaufage de tout ou partie de 1 'oxygene pur.
A cet effet, la présente invention a d'abord pour objet une méthode de soufflage des fours a cuve de fusion et plus spé-cialement des hauts-fourneaux, au moyen de tuyères non refroi-dies par circulation d'eau, et comportant trois conduits concen-triques, dont l'un est central et les deux autres sont annulaires, le conduit central recevant le vent chaud introduit par le bu-sillon, cette méthode de soufflage étant caracterisée en ce ~ue ,i l'on souf1e, dans le conduit annulaire intermédiaire, un gaz oxydant non préchauffé, chargé ou non de matières pulvérulentes, et choisi dans le groupe constitué par: air enrichi en oxygene, mélange d'oxygène et de vapeur d'eau, mélange d'oxygène et de gaz , .
carbonique, oxygène pur chargé d'eau pulvéris~e, oxygène pur, et en ce que l'on introduit un fluide ou une émulsion contenant des hydrocarbures dans le conduit annulaire extérieur, ce fluide ou cette émulsion pénétrant directement dans le haut-fourneau.
Suivant une caractéristique particulière de la présente ~ 6~
``
.
: . .
invention, le vent chaud peut être constitué dlair chaud, non en-richi en oxygène. Il peut aussi, éventuellement, être faiblement enrichi.
Suivant une autre caractéristique particulière de la présente invention, le gaz oxydant non préchauffé peut contenir en suspension de la poudre de chaux ou de la poudre de castine.
` Suivant une autre caractéristique particulière de la présente invention, le fluide contenant des hydrocarbures peut être du fuel-oil lourd préchauffé, ou du fuel-oil léger, pré-chauffé ou non, ou du fuel-oil domestique, ou même un gaz tel que - du propane ou du butane, ou du gaz naturel; ou bien encore, l'é-~ mulsion contenant des hydrocarbures peut être une émulsion de : vapeur d'eau ou de gouttelettes d'eau dans du fuel-oil.
Suivant une autre caractéristique particulière de l'in-vention, on règle les débits et pressions de vent chaud, de gaz oxydant non préchauffé, de matières pulvérulentes de fluide ou d'émulsion contenant des hydrocarbures, en fonction de l'allure du ^ haut fourneau à réaliser, compte tenu de la perméabilité des charges.
Suivant une autre caractéristique particulière de l'in-vention, lorsque l'admission de gaz oxydant non préchau~é, ou bienl'admission d'hydrocarbures, sont interrompues, ces fluides sont remplacés par un vent de balayage constitué d'air, ou d'azote, ou de vapeur d'eau.
La présente invention a aussi pour objet une tuyère de soufflage de haut fourneau, caractérisée en ce qu'elle est consti-tuée d'au moins une pièce métallique munie de trois conduits con-centriques, don~ l'un est central et reçoit le vent chaud, et dont les deux autres sont annulaires et associés au précédent, les trois -~conduits débouchant directement dans le haut fourneau, et en ce que le conduit annulaire intermédiaire est alimenté en oxygène ou en gaz oxydant tandis que le conduit annulaire extérieur est alimenté
-~ en un ~luide ou une émulsion contenant des hydrocarbures.
~ ~3~
,: . ~,: ..
~ 11606~;
Suivant une première variante de la tuyère selon l'in-vention la ou les pièces métalliques constikuant la tuyère peuvent : ~ ~ - 3a -/, , . . ,: .
~D86~J16~
être moulees et/ou usinées et~ou soudées. Elles peuvent être -avantageusement realisees en cuivre ou en acier inox~dable~
Suivant une deuxieme variante de l'invention, la tuyere est constituee de trois tubes concentriques centr~s l'un par rapport a l'autre.
Suivant une caracteristique particuliere de la tuyère selon la deuxieme variante, le tube interieur de la tuyere est en acier ordinaire si la temperature du vent chaud est de 900 a 950C, et en acler inoxidable si la temperature du vent chaud est sup~rieure à 950C. Ce tube interieur peut être utilement garni intérieurement d'une couche de matiere refractaire, par exemple du béton réfractaire coulé.
Suivant une autre caractéristique particulière de la tuyere selon la deuxieme variante, le tube intermédiaire est en cuivre.
Suivant une autre caractéristique particuliere de la tuyere selon la deuxi~me variante, le tube extérieur est en acier ordinaire.
Suivant une autre caractéristique de l'invention, a faible distance du nez de la tuyere, des canaux de petit diame-tre font communiquer le conduit e~térieur, c'est-~-dire celui du fluide ou de l'émulsion contenant des hydrocarbures, avec le conduit intermédiaire, c'est-à-dire celui de l'oxygane ou de gaz oxydant non préchaufé, de acon à ce qu'une partie du débit d'hydrocarbures se trouve pulvérisée dans le courant d'oxygene ou de gaz oxydant juste avant sa sortie de la tuyere, tandis que l'autre partie du d~bit d'hydrocarbures continue son chemin dans le conduit extérieur, dont la section se trouve au besoin progres-sivement rétrécie, de pré~érence un peu plus que dans la propor-tion de la répartition des débits des deux parties précitées.
Un mode de réalisation spécialement privilégié d'unetuyere selon la caractéristique qui vient d'etre d~crite est .
6~6 .
caracterisee à la ~ois par une paroi externe du conduit d'oxy-- gène ou de gaz oxydant non préchauffé qui présente sur sa face interne le profil longitudinal d'un convergent-col-divergent, et par une arrivée des canaux de petit diametre, amenant une partie ::~
. du fluide ou de l'émulsion contenant les hydrocarbures, qui est disposee en une couronne de petits orifices debouchant dans le : divergent, ~ une faible distance du col.
L'avantage essentiel de cette caractéristique, speciale-ment développé dans le mode de réalisation privilégie decrit ci-dessus, est de réaliser une combustion tres amelioree des hydrocarbures, tout en maintenant une protection efficace de la r tuyëre contre toute détérioration par la partie du fluide ou de l'emulsion contenant des hydrocarbures qui continue son che- ~-min dans le conduit extérieur.
, Comme on le comprend, la methode de soufflage des hauts-fourneaux selon l'invention consiste a utiliser les hydro- ;
carbures à la fois comme elément protecteur des tuyères contre ;~
.
1'usure et comme élément chimiquement réducteur à l'intérieur du haut-~ourneau, et aussi à utiliser le gaz oxydant non pre- -.
chauffé a la fois comme élément refroidissant dans la tuyère, et comme élement oxydant dans le haut-fourneau.
Ce sont le double r81e thermique et chimique des hydro- :
carbures d'une part, et le double r81e thermique et chimique du gaz oxydant froid d'autre part, qui constituent l'essentiel de l'originalité de la présente invention, avec, comme conséquence, la disparition de la circulation d'eau des tuyeres.
Il est indispensable que le vent chaud ne soit pas en contact avec les hydrocarbures dans la tuyere, de part et d'autre d'un simple tube, car on risquerait alors d'observer un dépôt de carbone sur les parois du conduit d'hydrocarbures. C'est pourquoi le gaz oxydant non préchauffé est intercalé comme iso- `
lant thermique, entre le vent chaud, central, et les hydrocarbu- ~
.. . .
~. ',` ' .
~ 5 86~6~
.
res, introduits à la périphérie de la tuy~re pour assurer sa protection contre l'usure ~ chaud.
; Dans la mesure du possible, il est préférable, pour la même raison,dans la variante constituée de trois tubes concentri-ques, de réaliser le tube central en acier,dont la conductibilité
thermique n'est que moyenne, afin de limiter le plus possible la transmission au gaz oxydant non prechauffe de la chaleur en provenance du vent chaud, et de realiser le tube intermediaire en cuivre, dont la conductibilité thermique est excellente, afin de favoriser le plus possible la transmission au gaz oxydant non préchauffe de la chaleur en provenance des hydrocarbures.
Un garnissage refractaire sur la face interne du tube central dans la partie de ce tube qul conduit le vent chaud, com-plète utilement l'ensemble du dispositif, si ~ien que les hydro-carbures sont thermiquement très bien isoles du vent chaud.
Afin de bien faire comprendre l'invention, on va décri-re ci-après, à titre d'exemples non limitatifs deux modes de réa~
lisation de la méthode de soufflage selon l'invention, au moyen ;~ de deux types de tuyeres conformes a l'invention.
La figure 1 represente une coupe longitudinale d'une premiere tuyère selon l'invention et du busillon, de type connu, qui alimente en vent chaud.
La figure 2 représente une coupe transversale selon A A' de la m~me tuy~re La figure 3 est une coupe ~ongitudinale de la partie aval d'un deuxieme type de tuyère selon l'invention.
- La figure 4 est une coupe transversale de ce deuxième type de tuyere, selon ~ A'. ;
Sur la figure 1, on voie que, comme pour une tuyere de type connu, la paroi réfractaire 1 du haut-fourneau, comporant un orifice pour la mise en place de la tuyère considéree, reçoit une tympe 2 refroidie ~ l'eau et une chapelle metallique 3 non refroi-die.
La première tuyère selon l'invention, d'axe 4 de révo--- 1~86a:~616 ;
' lution, comprend trois tubes concentriques, qui sont:a) le tube central 5, en acier inoxydable, revêtu sur sa face in-` terne d'une mince couche 6 de béton refractaire coule.
b) le tube intermediaire 7, en cuivre.
c) le tube extérieur 8, en acier ordinaire.
Le tube 5 est centre dans le tube 7 t et le tube 7 est ., centre dans le tube 8, d'une façon tres précise, par tout moyenconnu, par exemple au moyen de bossages dont la hauteur est dé-terminée avec précision.
La tuyère est solidement positionnée dans la tympe 2 au moyen de la pièce-guide 9 en acier moulé, qui vient s'adapter en 10 ~ la tympe 2 grâce à une conicité convenable. Cette pièce , 9 est fixee au tube exterieur 8 de la tuyère par tout moyen con-venable.
Sur la face interne du tube interieur 5 est fixee une piace metallique de revolution 11 constituant butee par sa face interne conique 12. C'est contre cette face conique 12 de la .
pièce 11 que vient se positionner en butee le busillon 13. Ce bu-sillon 13 est de type connu. Il comprend ici un tube 14 soude . 20 à une tête 15 presentant un profil anterieur conique adapte à la face conique 12 de la pièce 11. Il est garni interieurement d'une couche de beton refractaire coule 15'. A son extr~mité amont, le tube 14 est soude à une embase de revolution 16. La pièce 17, elle même garnie de beton réfractaire 18, assure le raccordement du busillon 13 avec le porte-vent non represente sur les figures.
Le vent chaud, non enrichi en oxygène, arrive par le porte-vent et le busillon 13, d'une manière connue, jusqu'~ la tuyère selon l'invention. Dans la tuyère, il n'est en contact qu'avec la couche 6 de beton refractaire coule. Cette couche 6 et le tube intérieur 5 qui la supporte penètrent d'une certaine lon-gueur, assez faible d'ailleurs, ~ l'interieur du haut-fourneau. - -L'intervalle existant entre le tube central 5 de la - ~ 7 ~
~86~64E;
- tuyère et le tube intermediaire 7 sert au soufflage de l'oxygène pur, froid, qui est introduit tangentiellement par l'orifice 19.
De meme, l'orifice 20 sert à l'introduction tangentiel-le du fluide contenant des hydrocarbures, qui s'ecoule entre le tube intermédiaire 7 et le tube extérieur 8 de la tuyère. Dans le present exemple, ce fluide est du fuel-oil lourd préchauffé.
Le tube exterieur 8 se termine à la surface interne de la paroi réfractaire 1 du haut-fourneau, tandis que le tube inter-médaire 7 pén~tre un peu à l'intérieur du haut-fourneau, d'une longueur qui est toutefois moindre que celle du tube interne 5.
Ainsi, le fuel-oil peut assurer pleinement son rôle de protection de la tuyère et du revêtement refractaire du haut-fourneau contre ., , i l'usure, tout en participant également ~ une certaine combustion avec l'oxygène pur et avec le vent chaud, avant d'exercer un effet réducteur sur la charge par action des éléments: C0 et H2.
Pour le deuxième type de tuyère décrit ici à titre d'exemple non limitatif, la figure 3 est une coupe longitudinale de la partie aval d'une telle tuyère.
La figure 4 est une coupe transversale selon A-A', au niveau du col du conduit d'oxygène, ou de gaz oxydant, non pre-chauffe.
La partie aval de la tuyère selon le present mode de realisation comprend, de l'interieur vers l'exterieur:
a - une pièce metallique 21 qui peut etre cylindrique ou cylindro-conique, revêtue interieurement d'une couche refractaire isolante r 22, dont l'interieur constitue un conduit 23 parcouru par le vent chaud, constitu~ par de l'air px~chauE~ dans les cowpers et non enrichi en oxygène.
b- une pièce metallique 24, concentrique a la pièce 21, consti-30 tuant le conduit 25 d'amenée de l'oxygène pur, ou du gaz oxydantnon prechauffe, cylindrique sur sa face externe, mais presentant, sur sa face interne, après une partie cylindrique 26, un profil ~86~66 convergent 27, suivi d'un col 28, lui-même 5UiVi d'un profil di-vergent 29. Cette piece 24 est munie d'une couronne de petit canaux obliques tels que 30, qui débouchent en 31 dans le diver-gent 29, à une faible distance du col 28. La couronne de petit canaux est bien visible sur la figure 4.
c- une piace métallique 32, concentrique aux pièces 21 et 24, :
constituant le conduit 33 d'amenée du fluide ou de l'émulsion contenant des hydrocarbures, c~lindrique sur ses deux faces sur une certaine longueur, en 34, puis conique sur ses deux faces dans la partie 35 allant ~usqu'au nez de la tuyère.
Le total formé par la section annulaire de sortie du ~-conduit 33 en 36 et par la somme des sections de passage des canaux obliques en couronne tels que 30 doit être inférieur à
la section de passage annulaire du conduit 33 située entre la par-tie cylindrique 26 de la pièce 24 et la partie cylindrique 34 de la pièce 32, afin que l'écoulement du fluide ou de l'émulsion contenant des hydrocarbures s'effectue partout sous pression et "
sans décollement de paroi aussi bien dans les canaux obliques tels que 30 que dans la partie conique 35 de la pièce 32.
l 20 Les trois pièces metalliques 21, 24 et 32 peuvent être entlèrement distinctes, ou bien constituer des parties d'une pièce massive unique.
La partie aval de la tuyère selon l'invention représen- ;
tée sur la Eigure 3 peut être soit une partie d'une pièce massive .. . . ..
globale constituant toute la tuyere, soit raccordee par soudure ou par tout autre moyen connu ~ une partie amont assurant l'ali-menta~ion convenable des trois conduits 23, 25 et 33.
.~ , Le bon centrage de chacune des trois parties 21, 24 et 32 l'une par rapport à l'autre est assuré par tout moyen connu, ~ 30 tel que: bossages, aubes hélicoldales, entretoises, etc, non ; représenté sur les figures.
' CoI~me on le comprend, la méthode de soufflage selon > :
g _ ~ - ', .
86~66 , . .
l'invention au moyen de tuyères telles que celles qui viennent d'être décrites, présente d'importantes différences avec les méthodes de soufflage connues et donc constitue un moyen d'ac-tion entièrement nouveau sur la conduite du haut-fourneau. Les avantages de cette méthode de soufElage et-de ces types de tuyè-res sont multiples:
a) Tout d~abord on supprime touts les incidents de marche provoqués par les tuyères connues à refroidissement d'eau.
b) La zone la plus chaude n'est plus sur l'axe de la tuyère, à une certaine distance du nez de celle-ci. Elle est situee ici à la périphérie du jet composite constitué par le vent chaud et l'ox~gène pur ou le gaz oxydant. Elle intéres-se un volume de charge plus important et elle est ainsi mieuX
répartie. Il en résulte que l'on peut, sans inconvénient, ac-croître notablement la proportion d'oxygène par rapport au débit ; de vent chaud, et par voie de conséquence, accroître notablement . .
le débit de fuel-oil.
Il devient alors possible de dépasser une consomma-tion de fuel-oil de 110 Kg par tonne de fonte, c'est~à-dire de - 20 dépasser 100 grammes de fuel-oil par Nm3 de vent chaud, et, parallèlement, de dépasser 26% d'oxygène dans l'ensemble des deux débits donnes par le vent chaud et par l'oxygène pur ou le gaz oxydant non préchauffé.
c) Avec la méthode de sou~flage selon l'invention, il ; n'est plus indiqué d'introduire l'oxygène dans le vent avant prechauffage, puisqu'on souhaite au contraire disposer d'oxygène froid dans la tuyère. La totalite de la chaleur disponible dans les Cowpers est ainsi utilisee au prechauffage de l'air ordinai-; re qui va constituer le vent chaud. La consommation de vent chaud par tonne de fonte est plus basse, puisque la proportion d'oxy-gène pur peut etre notablement accrue. Bien entendue, il faut que cette reduction de la consommation d'air ordinaire par tonne de .~ :
~86~66 ~:
'` fonte reste dans une limite raisonnable, mais la seule limite est maintenant le volume minimal du ballast d'azote nécessaire pour ;' assurer le role de vehicule thermique dans la cuve du haut~
fourneau. On gagne donc sur les calories fournies par les ' Cowpers, et sur la quantité d'air ~rdinaire consommé. ' d) Il faut naturellement payer l'accroissement de con-sommation de fuel-oil et d'oxygene, mais ceci est compense par -l'economie realisée sur la consommation de coke.
En résumé, la méthode de soufflage selon l'invention présente des avantages tres importants, aussi bien dans la condui-te ou le bilan économique du haut-fourneau que dans l'entretien en service des tuyères.
Il est bien entendu que l'on peut, sans sortir du ca-dre de l'invention, imaginer des variantes ou'perfectionnements ' de détails, de même qu'envisager l'emploi de moyens équivalents.
C'est ainsi que des détails technologiques relatifs à
l'admission des fluides,ou au nez de la tuyère, ou bien encore que des perfectionnements dans le réglage des quantités relati- ' ves de vent chaud, d'oxygene ou de fluide contenant des hydro- '' carbures, rentrent dans le cadre de la présente invention.
Ainsi, de la poudre de chaux ou de castine, en suspension dans le gaz oxydant non préchauffér qui peut etre de l'oxygène pur, '' et qui ne traverse par les Cowpers, peut etre introduit direc-tement dans le haut-fourneau au niveau des tuyères. On dispose ainsi d'un moyen de réglage supplémentaire de la basicité du laitier.
On peut aussi pratiquer une injection de fuel-oil, de type connu, dans le busillon, qui s'ajoute alors au fuel-oil admis à la périphérie de la tuyère. ' On peut aussi remplacer l'un ou l'autre des conduits annulaires par une couronne de petits orifices, qui constitue un moyen équivalent. "
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Les tuyères connues, pour hauts-fourneaux, sont compo-sées de cuivre ou d'un alliage de cuivre,et sont refroidies par une circulation d'eau, avec une entrée et un retour d'eau. Elles -sont noyées dans la paroi réfractaire du haut-fourneau, et leur ;~
extrémité fait saillie à l'intérieur du haut-fourneau, où elle se trouve très exposée. Il peut en résulter divers incidents de marche, et une durée de vie de ces tuyères qui ne dépasse guère .,, ,, ' .
12 mois, pour les hauts~fourneaux de taille moyenne, et qui, pour les hauts-fourneaux modernes de très grandes dimensions, est encore plus faible.
On a bien essayé de réaliser des tuyères de haut-four-neau obtenues par application sur le cuivre d'un revêtement mé-tallique, par exemple a base de nickel ou de cobalt, et de chrome, et d'un revêtement céramique, par exemple à base d'alumi- ~-ne ou de zircone, avec ou sans revêtement intermédiaire de cexmet, `- 20 combinant les bases précitêes.
La tenue de ces tuyères plus récentes a marqué dans certains cas une lé~ere amélioration sur les précédentes. Mais une telle amélioration n'est pas décisive, compte tenu du coût supplémentaire de ces revêtements spéciaux, et surtout du main-tien des divers inconvénients de l'actuel mode de soufflage au moyen de ces tuyères à refroidissement d'eau.
Parmi ces inconvénients, il faut en citer deux plus spécialement, qui sont caractéristiques des conditions actuelles de soufflage dans les hauts fourneaux, et donc de la conduite du haut-fourneau elle-même.
a~ L'injection du fuel-oil est généralement pratiquée au moyen de cannes latérales non refroidies, traversant oblique-.'~ , :.
; ' ~86~6~ii men~ la paroi des busillons qui alimentent en vent chaud les tuyeres.
b) L'enrichissement en oxygene du vent s'effectue en amont des Cowpers, si hien que c'est le vent enrichi qui se trou-ve préchauf~é.
De l'ensemble de ces modes de sou~flage connus, il ré-sulte que l'admission de fuel-oil est pratiquement limitée à
lO0 Kg par tonne de fonte, et ~ue l'enrichissement du ~ent est limité pratiquement a un maximum de 26% d'oxygene, d'ailleurs rarement atteint.
Le but de la présente invention est de réduire notable-ment les inconvénients en service des tuyeres de hauts-fourneaux - connues, de permettre de réaliser une augmentation importante de la qualité de fuel-oil introduite et de la quantité d'oxygane ; pur soufflé, et d'éviter le préchaufage de tout ou partie de 1 'oxygene pur.
A cet effet, la présente invention a d'abord pour objet une méthode de soufflage des fours a cuve de fusion et plus spé-cialement des hauts-fourneaux, au moyen de tuyères non refroi-dies par circulation d'eau, et comportant trois conduits concen-triques, dont l'un est central et les deux autres sont annulaires, le conduit central recevant le vent chaud introduit par le bu-sillon, cette méthode de soufflage étant caracterisée en ce ~ue ,i l'on souf1e, dans le conduit annulaire intermédiaire, un gaz oxydant non préchauffé, chargé ou non de matières pulvérulentes, et choisi dans le groupe constitué par: air enrichi en oxygene, mélange d'oxygène et de vapeur d'eau, mélange d'oxygène et de gaz , .
carbonique, oxygène pur chargé d'eau pulvéris~e, oxygène pur, et en ce que l'on introduit un fluide ou une émulsion contenant des hydrocarbures dans le conduit annulaire extérieur, ce fluide ou cette émulsion pénétrant directement dans le haut-fourneau.
Suivant une caractéristique particulière de la présente ~ 6~
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invention, le vent chaud peut être constitué dlair chaud, non en-richi en oxygène. Il peut aussi, éventuellement, être faiblement enrichi.
Suivant une autre caractéristique particulière de la présente invention, le gaz oxydant non préchauffé peut contenir en suspension de la poudre de chaux ou de la poudre de castine.
` Suivant une autre caractéristique particulière de la présente invention, le fluide contenant des hydrocarbures peut être du fuel-oil lourd préchauffé, ou du fuel-oil léger, pré-chauffé ou non, ou du fuel-oil domestique, ou même un gaz tel que - du propane ou du butane, ou du gaz naturel; ou bien encore, l'é-~ mulsion contenant des hydrocarbures peut être une émulsion de : vapeur d'eau ou de gouttelettes d'eau dans du fuel-oil.
Suivant une autre caractéristique particulière de l'in-vention, on règle les débits et pressions de vent chaud, de gaz oxydant non préchauffé, de matières pulvérulentes de fluide ou d'émulsion contenant des hydrocarbures, en fonction de l'allure du ^ haut fourneau à réaliser, compte tenu de la perméabilité des charges.
Suivant une autre caractéristique particulière de l'in-vention, lorsque l'admission de gaz oxydant non préchau~é, ou bienl'admission d'hydrocarbures, sont interrompues, ces fluides sont remplacés par un vent de balayage constitué d'air, ou d'azote, ou de vapeur d'eau.
La présente invention a aussi pour objet une tuyère de soufflage de haut fourneau, caractérisée en ce qu'elle est consti-tuée d'au moins une pièce métallique munie de trois conduits con-centriques, don~ l'un est central et reçoit le vent chaud, et dont les deux autres sont annulaires et associés au précédent, les trois -~conduits débouchant directement dans le haut fourneau, et en ce que le conduit annulaire intermédiaire est alimenté en oxygène ou en gaz oxydant tandis que le conduit annulaire extérieur est alimenté
-~ en un ~luide ou une émulsion contenant des hydrocarbures.
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Suivant une première variante de la tuyère selon l'in-vention la ou les pièces métalliques constikuant la tuyère peuvent : ~ ~ - 3a -/, , . . ,: .
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être moulees et/ou usinées et~ou soudées. Elles peuvent être -avantageusement realisees en cuivre ou en acier inox~dable~
Suivant une deuxieme variante de l'invention, la tuyere est constituee de trois tubes concentriques centr~s l'un par rapport a l'autre.
Suivant une caracteristique particuliere de la tuyère selon la deuxieme variante, le tube interieur de la tuyere est en acier ordinaire si la temperature du vent chaud est de 900 a 950C, et en acler inoxidable si la temperature du vent chaud est sup~rieure à 950C. Ce tube interieur peut être utilement garni intérieurement d'une couche de matiere refractaire, par exemple du béton réfractaire coulé.
Suivant une autre caractéristique particulière de la tuyere selon la deuxieme variante, le tube intermédiaire est en cuivre.
Suivant une autre caractéristique particuliere de la tuyere selon la deuxi~me variante, le tube extérieur est en acier ordinaire.
Suivant une autre caractéristique de l'invention, a faible distance du nez de la tuyere, des canaux de petit diame-tre font communiquer le conduit e~térieur, c'est-~-dire celui du fluide ou de l'émulsion contenant des hydrocarbures, avec le conduit intermédiaire, c'est-à-dire celui de l'oxygane ou de gaz oxydant non préchaufé, de acon à ce qu'une partie du débit d'hydrocarbures se trouve pulvérisée dans le courant d'oxygene ou de gaz oxydant juste avant sa sortie de la tuyere, tandis que l'autre partie du d~bit d'hydrocarbures continue son chemin dans le conduit extérieur, dont la section se trouve au besoin progres-sivement rétrécie, de pré~érence un peu plus que dans la propor-tion de la répartition des débits des deux parties précitées.
Un mode de réalisation spécialement privilégié d'unetuyere selon la caractéristique qui vient d'etre d~crite est .
6~6 .
caracterisee à la ~ois par une paroi externe du conduit d'oxy-- gène ou de gaz oxydant non préchauffé qui présente sur sa face interne le profil longitudinal d'un convergent-col-divergent, et par une arrivée des canaux de petit diametre, amenant une partie ::~
. du fluide ou de l'émulsion contenant les hydrocarbures, qui est disposee en une couronne de petits orifices debouchant dans le : divergent, ~ une faible distance du col.
L'avantage essentiel de cette caractéristique, speciale-ment développé dans le mode de réalisation privilégie decrit ci-dessus, est de réaliser une combustion tres amelioree des hydrocarbures, tout en maintenant une protection efficace de la r tuyëre contre toute détérioration par la partie du fluide ou de l'emulsion contenant des hydrocarbures qui continue son che- ~-min dans le conduit extérieur.
, Comme on le comprend, la methode de soufflage des hauts-fourneaux selon l'invention consiste a utiliser les hydro- ;
carbures à la fois comme elément protecteur des tuyères contre ;~
.
1'usure et comme élément chimiquement réducteur à l'intérieur du haut-~ourneau, et aussi à utiliser le gaz oxydant non pre- -.
chauffé a la fois comme élément refroidissant dans la tuyère, et comme élement oxydant dans le haut-fourneau.
Ce sont le double r81e thermique et chimique des hydro- :
carbures d'une part, et le double r81e thermique et chimique du gaz oxydant froid d'autre part, qui constituent l'essentiel de l'originalité de la présente invention, avec, comme conséquence, la disparition de la circulation d'eau des tuyeres.
Il est indispensable que le vent chaud ne soit pas en contact avec les hydrocarbures dans la tuyere, de part et d'autre d'un simple tube, car on risquerait alors d'observer un dépôt de carbone sur les parois du conduit d'hydrocarbures. C'est pourquoi le gaz oxydant non préchauffé est intercalé comme iso- `
lant thermique, entre le vent chaud, central, et les hydrocarbu- ~
.. . .
~. ',` ' .
~ 5 86~6~
.
res, introduits à la périphérie de la tuy~re pour assurer sa protection contre l'usure ~ chaud.
; Dans la mesure du possible, il est préférable, pour la même raison,dans la variante constituée de trois tubes concentri-ques, de réaliser le tube central en acier,dont la conductibilité
thermique n'est que moyenne, afin de limiter le plus possible la transmission au gaz oxydant non prechauffe de la chaleur en provenance du vent chaud, et de realiser le tube intermediaire en cuivre, dont la conductibilité thermique est excellente, afin de favoriser le plus possible la transmission au gaz oxydant non préchauffe de la chaleur en provenance des hydrocarbures.
Un garnissage refractaire sur la face interne du tube central dans la partie de ce tube qul conduit le vent chaud, com-plète utilement l'ensemble du dispositif, si ~ien que les hydro-carbures sont thermiquement très bien isoles du vent chaud.
Afin de bien faire comprendre l'invention, on va décri-re ci-après, à titre d'exemples non limitatifs deux modes de réa~
lisation de la méthode de soufflage selon l'invention, au moyen ;~ de deux types de tuyeres conformes a l'invention.
La figure 1 represente une coupe longitudinale d'une premiere tuyère selon l'invention et du busillon, de type connu, qui alimente en vent chaud.
La figure 2 représente une coupe transversale selon A A' de la m~me tuy~re La figure 3 est une coupe ~ongitudinale de la partie aval d'un deuxieme type de tuyère selon l'invention.
- La figure 4 est une coupe transversale de ce deuxième type de tuyere, selon ~ A'. ;
Sur la figure 1, on voie que, comme pour une tuyere de type connu, la paroi réfractaire 1 du haut-fourneau, comporant un orifice pour la mise en place de la tuyère considéree, reçoit une tympe 2 refroidie ~ l'eau et une chapelle metallique 3 non refroi-die.
La première tuyère selon l'invention, d'axe 4 de révo--- 1~86a:~616 ;
' lution, comprend trois tubes concentriques, qui sont:a) le tube central 5, en acier inoxydable, revêtu sur sa face in-` terne d'une mince couche 6 de béton refractaire coule.
b) le tube intermediaire 7, en cuivre.
c) le tube extérieur 8, en acier ordinaire.
Le tube 5 est centre dans le tube 7 t et le tube 7 est ., centre dans le tube 8, d'une façon tres précise, par tout moyenconnu, par exemple au moyen de bossages dont la hauteur est dé-terminée avec précision.
La tuyère est solidement positionnée dans la tympe 2 au moyen de la pièce-guide 9 en acier moulé, qui vient s'adapter en 10 ~ la tympe 2 grâce à une conicité convenable. Cette pièce , 9 est fixee au tube exterieur 8 de la tuyère par tout moyen con-venable.
Sur la face interne du tube interieur 5 est fixee une piace metallique de revolution 11 constituant butee par sa face interne conique 12. C'est contre cette face conique 12 de la .
pièce 11 que vient se positionner en butee le busillon 13. Ce bu-sillon 13 est de type connu. Il comprend ici un tube 14 soude . 20 à une tête 15 presentant un profil anterieur conique adapte à la face conique 12 de la pièce 11. Il est garni interieurement d'une couche de beton refractaire coule 15'. A son extr~mité amont, le tube 14 est soude à une embase de revolution 16. La pièce 17, elle même garnie de beton réfractaire 18, assure le raccordement du busillon 13 avec le porte-vent non represente sur les figures.
Le vent chaud, non enrichi en oxygène, arrive par le porte-vent et le busillon 13, d'une manière connue, jusqu'~ la tuyère selon l'invention. Dans la tuyère, il n'est en contact qu'avec la couche 6 de beton refractaire coule. Cette couche 6 et le tube intérieur 5 qui la supporte penètrent d'une certaine lon-gueur, assez faible d'ailleurs, ~ l'interieur du haut-fourneau. - -L'intervalle existant entre le tube central 5 de la - ~ 7 ~
~86~64E;
- tuyère et le tube intermediaire 7 sert au soufflage de l'oxygène pur, froid, qui est introduit tangentiellement par l'orifice 19.
De meme, l'orifice 20 sert à l'introduction tangentiel-le du fluide contenant des hydrocarbures, qui s'ecoule entre le tube intermédiaire 7 et le tube extérieur 8 de la tuyère. Dans le present exemple, ce fluide est du fuel-oil lourd préchauffé.
Le tube exterieur 8 se termine à la surface interne de la paroi réfractaire 1 du haut-fourneau, tandis que le tube inter-médaire 7 pén~tre un peu à l'intérieur du haut-fourneau, d'une longueur qui est toutefois moindre que celle du tube interne 5.
Ainsi, le fuel-oil peut assurer pleinement son rôle de protection de la tuyère et du revêtement refractaire du haut-fourneau contre ., , i l'usure, tout en participant également ~ une certaine combustion avec l'oxygène pur et avec le vent chaud, avant d'exercer un effet réducteur sur la charge par action des éléments: C0 et H2.
Pour le deuxième type de tuyère décrit ici à titre d'exemple non limitatif, la figure 3 est une coupe longitudinale de la partie aval d'une telle tuyère.
La figure 4 est une coupe transversale selon A-A', au niveau du col du conduit d'oxygène, ou de gaz oxydant, non pre-chauffe.
La partie aval de la tuyère selon le present mode de realisation comprend, de l'interieur vers l'exterieur:
a - une pièce metallique 21 qui peut etre cylindrique ou cylindro-conique, revêtue interieurement d'une couche refractaire isolante r 22, dont l'interieur constitue un conduit 23 parcouru par le vent chaud, constitu~ par de l'air px~chauE~ dans les cowpers et non enrichi en oxygène.
b- une pièce metallique 24, concentrique a la pièce 21, consti-30 tuant le conduit 25 d'amenée de l'oxygène pur, ou du gaz oxydantnon prechauffe, cylindrique sur sa face externe, mais presentant, sur sa face interne, après une partie cylindrique 26, un profil ~86~66 convergent 27, suivi d'un col 28, lui-même 5UiVi d'un profil di-vergent 29. Cette piece 24 est munie d'une couronne de petit canaux obliques tels que 30, qui débouchent en 31 dans le diver-gent 29, à une faible distance du col 28. La couronne de petit canaux est bien visible sur la figure 4.
c- une piace métallique 32, concentrique aux pièces 21 et 24, :
constituant le conduit 33 d'amenée du fluide ou de l'émulsion contenant des hydrocarbures, c~lindrique sur ses deux faces sur une certaine longueur, en 34, puis conique sur ses deux faces dans la partie 35 allant ~usqu'au nez de la tuyère.
Le total formé par la section annulaire de sortie du ~-conduit 33 en 36 et par la somme des sections de passage des canaux obliques en couronne tels que 30 doit être inférieur à
la section de passage annulaire du conduit 33 située entre la par-tie cylindrique 26 de la pièce 24 et la partie cylindrique 34 de la pièce 32, afin que l'écoulement du fluide ou de l'émulsion contenant des hydrocarbures s'effectue partout sous pression et "
sans décollement de paroi aussi bien dans les canaux obliques tels que 30 que dans la partie conique 35 de la pièce 32.
l 20 Les trois pièces metalliques 21, 24 et 32 peuvent être entlèrement distinctes, ou bien constituer des parties d'une pièce massive unique.
La partie aval de la tuyère selon l'invention représen- ;
tée sur la Eigure 3 peut être soit une partie d'une pièce massive .. . . ..
globale constituant toute la tuyere, soit raccordee par soudure ou par tout autre moyen connu ~ une partie amont assurant l'ali-menta~ion convenable des trois conduits 23, 25 et 33.
.~ , Le bon centrage de chacune des trois parties 21, 24 et 32 l'une par rapport à l'autre est assuré par tout moyen connu, ~ 30 tel que: bossages, aubes hélicoldales, entretoises, etc, non ; représenté sur les figures.
' CoI~me on le comprend, la méthode de soufflage selon > :
g _ ~ - ', .
86~66 , . .
l'invention au moyen de tuyères telles que celles qui viennent d'être décrites, présente d'importantes différences avec les méthodes de soufflage connues et donc constitue un moyen d'ac-tion entièrement nouveau sur la conduite du haut-fourneau. Les avantages de cette méthode de soufElage et-de ces types de tuyè-res sont multiples:
a) Tout d~abord on supprime touts les incidents de marche provoqués par les tuyères connues à refroidissement d'eau.
b) La zone la plus chaude n'est plus sur l'axe de la tuyère, à une certaine distance du nez de celle-ci. Elle est situee ici à la périphérie du jet composite constitué par le vent chaud et l'ox~gène pur ou le gaz oxydant. Elle intéres-se un volume de charge plus important et elle est ainsi mieuX
répartie. Il en résulte que l'on peut, sans inconvénient, ac-croître notablement la proportion d'oxygène par rapport au débit ; de vent chaud, et par voie de conséquence, accroître notablement . .
le débit de fuel-oil.
Il devient alors possible de dépasser une consomma-tion de fuel-oil de 110 Kg par tonne de fonte, c'est~à-dire de - 20 dépasser 100 grammes de fuel-oil par Nm3 de vent chaud, et, parallèlement, de dépasser 26% d'oxygène dans l'ensemble des deux débits donnes par le vent chaud et par l'oxygène pur ou le gaz oxydant non préchauffé.
c) Avec la méthode de sou~flage selon l'invention, il ; n'est plus indiqué d'introduire l'oxygène dans le vent avant prechauffage, puisqu'on souhaite au contraire disposer d'oxygène froid dans la tuyère. La totalite de la chaleur disponible dans les Cowpers est ainsi utilisee au prechauffage de l'air ordinai-; re qui va constituer le vent chaud. La consommation de vent chaud par tonne de fonte est plus basse, puisque la proportion d'oxy-gène pur peut etre notablement accrue. Bien entendue, il faut que cette reduction de la consommation d'air ordinaire par tonne de .~ :
~86~66 ~:
'` fonte reste dans une limite raisonnable, mais la seule limite est maintenant le volume minimal du ballast d'azote nécessaire pour ;' assurer le role de vehicule thermique dans la cuve du haut~
fourneau. On gagne donc sur les calories fournies par les ' Cowpers, et sur la quantité d'air ~rdinaire consommé. ' d) Il faut naturellement payer l'accroissement de con-sommation de fuel-oil et d'oxygene, mais ceci est compense par -l'economie realisée sur la consommation de coke.
En résumé, la méthode de soufflage selon l'invention présente des avantages tres importants, aussi bien dans la condui-te ou le bilan économique du haut-fourneau que dans l'entretien en service des tuyères.
Il est bien entendu que l'on peut, sans sortir du ca-dre de l'invention, imaginer des variantes ou'perfectionnements ' de détails, de même qu'envisager l'emploi de moyens équivalents.
C'est ainsi que des détails technologiques relatifs à
l'admission des fluides,ou au nez de la tuyère, ou bien encore que des perfectionnements dans le réglage des quantités relati- ' ves de vent chaud, d'oxygene ou de fluide contenant des hydro- '' carbures, rentrent dans le cadre de la présente invention.
Ainsi, de la poudre de chaux ou de castine, en suspension dans le gaz oxydant non préchauffér qui peut etre de l'oxygène pur, '' et qui ne traverse par les Cowpers, peut etre introduit direc-tement dans le haut-fourneau au niveau des tuyères. On dispose ainsi d'un moyen de réglage supplémentaire de la basicité du laitier.
On peut aussi pratiquer une injection de fuel-oil, de type connu, dans le busillon, qui s'ajoute alors au fuel-oil admis à la périphérie de la tuyère. ' On peut aussi remplacer l'un ou l'autre des conduits annulaires par une couronne de petits orifices, qui constitue un moyen équivalent. "
-- 11 -- .
Claims (10)
1. Méthode de soufflage des fours à cuve de fusion, et plus spécialement des hauts fourneaux, au moyen de tuyères non refroidies par circulation d'eau, et comportant trois conduits concentriques, dont l'un est central et les deux autres annu-laires, le conduit central recevant le vent chaud introduit par le busillon, cette méthode de soufflage étant caractérisée en ce que l'on souffle dans le conduit intermédiaire un gaz oxydant non préchauffé, chargé ou non de matières pulvérulentes, et choisi dans le groupe constitué par : air enrichi en oxygène, mélange d'oxygène et de vapeur d'eau, mélange d'oxygène et de gaz carbonique, oxygène pur chargé d'eau pulvérisée, oxygène pur, et en ce que l'on introduit un fluide ou une émulsion contenant des hydrocarbures dans le conduit annulaire extérieur, ce fluide ou cette émulsion pénétrant directement dans le haut fourneau.
2. Méthode de soufflage selon la revendication 1, caractérisée en ce que le vent chaud est constitué d'air chaud, non enrichi en oxygène.
3. Méthode de soufflage selon les revendications 1 et 2, caractérisée en ce que le gaz oxydant non préchauffé
contient en suspension de la poudre de chaux ou de la poudre de castine.
contient en suspension de la poudre de chaux ou de la poudre de castine.
4. Méthode de soufflage selon la revendication 1, caractérisée en ce que le fluide contenant des hydrocarbures est choisi dans le groupe constitué par le fuel-oil lourd préchauffé, le fuel-oil léger ou domestique, le propane, le butane et le gaz naturel.
5. Méthode de soufflage selon la revendication 1, caractérisé en ce que l'émulsion contenant des hydrocarbures est une émulsion de vapeur d'eau ou de gouttelettes d'eau dans du fuel-oil.
6. Méthode de soufflage selon la revendication 1, caractérisée en ce que l'on souffle un vent de balayage constitué d'air, ou d'azote, ou de vapeur d'eau, lorsque l'admission de gaz oxydant non préchauffé, ou l'admission d'hydrocarbures, sont interrompues.
7. Tuyère de soufflage d'un haut fourneau, caractérisée en ce qu'elle est constituée d'au moins une pièce métallique munie de trois conduits concentriques, dont l'un est central et reçoit le vent chaud, et dont les deux autres sont annulaires et associés au précédent, les trois conduits débouchant directement dans le haut fourneau, et en ce que le conduit annulaire intermédiaire est alimenté en oxygène ou en gaz oxydant tandis que le conduit annulaire extérieur est alimenté
en un fluide ou une émulsion contenant des hydrocarbures.
en un fluide ou une émulsion contenant des hydrocarbures.
8. Tuyère selon la revendication 7, caractérisée en ce qu'une pluralité de canaux de petit diamètre, disposés à
proximité du nez de la tuyère, font communiquer le conduit annulaire extérieur, alimenté en un fluide ou une émulsion contenant des hydrocarbures, avec le conduit annulaire intermédiaire, alimenté en oxygène ou en gaz oxydant, pulvérisant ainsi une partie du débit d'hydrocarbures dans le courant d'oxygène ou de gaz oxydant avant la sortie de la tuyère, tandis que le restant du débit d'hydrocarbures se trouve contenu dans ledit conduit annulaire extérieur suivant un chemin dont la section transversale est progressivement décroissante.
proximité du nez de la tuyère, font communiquer le conduit annulaire extérieur, alimenté en un fluide ou une émulsion contenant des hydrocarbures, avec le conduit annulaire intermédiaire, alimenté en oxygène ou en gaz oxydant, pulvérisant ainsi une partie du débit d'hydrocarbures dans le courant d'oxygène ou de gaz oxydant avant la sortie de la tuyère, tandis que le restant du débit d'hydrocarbures se trouve contenu dans ledit conduit annulaire extérieur suivant un chemin dont la section transversale est progressivement décroissante.
9. Tuyère selon la revendication 8, caractérisée en ce que la section transversale de la sortie dudit conduit annulaire extérieur augmente du total des sections transversales desdits canaux de petit diamètre est inférieure à la section transversale dudit conduit annulaire extérieur considérée en amont de l'entrée desdits canaux de petit diamètre.
10. Tuyère selon les revendications 8 ou 9, carac-térisée en ce que la face interne de la paroi externe du conduit annulaire intermédiaire présente un profil longitudinal en Venturi, comportant une partie convergente, un col et une partie divergente, et en ce que les canaux de petit diamètre, disposés en couronne, débouchent dans la partie divergente, à une faible distance du col.
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