CA1283297C - Dispositif d'injection de matieres solides divisees dans un four, notamment dans un haut-fourneau siderurgique, et applications - Google Patents

Dispositif d'injection de matieres solides divisees dans un four, notamment dans un haut-fourneau siderurgique, et applications

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CA1283297C
CA1283297C CA000508441A CA508441A CA1283297C CA 1283297 C CA1283297 C CA 1283297C CA 000508441 A CA000508441 A CA 000508441A CA 508441 A CA508441 A CA 508441A CA 1283297 C CA1283297 C CA 1283297C
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Michel Schneider
Hugues Zanetta
Yann De Lassat De Pressigny
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    • C21METALLURGY OF IRON
    • C21BMANUFACTURE OF IRON OR STEEL
    • C21B5/00Making pig-iron in the blast furnace
    • C21B5/001Injecting additional fuel or reducing agents
    • C21B5/002Heated electrically (plasma)
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Abstract

La tuyère comporte une partie aval sensiblement cylindrique ou tronconique légèrement convergente et une partie amont tronconique divergente; la torche à plasma est placée coaxialement à la tuyère à l'entrée de la partie amont de la tuyère; la buse d'injection des matières débouche obliquement dans la partie amont de la tuyère dont la conicité avoisine l'angle d'expansion naturelle du jet de plasma de manière que les matières soient entraînées dans le jet de plasma et qu'une partie d'entre elles soient projetées sur la paroi interne de la tuyère, réalisant ainsi un autogarnissage.

Description

, ~F~I 7~7 Dispn~itif d'injection de matièrea solides divl~ées dnns un rour, notamment un hsut-rournesu sldérurgique, et applicatiDns_ L'invention concerne l'ln~ection de matières solides divisées, de préférence pulvérulentes, dans un four, notamment û5 dans un haut-fourneau.
Plus particulièrement, dans le cas d'un haut-fourneau - sidérurgique, les matières injectées peuvent être des oxydes métalliques, tels que du minerai de fer, et introduites au moyen d'une tuyère spécialisée directement dans la zone de réaction à
1D haute température du haut-fourneau.
~ ien que l'invention puisse, dans d'autres applications, êt~e utiliaée pour l'injection, par exemple, de charbon pulvérulent dans des fours de combustion, on se référera par la suite, pour des raisons de clarté de l'exposé, au cas de l'injection de matières dans un haut-fourneau sidérurgique pour la production de fonte.
Classiquement, ces injections sont des additions refroidissantes dont l'effet doit être compensé par un apport de chaleur procuré avantageusement par des torches électriques à
ZO plasma d'arc.
Un dispositif d'in~ection du type considéré est connu entre autres par le document FR-A-251Z313. Malheureusement, ce document ne décrit que très schématiquement le dispositif et ne s'attarde pas sur les difficultés de réalisation pratique de la tuyère qui doit résister à des températures très élevées et des conditions d'abrasion sévères.
Le but de l'lnvention est de propo9er un disposltif d'in~ectlon simple et résistant permettant effectlvement la mise en oeuvre de l'in~ection de matières solides divisaes accompagnee d'un apport calorifique à haute température par torches à plasma.
Pour attzindre ce but, le dispositif selon l'invention comprend une torche à plasma, une tuyère prolongeant la torche et au moins une buse d'inJection dzs mati5res solides en aval de la torche ; la tuyère comportz une partie aval sensiblement ~5 cylindricue ou tronconique lé5èrement conver5ente et une partie amo~t~ tronconique divergente ; la torche à plasma est placee coaxialement à la tuyère à l'entrée de la partie amont de la tuyère, la buse d'injection des matières solides débouche oblique-ment dans la partie amont de la tuyère et 1'angle de conicité
05 de la partie amont de la tuyère correspond sensiblement à 1'angle d'expansion naturelle du jet de plasma, de manière que ces matiè-res soient entra;nées dans le jet de plasma et qu'une partie d'entre elles soient projetées sur la paroi interne de la tuyère.
On obtlent de la sorte un autogarnlssage de le paroi interne de la tuyère qui d'une part llmite les pertes thermlques et d'autre part Joue un rôle protecteur de la perol de la tuyère à
l'égard de l'abraslon et des hautes températures.
De plu5, la couche trouve automatiquement une épalsseur d'équilibre.
~'effet d'autogarnissage est ~avorisé si les metières sGnt conoit~onnées en Doudre.
On peut conformer spécialement la paroi interne de la tuyère pour favorisèr l'accrochage des mati_res projetées.
D'autres caractéristiques et avantages de i'invention, ressGrtiront de la description suivante d'un mode de réalisation préferé. Il sera fait référence à la figure unique annexée qui reprcsente en coupe le dispositif de l'invention.
On y voit la tuyère 1 Gébouchant dans la zone de Z5 réaction Z d'un haut-fourneau sidérurgique, dont on a seulement repr~senté le blindage 3. La tuyère 1 comporte intérieurement une part~e aval sensiblement cylindrique 4 d'axe 5, que précède une partie amont 6 en forme de tronc de cone divergent de même axe 5.
Le ~assage intérieur de la tuyère est refroldl par des moyeng conventionnels (circulation d'eau par exemple) 5ymbolisé5 par les pointillés 7.
Une torche à plasma 8 est disposée dans le prolongement axial de la tuyère 1, sGn électrode aval 9 venant en butée ' :

3 1,~ 37 sphérique contre l'arrière de la tuyère 1, de telle manière que le jet de plasma debouche directement dans la partie conique 6 de la tuyère La conicite de celle-ci est sensiblement égale à l'angle naturel d'expansion du jet de plasma (couramment 11)~
Si cette conicité est sensiblement inférieure à cet angle, les vitesses périphériques de la veine de plasma seraient trop éle-vées pour permettre le dépôt de matières en paroi recherche Inversement, si elle est sensiblement supérieure à cet angle, il se créerait des zones de recirculation des gaz autour du jet de plasma, susceptible d'entrainer, par dépression, de la fonte liquide dans la tuyère, en provenance du haut-fourneau~
Des buses d'ln~ectlon 10 vlennent déboucher obllquement dans le partie con~que 6 de la tuyère et sont rellées a une ~ource ~'alimentation en mat~ère pulvérulente (oxydes de fer par exemple) et en gaz porteur. La matière pulvérulente injectée rencontre le ~et de plasma dans une zone à très haute température, plus de 4000C.
Lb matière pulvérulente passe à l'état liquide, et l'essentiel est emporté par le ~et de plasma dans la ~one de réaction du haut-fourneau. Mais en raison de l'agencement du dispositif de l'invention, une partie de la matière à tendance à
venir se plaquer contre la paroi interne refroidle de la tuyère, d'autant que ce phénomène est favorisé par l'effet de tourbillon du jet de plasma (existence d'un vortex). Il se forme alors sur la paroi interne de la tuyère 1 une couche 11 oont l'épaisseur est autorégulée : la matière en excès fond et tend à être emportée par le jet de p~asma~ Pour permettre à la matière injectée de bien se plaquer contre la paroi, il est préférable qu'elle ne soit pas délivrée dans la tuyère très profondément dans le ~et de plasma~
Avantageusement dono, les orlrioes de sortie des matière~ dans la tuyère afrleurent la surrace de la paroi, oomme montre sur la figure~
L'autogarnissage de la paroi interne de la tuyère peut être favorisé en prévoyant sur celle-ci une zone d'accrochage :
nota~ment en y disposant des picots ou inserts réfractaires. Pour la même raison, on peut prévoir que la partie aval 4 de la tuyère soit réalisée sous forme tronconique légèrement convergente.
Les parties aval 4 et amont 6 oe la tuyère peuvent être réalisées er une seule pièce ou en plusieurs pièces.

4 1;~ 7 ~ien entendu, l'inventlon s'étend au delà de l'exemple décrit ci-avant et s'applique à l'injection de matières solides finement divisées ~uelle que soit leur nature (oxyde métall~que, matière carbonée telle du charbon, coke, etc.) ou leur ~ conditionnement tpoussières sèches ou humides, ou sous forme de - pulpe, par exemple une pulpe aqueuse minerai-eau ou charbon-eau, etc.).
De même, les buses 1~ peuvent, si on le souhaite, se prolonger dans la tuyère à l'état neuf Mais, dès la première mise en servioe, la portion qui dépasse, offerte au jet de plas-ma, va rapidement disparaitre par fusion de sorte, qu'en utilisa-tion, les matières injectées seront délivrées au niveau de la surface de la paroi.

Claims (6)

1. Dispositif d'injection de matières solides finement divisées, dans un four, notamment dans un haut-fourneau, dispositif du type comportant une tuyère débouchant dans un haut-fourneau, au moins une buse d'injection des matières et une torche à plasma, caractérisé en ce que la tuyère comporte une partie aval sensiblement cylindrique ou tronconique légèrement convergente et une partie amont tronconique divergente, en ce que la torche est placée coaxialement à la tuyère à l'entrée de la partie amont de la tuyère, en ce que la buse d'injection des matières débouche obliquement dans la partie amont de la tuyère et que l'angle de conicité de la partie amont de la tuyère correspond sensiblement à l'angle d'expansion naturelle du jet de plasma, de manière que les matières soient entraînées dans le jet de plasma et qu'une partie d'entre elles soient projetées sur la paroi interne de la tuyère.
2. Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce que la paroi interne de la tuyère est spécialement conformée pour favoriser l'accrochage des matières projetées.
3. Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce que la buse d'injection des matières présente son ouverture de sortie au voisinage de la surface de la partie amont.
4. Procédé d'injection de matières solides dans un haut-fourneau utilisant le dis-positif selon l'une des revendications 1 à 3, caractérisé en ce que les matières solides injectées sont du minerai de fer.
5. Procédé d'injection de matières solides dans un haut-fourneau utilisant le dis-positif selon l'une des revendications 1 à 3, caractérisé en ce que les matières solides injectées sont du minerai de fer conditionné en pulpe aqueuse.
6. Procédé d'injection de matières solides dans un four de combustion utilisant le dispositif selon l'une des revendications 1 à 3, caractérisé en ce que les matières solides injectées sont du charbon.
CA000508441A 1985-05-06 1986-05-06 Dispositif d'injection de matieres solides divisees dans un four, notamment dans un haut-fourneau siderurgique, et applications Expired - Fee Related CA1283297C (fr)

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