EP0170566B1 - Procédé pour le réchauffage du gaz de soufflage d'un haut-fourneau par un générateur de plasma - Google Patents

Procédé pour le réchauffage du gaz de soufflage d'un haut-fourneau par un générateur de plasma Download PDF

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EP0170566B1
EP0170566B1 EP85401313A EP85401313A EP0170566B1 EP 0170566 B1 EP0170566 B1 EP 0170566B1 EP 85401313 A EP85401313 A EP 85401313A EP 85401313 A EP85401313 A EP 85401313A EP 0170566 B1 EP0170566 B1 EP 0170566B1
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plasma generator
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    • C21B5/001—Injecting additional fuel or reducing agents
    • C21B5/002—Heated electrically (plasma)
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C22—METALLURGY; FERROUS OR NON-FERROUS ALLOYS; TREATMENT OF ALLOYS OR NON-FERROUS METALS
    • C22B—PRODUCTION AND REFINING OF METALS; PRETREATMENT OF RAW MATERIALS
    • C22B5/00—General methods of reducing to metals
    • C22B5/02—Dry methods smelting of sulfides or formation of mattes
    • C22B5/12—Dry methods smelting of sulfides or formation of mattes by gases
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C22—METALLURGY; FERROUS OR NON-FERROUS ALLOYS; TREATMENT OF ALLOYS OR NON-FERROUS METALS
    • C22B—PRODUCTION AND REFINING OF METALS; PRETREATMENT OF RAW MATERIALS
    • C22B9/00—General processes of refining or remelting of metals; Apparatus for electroslag or arc remelting of metals
    • C22B9/05—Refining by treating with gases, e.g. gas flushing also refining by means of a material generating gas in situ

Definitions

  • the present invention relates to a method for heating the blowing gas of a blast furnace by a plasma generator.
  • the present invention relates to a process for heating the blowing gas of a blast furnace by a plasma generator not requiring significant modifications to the blast furnace to which it is applied; it does not fundamentally change the operating principle of the blast furnace, and does not call into question the alignment of the nozzle and of the adjacent portion of the blowing gas pipe, while avoiding the risks of excessive wear and destruction of the walls of said pipe by the plasma.
  • the method for heating the blowing gas of a blast furnace by means of a plasma generator, said blowing gas circulating in a pipe into which the nozzle of said plasma generator opens. and which leads to an injection nozzle in said blast furnace, and the axis of said nozzle converging towards that of said pipe, is remarkable in that the acute angle A between the axis of the nozzle and the axis of the pipe is at most equal to 50 °, in that the distance 1 separating the point of intersection of the axis of the pipe and the axis of the nozzle from the center of the outlet orifice of said nozzle is at most equal to , D being the internal diameter of said blowing gas pipe and in that the ratio $, in which d is the internal diameter of said nozzle outlet orifice, is at least equal to 1.5.
  • the Applicant has in fact found that if the conditions mentioned above are met, there is an envelope of blowing gas around the plasma jet, so that the walls of the pipe are isolated from the contact of said plasma jet and therefore protected against the destructive action of it. It is noted that, under the aforementioned conditions, the penetration of the plasma jet creates a turbulence which ensures the sweeping of the internal wall of the pipe by the blowing gas, thus achieving a kind of cladding.
  • the angle A between the axis of the nozzle of the plasma generator and the axis of the blowing gas pipe is close to 40 °.
  • the distance 1 is at least equal to . If the ratio is greater than 4, the distance 1 can tend towards zero and become zero.
  • Figure 1 is a schematic and partial section illustrating the method according to the invention.
  • FIG. 2 is a diagram giving the variations in temperature T (in K) of the wall of the blowing gas pipe as a function of an abscissa measured parallel to the axis of said pipe.
  • FIG. 1 a portion of the wall 1 of a blast furnace is shown, in which a nozzle 2 for injecting blowing gas is arranged.
  • the nozzle 2 is supplied with blowing gas via a pipe 3.
  • the nozzle 2 and the pipe 3 are aligned and have the same axis X-X.
  • the blowing gas circulating in the pipe 3 is for example at a temperature of 1300 ° C., with a pressure of 1.5 bar relative and its flow rate is for example 500 N m 3 / h.
  • a plasma generator 4 is arranged, the nozzle 5 of which emits a jet of plasma through its outlet orifice 6.
  • the nozzle 5 enters the line 3 and its axis YY makes an acute angle A equal to 40 ° relative to the axis XX of the pipe 3.
  • the plasma jet is for example at a temperature of 4300 ° C, with a pressure of 2.5 relative bars and its flow rate is for example 4500 Nm3 / h.
  • FIG. 2 shows, on the one hand, that the temperature of wall 3 which is 1573 K (that is to say 1300 ° C.) upstream of point I, does not believe immediately downstream of it and, on the other hand, that the temperature increase downstream of point 1 is moderate and gradual, evolving steadily, without the appearance of hot spots, towards the mixing temperature which is around 2000 ° C (2273 K).

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Description

  • La présente invention a pour objet un procédé pour le réchauffage du gaz de soufflage d'un haut-fourneau par un générateur de plasma.
  • On sait qu'il est souvent souhaitable d'accroître autant que possible la température du gaz de soufflage d'un haut-fourneau, afin d'augmenter la production et de réduire la quantité de coke nécessaire au fonctionnement dudit haut-fourneau.
  • A cet effet, il est déjà connu d'équiper un haut-fourneau d'un générateur de plasma et de relier la sortie dudit générateur à la conduite amenant le gaz de soufflage à la tuyère l'injectant dans ledit haut fourneau.
  • Une telle technique est par exemple décrite dans les brevets FR-A-2 223 449, FR-A-2 223 647, GB-A-1 488 976, US-A-4 363 656 et FR-A-2 515 326.
  • Toutefois, cette technique soulève des difficultés de mise en oeuvre. En effet, le plasma engendré par le générateur est à très haute température (plusieurs milliers de °C), de sorte que, en pénétrant dans la conduite du gaz de soufflage et en entrant en contact avec les parois de celle-ci, il entraine une usure accélérée et la destruction desdites parois. Dans le brevet US-A-4 363 656, on constate déjà cet inconvénient à propos de la technique du brevet GB-A-1 488 976, et on propose, pour y remédier, d'incliner les axes du générateur de plasma et de la conduite du gaz de soufflage par rapport à l'axe de la tuyère d'injection dans le haut-fourneau. Il en résulte coude entre la conduite de soufflage et la tuyère qui peut engendrer des perturbations dans l'écoulement du gaz de soufflage. De plus, une telle solution n'est pas aisée à mettre en oeuvre pour perfectionner un haut-fourneau préexistant.
  • La présente invention a pour objet un procédé pour le réchauffage du gaz de soufflage d'un haut-fourneau par un generateur de plasma ne nécessitant pas de modifications importantes du haut-fourneau sur lequel elle est appliquée; elle ne change pas fondamentalement le principe de fonctionnement du haut-fourneau, et ne remet pas en cause l'alignement de la tuyère et de la portion adjacente de conduite de gaz de soufflage, tout en évitant les risques d'usure excessive et de destruction des parois de ladite conduite par le plasma.
  • A cette fin, selon l'invention, le procédé pour le réchauffage du gaz de soufflage d'un haut-fourneau au moyen d'un générateur de plasma, ledit gaz de soufflage circulant dans une conduite dans laquelle débouche la buse dudit générateur de plasma et qui aboutit à une tuyère d'injection dans ledit haut-fourneau, et l'axe de ladite buse convergeant vers celui de ladite conduite, est remarquable en ce que l'angle aigu A entre l'axe de la buse et l'axe de la conduite est au plus égal à 50°, en ce que la distance 1 séparant le point d'intersection de l'axe de la conduite et de l'axe de la buse du centre de l'orifice de sortie de ladite buse est au plus égale à
    Figure imgb0001
    , D étant le diamètre intérieur de ladite conduite du gaz de soufflage et en ce que le rapport $, dans lequel d est le diamètre intérieur dudit orifice de sortie de la buse, est au moins égal à 1,5.
  • La demanderesse a en effet constaté que si les conditions mentionnées ci-dessus sont réunies, il se produit une enveloppe de gaz de soufflage autour du jet de plasma, de sorte que les parois de la conduite sont isolées du contact dudit jet de plasma et donc protégées contre l'action destructrice de celui-ci. On constate que, dans les conditions précitées, la pénétration du jet de plasma crée une turbulence qui assure le balayage de la paroi interne de la conduite par le gaz de soufflage réalisant ainsi une sorte de gainage.
  • De préférence, l'angle A entre l'axe de la buse du générateur de plasma et l'axe de la conduite de gaz de soufflage est voisin de 40°.
  • Si le rapport $ tout en étant supérieur à 1,5 est inférieur à 4, il est avantageux que la distance 1 soit au moins égale à
    Figure imgb0002
    . Si le rapport est supérieur à 4, la distance 1 peut tendre vers zero et devenir nulle.
  • Les figures du dessin annexé feront bien comprendre comment l'invention peut être réalisée.
  • La figure 1 est une coupe schématique et partielle, illustrant le procédé selon l'invention.
  • La figure 2 est un diagramme donnant les variations de la température T (en K) de la paroi de la conduite du gaz de soufflage en fonction d'une abscisse mesurée parallèlement à l'axe de ladite conduite.
  • Sur la figure 1, on a représenté une portion de paroi 1 de haut-fourneau, dans laquelle est agencée une tuyère 2 d'injection de gaz de soufflage. La tuyère 2 est alimentée en gaz de soufflage par une conduite 3. La tuyère 2 et la conduite 3 sont alignées et ont le même axe X-X.
  • Le gaz de soufflage circulant dans la conduite 3 est par exemple à une température de 1300°C, avec une pression de 1,5 bar relatif et son débit est par exemple de 500 N m3/h.
  • En dérivation sur la conduite 3 est agencé un générateur de plasma 4 dont la buse 5 émet un jet de plasma à travers son orifice de sortie 6. La buse 5 pénètre dans la conduite 3 et son axe Y-Y fait un angle aigu A égal à 40° par rapport à l'axe X-X de la conduite 3. Les axes X-X et Y-Y se coupent en 1 et la distance 1 entre le point 1 et le centre C de l'orifice de sortie 6 de la buse est au plus égale à 1 =
    Figure imgb0003
     (position 61) et au moins égale à 1 =
    Figure imgb0004
     (position 62), si le rapport
    Figure imgb0005
     des diamètres intérieurs de la conduite 3 et de la buse 5 est supérieur à 1,5, mais inférieure 4. Si ce rapport était supérieur à 4, le point C pourrait être confondu avec le point I.
  • Le jet de plasma est par exemple à une température de 4300° C, avec une pression de 2,5 bars relatifs et son débit est par exemple de 4500 Nm3/h.
  • Si les conditions précédentes sont réalisées, on constate que le jet de plasma émis par le générateur 4 est enveloppé par le gaz de soufflage et que les parois internes de la conduite 3 sont isolées dudit plasma.
  • Ce résultat est illustré par la figure 2, qui montre, d'une part, que la température de la paroi 3 qui est de 1573 K (c'est-à-dire 1300°C) en amont du point I, ne croit pas immédiatement en aval de celui-ci et, d'autre part, que l'augmentation de température en aval du point 1 est modérée et progressive, en évoluant de manière régulière, sans apparition de points chauds, vers la température de mélange qui est de l'ordre de 2000°C (2273 K).

Claims (4)

1. Procédé pour le réchauffage du gaz de soufflage d'un haut-fourneau au moyen d'un générateur de plasma (4), ledit gaz de soufflage circulant dans une conduite (3) dans laquelle débouche la buse (5) dudit générateur de plasma (4) et qui aboutit à une tuyère (2) d'injection dans ledit haut-fourneau (1), et l'axe (Y-Y) de ladite buse (5) convergeant vers celui (X-X) de ladite conduite (3), caractérisé en ce que l'angle aigu A entre l'axe (Y-Y) de la buse (4) et l'axe (X-X) de la conduite (3) est au plus égal à 50°, en ce que la distance 1 séparant le point d'intersection (I) de l'axe (X-X) de la conduite (3) et de l'axe (Y-Y) de la buse (5) du centre (C) de l'orifice de sortie (6) de ladite buse (5) est au plus égale à
Figure imgb0006
, D étant le diamètre intérieur de ladite conduite (3) du gaz de soufflage et en ce que le rapport
Figure imgb0007
, dans lequel d est le diamètre intérieur dudit orifice de sortie (6) de la buse (5), est au moins égal à 1,5.
2. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que l'angle A entre l'axe (Y-Y) de la buse (5) du générateur de plasma (4) et l'axe (X-X) de la conduite (3) de gaz de soufflage est voisin de 40°.
3. Procédé selon l'une des revendications 1 ou 2, dans lequel le rapport § est inférieur à 4, caractérisé en ce que la distance 1 est au moins égale à
Figure imgb0008
.
4. Procédé selon l'une des revendications 1 ou 2, dans lequel le rapport est supérieur à 4, caractérisé en ce que la distance 1 est nulle.
EP85401313A 1984-07-02 1985-06-28 Procédé pour le réchauffage du gaz de soufflage d'un haut-fourneau par un générateur de plasma Expired EP0170566B1 (fr)

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