FR2544744A1 - Batterie de fours pour chauffer de l'air injecte dans un haut fourneau et procedes de conduite automatique - Google Patents

Abstract

L'INVENTION A POUR OBJET UNE BATTERIE DE FOURS POUR CHAUFFER L'AIR INJECTE DANS UN HAUT FOURNEAU ET DES PROCEDES DE CONDUITE AUTOMATIQUE DE CELLE-CI. UNE BATTERIE DE TROIS FOURS OU COWPERS C1, C2, C3 EST ALIMENTEE EN GAZ COMBUSTIBLES PAR UN PREMIER COLLECTEUR 16 QUI VEHICULE UN GAZ MIXTE QUI EST UN MELANGE DE GAZ DE HAUT FOURNEAU ET D'UN GAZ PLUS RICHE, PAR EXEMPLE DU GAZ DE COKERIE. ELLE EST ALIMENTEE PAR UN DEUXIEME COLLECTEUR 21 QUI VEHICULE UN DEUXIEME GAZ RICHE, PAR EXEMPLE DU GAZ D'ACIERIE. DES VANNES MOTORISEES 19, 19, 19 PILOTEES PAR LES DEBITMETRES 20, 20, 20 ET 23, 23, 23 PILOTEES PAR DES DEBITMETRES 24, 24, 24 PERMETTENT DE FAIRE VARIER AUTOMATIQUEMENT LES PROPORTIONS DE GAZ MIXTE ET DU DEUXIEME GAZ RICHE ALIMENTANT CHAQUE FOUR ET D'OBTENIR, POUR CHAQUE FOUR, DES TEMPERATURES DE FLAMME DIFFERENTES SUIVANT UNE LOI DETERMINEE.

Description

Batterie de fours pour chauffer l'air injecté dans un haut fourneau et procédés de conduite automatique.

La présente invention a pour objet une batterie de plusieurs fours pour chauffer l'air qui est injecté dans un haut-fourneau et des procédés de conduite automatique de cette batterie.

Le secteur technique de l'invention est celui des hautfourneaux.

Un haut-fourneau est équipé dsune batterie de fours, appelés "cowpers", qui sont le plus souvent au nombre de trois et qui sont destinés à chauffer l'air qui est injecté à la base du haut-fourneau.

On connaît des batteries de fours qui sont équipés de brûleurs a gaz qui sont tous alimentés en parallèle par un meme gaz mixte qui est un mélange d'un gaz pauvre, généralement du gaz de haut-fourneau, et d'un gaz riche, qui est généralement du gaz de cokerie dans le cas où l'usine sidérurgique comporte des fours à coke destinés à produire du coke pour les haut-fourneaux.

Les efforts faits pour économiser l'énergie ont conduit les usines sidérurgiques à prévoir des installations de récupération du gaz des convertisseurs des aciéries.

Un objectif de l'invention est de procurer des batteries de fours pour chauffer l'air injecté dans les haut-fourneaux dans lesquelles le premier gaz riche qui est mélangé au gaz pauvre peut être remplacé en totalité ou en partie par un deuxième gaz riche, de préférence du gaz d'aciérie.

Un autre objectif de l'invention est de procurer un procédé de conduite automatique d'une batterie de fours comportant une possibilité de remplacement total ou partiel d'un premier gaz riche par un deuxième dans des conditions telles que l?on économise au maximum le premier gaz riche et que l'on consomme en priorité la totalité du deuxième gaz riche dans la mesure où le débit thermique disponible de ce deuxième gaz riche n'excède pas le besoin maximum en gaz riche.

Du fait que l'on dispose d'un deuxième gaz riche, on peut alimenter chaque four avec un gaz ternaire dont la composition varie d'un four à l'autre.

Un autre objectif de l'invention est d'utiliser ce fait pour faire fonctionner automatiquement chaque four, pendant la phase de combustion, suivant une loi d'évolutionde la température de flamme qui est choisie pour obtenir des performances améliorées.

L'invention concerne des batteries de fours pour chauffer l'air qui est injecté dans un haut-fourneau, lesquels fours comportent, de façon connue, des brûleurs à gaz qui sont alimentés en parallèle par une conduite de gaz combustible mixte commune à tous les fours. Ce gaz mixte est un mélange d'un gaz pauvre qui est généralement du gaz de haut-fourneau et d'un gaz riche qui est généralement du gaz de cokerie.

Les objectifs de l'invention sont atteints au moyen d'une batterie de fours dans laquelle les bru leurs sont connectés chacun sur une deuxième conduite comportant une vanne de régulation de débit, lesquelles deuxièmes conduites sont connectees en parallèle sur un collecteur qui véhicule un deuxième gaz riche, avantageusement du gaz d'aciérie.

Un procédé de conduite automatique d'une batterie de fours selon l'invention est caractérisé par le fait qu'on alimente chaque four en gaz mixte et en un deuxième gaz riche, avantageusement du gaz d'aciérie, qui est mélangé au gaz mixte pour constituer un gaz ternaire et on règle automatiquement, pour chaque four, les proportions de gaz mixte et du deuxième gaz riche dans le gaz ternaire alimentant ledit four, de telle sorte que lton consomme au maximum le deuxième gaz riche en remplacement du premier
Les phases de combustion des divers fours composant une même batterie sont déphasées et un procédé de conduite automatique sélon l'invention comporte les étapes suivantes
- on enregistre des valeurs échantillonnées d'une loi d'évolution de température de flamme commune à tous les fours d'une batterie;;
- on calcule périodiquement les proportions de débit thermique qui doivent être fournies par la combustion du gaz pauvre contenu dans le gaz alimentant chaque four pour que l'on obtienne la température de flamme fixée par ladite loi d'évolution;
- et on remplace, partiellement ou totalement, sur chaque four, le premier gaz riche par le deuxième, selon les disponibilités de celui-ci, en maintenant dans le gaz ternaire les proportions calcu lées de gaz pauvre.

L'invention a pour résultat la conduite automatique d'une batterie de plusieurs fours pour chauffer l'air injecté dans un hautfourneau.

Un premier avantage d'une batterie de fours selon l'invention dans laquelle chaque four comporte une alimentation séparée en gaz d'aciérie qui est mélangé au gaz mixte réside dans le fait que le me- lange ternaire alimentant chaque four peut avoir une composition diffé- rente, ce qui permet d'obtenir, au même instant, des températures de flamme différentes sur les fours qui sont en phase de combustion. De ce fait, il est possible de faire varier la température de flamme des fours suivant une loi d'évolution qui permet d'obtenir un meilleur rendement et donc d'économiser de l'énergie.

Un autre avantage important des procédés de conduite automatique selon l'invention est qu'ils permettent de consommer au maximum le gaz d'aciérie disponible, dans la limite des besoins maxima en gaz riche d'une ou plusieurs batteries de fours et, de ce fait, ils permettent d'économiser le gaz de cokerie qui peut être réservé pour d'autres usages ou vendu à l'extérieur et ils permettent d'économiser l'achat à l'extérieur de gaz naturel ou de fuel.

Les procédés de conduite automatique selon l'invention permettent d'adapter très rapidement une batterie de fours aux disponibilités en gaz combustibles riches. En effet, le débit de gaz dçacié- rie disponible varie très rapidement en fonction de l'activité des convertisseurs. De plus, le gaz de cokerie peut servir a alimenter d'autres unités, par exemple des fours a brames.

Les procédés de conduite automatique selon l'invention permettent de faire varier les températures de flamme selon une loi d'évolution déterminé et, de ce fait, ils permettent d'abaisser la consommation de gaz riche et,pour des températures de vent chaud élevées, ils permettent d'augmenter la durée de vie des fours grâce à des températures de coupole plus basses.

La description suivante se réfère aux dessins annexés qui représentent,sans aucun caractère limitatif, un exemple de réalisationd'une batterie de trois foursmettant enoeuvre un procédé selon l'invention.

La figure 1 est un schéma d'ensemble d'une batterie de trois fours de chauffage de l'air injecté dans un haut-fourneau.

La figure 2 est une coupe verticale axiale d"uû four.

La figure 3 est un chronogramme des phases de combustion et des phases au vent des trois fours d'une même batterie.

Les figures 4, 5, 7, 8 et 9 sont des organigrammes de la suite des opérations et calculs effectués par 1' ordinateur de conduite automati - que d'une batterie de fours. La figure 6 représente la température de flamme.

La figure 1 représente une batterie de trois fours C1, C2
C3 appelés "cowpers" qui ont pour fonction de chauffer de l'air ou vent qui est injecté à la base d'un haut-fourneau.

On rappelle qu'un haut-fourneau comporte une conduite circulaire qui entoure la base du haut-fourneau et qui comporte un ensemble de tuyères qui soufflent dans le haut-fourneau de l'air chauffé à une température de l'ordre de 12500C, sous une pression de plusieurs bars.

Pour chauffer cet air, on utilise une batterie de fours appelés cowpers.

La figure 1 represente le cas le plus courant d'une batterie de trois fours. I1 est précisé que cet exemple nlest pas limitatif et le procédé selon l'invention peut s'appliquer a des batteries comportant plus de trois fours ainsi qu'à un fonctionnement à deux fours lorsqu'un des trois est indisponible.

La figure 2 est une coupe verticale axiale d'un four ou cowper. Celui-ci comporte un puits de combustion vertical 2 qui est équipé à la base d'un brûleur à gaz 3 comportant une arrivée 4 d'un ou plusieurs gaz combustibles et une arrivée 5 d'air de combustion.

Le four comporte un deuxième puits vertical 6 d'accumulation de calories qui est garni intérieurement en matériaux réfractaires 7 à travers lequel circulent les fumées et le vent à réchauffer. Cette garniture réfractaire a une forme alvéolaire et elle est appelée le ruchage.

Les sommets des deux puits sont reliés par un dôme 8 appelé coupole. Le puits de ruchage 6 comporte à sa base un conduit 9 qui est connecté sur une cheminée pendant la phase de combustion et sur une arrivée d'air froid pendant la phase de chauffage d'air dite phase au vent. Le puits de combustion 2 comporte une sortie 9a située au-dessus du brûleur par laquelle sort l'air réchauffé.

Un cycle de fonctionnement d'un couper comporte une phase de combustion pendant laquelle le brûleur 3 produit des fumées chaudes qui s 'écoulent à travers le ruchage 7 pour rejoindre la sortie 9.

Au cours de cette phase, le ruchage accumule des calories. La phase de combustion est suivie dune phase d'inversion au cours de laquelle on arrête le brûleur et, par la manoeuvre de vannes, on isole le conduit 9 de la cheminée et on le met en communication avec l'arrivée de vent froid venant d'une soufflerie.

Après quoi on ouvre une vanne placée sur la sortie 9a et le vent circule à travers le ruchage dans le sens inverse du sens de circulation des fumées. C'est la phase au vent. Celle-ci est suivie d'une nouvelle inversion au cours de laquelle on isole la sortie 9a, on isole l'entrée 9 de la soufflerie et on la remet en communication avec la cheminée et.on remet le brûleur 3 en marche et un nouveau cycle recommence.

Les phases d'inversion ont une durée moyenne de l'ordre de cinq minutes. Les durées de la phase de combustion et de la phase au vent sont choisies en fonction du nombre de cowpers en service dans une batterie.

Un impératif à atteindre est une production continue de vent chaud sortant des cowpers à une température d'au moins 12500C. Le vent peut sortir plus chaud et, dans ce cas,on le mélange à de l'air froid pour obtenir la température de 12500C à l'entrée du haut-fourneau.

Un autre impératif est de ne pas dépasser à l'intérieur du cowper certaines limites de température qui sont imposées par la tenue des réfractaires. La température de la coupole ne doit pas dépasser une limite supérieure. La durée de combustion doit être d'au moins 20 minutes pour que la température de coupole se stabilise. Elle ne doit pas dépasser 80 minutes environ pour éviter une température de sortie des fumées trop élevée. Dans le cas où l'on fonctionne avec une batterie de trois cowpers, la phase de combustion de chaque cowper peut avoir une durée Tg pendant laquelle les deux autres cowpers sont successivement en phase au vent de durée Tv. Compte tenu des durées d'inversion
Ti, la relation à respecter est alors Tg = 2 Tv - 2 Ti.

La figure 3 est un chronogramme qui représente la succession des phases au vent V et des phases de combustion ou phases au gaz G dans le cas de deux batteries B1, B2 de trois cowpers chacune, respectivement Cl, C2, C3 et C'1, C'2, C'3 alimentant deux haut-fourneaux.

Les lignes successives de haut en bas représentent la succession des phases au vent V représentées par un double trait et des phases au gaz G, séparées par des inversions I, pour chacun des six cowpers.

Ce chronogramme représente des phases au vent V ayant une durée de 30 minutes, des phases de combustion ou phases au gaz G ayant une durée de 50 minutes et des phases d'inversion I ayant une durée de S minutes.

On voit sur ce diagramme que les phases au vent VI V2, V3 d'une même batterie se succedent sans interruption.

Les cycles de fonctionnement de chaque cowper ont une dur.

globale de 90 minutes et ils sont décalés de 30 minutes d'un cowperau suivant. La phase au gaz d'un cowper par exemple G1 a une durée égale à la durée cumulée des phases au vent V2 + V3 des deux autres cowpers diminuée de la durée de deux inversions.

La figure 3 représente, de plus, un cas particulier mais fréquent où une usine sidérurgique comporte deux haut-fourneaux alimen- tés chacun par une batterie de cowpers B1 et B2 qui brûlent le même gaz combustible.

Pour rendre la combustion de gaz co@@@tible la plus cons- tante possible, on synchronise les phases de fonctionnement des deux batteries et on les décale l'une par rapport à l'autre de 15 minutes.

Les lignes inférieures du graphique représentent les successions des phases de combustion sur deux brûleurs 2c ou sur un seul brûleur Ic respectivement pour les batteries B1 et B2 et les deux dernières lignes représentent la succession des phases de combustion simultanément sur quatre brûleurs 4c ou sur trois brûleurs 3c. On voit qu'au niveau de chaque batterie, on aboutit à une consommation de gaz combustible pour alimenter alternativement un brûleur pendant des périodes de 10 minutes et deux brûleurs pendant des périodes de 20 minutes. Au niveau des deux batteries, on marche à trois brûleurs pendant des périodes de 10 minutes et quatre brûleurs pendant des périodes de 5 minutes. La consommation totale de gaz combustible de l'ensemble des deux batteries est donc relativement régulière.

I1 est connu d'équiper les cowpers de brûleurs à gaz qui sont alimentés par des gaz combustibles produits dans ltusine meme.

Il est connu de récupérer les gaz sortant du haut-fourneau et de les envoyer aux brûleurs, des cowpers Mais les gaz de haut-four.

neau sont des gaz pauvres qui contiennent par exemple 20% d'oxyde de carbone et 1 à 2% d'hydrogène et qui ont un pouvoir calorifique (PCI) d'environ 2,8 Mégajoules, un pouvoir comburivore d'environ 0,61 et un pouvoir fumigène de 1,54.

La température de flamme des gaz de haut fourneau est de l'ordre de 1250 , et on doit les mélanger à un gaz combustible plus riche, pour arriver à des températures de flaire de L'ordre de 1400C à 1500 C, qui sot nécessaires pour réchauffer les cowpers.

Dans le cas de plus en plus fréquent où une usine sidérur- gique comporte une cokerie intégrée à l'usine, pour alimenter les haut-fourneaux en coke, on a utilisé naturellement le gaz de cokc-,-ie comme gaz combuqtible riche. A titre d'exemple, un gaz de cokerie a un pouvoir calorifique inférieur de l'ordre de 19 M.J. un pouvoir.

comburivore de 4,90 et un pouvoir fumigène de 5,6.

Dans les installations connues, on mélange le gaz de haut-: fourneau à du gaz de cokerie ou à un autre gaz riche pour obtenir un gaz mixte qui alimente en parallèle tous les brûleurs d'une ou plusieurs batteries de cowpers. On peut faire varier la composition du gaz mixte pour obtenir une température de flamme plus ou moins élevée mais comme le même gaz mixte alimente simultanément tous les brûleurs et que ceux-ci ont des cycles de fonctionnement déphasés, il n'est pas possible de moduler la température de flamme au cours du cycle de combustion de chaque cowper.

L'accroissement du coût de l'énergie conduit les usines sidérurgiques à récupérer les gaz combustibles émanant des convertisseurs pendant la phase de décarburation que l'on désigne sous le vocable : gaz d'aciérie.

Les gaz d'aciérie ont une teneur élevée en oxyde 'de carbone, de l'ordre de 70 %; Ils ont un pouvoir calorifique d'environ 8p6
MJ, un pouvoir comburivore de 1,87 et un pouvoir fumigène de 2,51.

La disponibilité des gaz d'aciérie est très variable car q1- le dépend essentiellement du fonctionnement des convertisseurs qui est intermittent. A ce jour, les gaz. d'aciérie sont utilisés essentielle"- ment pour alimenter les chaudières des centrales de fourniture d'énergie de l'usine.

-ta présente'invention a pour objet un procédé et un disposi tif permettant d'utiliser les gaz d'aciérie pour chauffer les cowpers.

Bien que le gaz d'aciérie ait un pouvoir calorifique deux fois plus faible que celui du gaz de cokerie, grâce à sa composition, il permet d'atteindre une temperature de flamme de l'ordre.de-195 qui est très voisine de celle que donne le gaz de cokerie qui est de l'ordre de 2020 Ç-Pour utiliser le gaz d"aciériesur les cowpers, on pourrait remplacer tout ou partie du gaz de cokerie par du gaz d'acié-' rie pour 'composer le gaz mixte alimentant les cowpers.Mais comme ladisponibilité du gaz d'aciérie est très' variable et souvent nulle, on serait conduit à une composition du gaz mixte très changeante et il serait difficile de conduire une batterie de cowper sans utiliser un ordinateur capable de conduire automatiquement l'unité.

Un ordinateur étant nécessaire il était préférable de profiter de cette présence pour modifier le procédé afin d'aboutir à un fonctionnement d'une batterie de cowper plus économe en énergie et en gaz riche.

Les données économiques concernant les gaz combustibles dans une usine sidérurgique sont les suivantes : on dispose de gaz de haut-fourneau à volonté, ce gaz est trop pauvre pour être vendu hors de l'usine et il est avantageux de le consommer sur place pour chauffer les cowpers attenants au haut-fowìieau.

On dispose en permanence de gaz de cokerie, quand il y a une cokerie dans l'usine, mais le gaz de colorie est un gaz riche que l'on peut vendre à l'extérieur ou que l'on peut utiliser dans l'usine pour alimenter des brûleurs de fours dans lesquels il peut remplacer directement du fuel ou des gaz combustibles achetes à l'extérieur. On a donc intérêt à réduire au maximum la consozmation de gaz de cokerie sur les batteries de cowper.

Dans le cas où il n'y a pas de cokerie intégrée à l'usine, il faut acheter un gaz combustible riche pour le mélanger au gaz de haut-fourneau et on a également le plus grand intérêt à économiser le gaz riche acheté à l'extérieur de l'usine.

Le gaz d'aciérieaunpouvoircalorifique moyen,ilest souvent chargé de poussières, il est disponible par intermittence et il en résulte qu'il serait difficilement utilisable hors de l'usine.

Un but à atteindre est donc d'utiliser constamment sur les cowpers le maximum de gaz d'aciérie disponible en remplacement du gaz de cokerie pour économiser au maximum celui-ci.

Un autre but est de conduire automatiquement la marche des cowpers, de telle sorte que celle-ci s'adapte facilement aux variations fréquentes du débit de gaz d'aciérie disponible.

Revenant à la figure 1, celle-ci représente une conduite 10 par laquelle arrive le gaz de cokerie. Cette conduite est équipée d'un débitmètre 11 et d'une vanne motorisée 12. Une boucle de régu- lation relie le débitmètre 11 à un régulateur qui commande le servomoteur de la vanne pour réguler le débit de gaz de cokerie autour d'une valeur de consigne qui peut être transmise par un ordinateur de conduite automatique.

La figure 1 représente une conduite 13 d'arrivée de gaz de haut-fourneau. Cette conduite traverse un échangeur 14 de réchauffage du gaz. Elle comporte un débitmètre 15. La conduite 13 comporte une dérivation 13a munie d'une vanne motorisée 13b, qui permet de dériver le gaz de haut-fourneau excédentaire vers un autre utilisateur éventuel ou vers une torchere. La vanne 13b est pilotée par un manomètre 51 et permet de réguler la pression du gaz du haut-fourneau allant aux cowpers.

Les conduites 10 et 13 aboutissent dans un mélangeur dans lequel les deux gaz se mélangent pour composer un gaz mixte qui alimente un collecteur 16 alimentant, en parallèle, les brûleurs à gaz de trois cowpers C1, C2, C3 par trois conduites, respectivement 181, 182 et 183 qui sont équipées chacune d'une vanne motorisée 191, 192, 193 et d'un dé bitmètre 201, 202, 203. Une boucle de régulation relie chaque débitmètre au servomoteur de la vanne correspondante et régule le débit de gaz mixte alimentant chaque brûleur autour d'une valeur de consigne calculée pour chaque brûleur par l'ordinateur de conduite automatique.

La figure 1 représente une conduite 21 d'arrivée de gaz d'aciérie qui alimente en parallèle les brûleurs des trois cowpers par trois conduites 221, 222 et 223 qui sont équipées chacune d'une vanne motorisee 231, 232 et 233 et d'un débit mètre 241, 242 et 243 qui est relié à la vanne par une boucle de régulation qui permet de réguler séparément le débit de gaz d'aciérie alimentant chaque brûleur.

Les conduites 221, 222 et 223 sont connectées respectivement sur les conduites 181, 182 et 183 en amont des brûleurs.

La vanne motorisée 12 associée au débitmètre 11, permet de réguler le débit de gaz de cokerie et donc de réguler la proportion de gaz de cokerie dans le gaz mixte pour l'ensemble d'une batterie.

Les vannes motorisées 19 associées aux débitmètres 20 permettent de régler séparément, pour chaque four, le débit de gaz mixte arrivant sur ledit four.

Les vannes motorisées 23 associées aux débitmètres 24 permettent de régler individuellement lé débit de gaz d'aciérie qui est admis sur chaque four.

On peut donc faire varier, d'une part, la composition du gaz mixte pour toute la batterie et, d'autre part, les proportions respectives de gaz mixte et de gaz d'aciérie dans le gaz ternaire alimentant à tout instant chaque cowper.

La figure 1 représente une conduite 25 qui pimente en air de combustion les brûleurs des trois cowpers à partir d'une soufflerie 26 comportant à 1'aspiration des filtres 27.

L'air aspiré passe à travers un échangeur 28. La conduite 25 alimente en parallèle trois conduites 291 D 292, 293 alimentant chacune un cowper et comportant chacune une vanne motorisée 301, 302, 303 et un débit mètre 311, 312, 313 qui sont reliés par une boucle de régulation et qui permettent de réguler le débit d'air de combustion alimentant chaque cowper autour d'une valeur de consigne variable fixée par l'ordinateur de pilotage automatique de l'unité.

La figure 1 représente les conduits 321, 322, 323 de sortie des fumées des trois brûleurs qui aboutissent à une cheminée 34 en passant à travers un échangeur économiseur 35 qui permet de récupérer une partie de la chaleur sensible des fumées pour chauffer le gaz de haut-fourneau dans ltechangeur 14 et l'air de combustion dans l'échangeur 28.

La figure 1 représente, en outre, le collecteur 36 qui reçoit le vent chaud sortant des cowpers et qui l'amène vers le haut fourneau. L' entrée du vent froid sur les cowpers en phase au vent se fait par les conduits de sortie de fumée par un jeu de vannes qui permet d'isoler de la cheminée les entrées 9 et de les mettre en communication avec l'arrivée de vent froid.

La batterie de cowper selon la figure 1 comporte un ensemble d'appareils de mesure de température, de débit, de pression et d'analyse des gaz qui sont reliés à l'unité de calcul et qui fournissent à celle-ci les données variables permettant la conduite automatique.

Pour l'essentiel, les instruments de mesure et d'isolement équipant l'unité de cowpers, en plus des boucles de régulation de débit déjà décrites, sont les suivants.

Il existe en amont de la batterie un ensemble d'analyseurs automatiques de la composition des gaz combustibles qui mesurent les teneurs de ces gaz en oxyde de carbone, en gaz carbonique et en hydrogène. Un calculateur calcule à partir de ces valeurs les caractéristiques thermiques des gaz notamment le pouvoir calorifique, le pouvoir comburivore et le pouvoir fumigène du gaz de haut fourneau, du gaz de cokerie et du gaz d'aciérie.

Chaque eowper comporte un capteur de température de coupole 39,, 392 393, un capteur de température d'interface 40î, 402, 403 situé en un pont intermédiaire du ruchage, un capteur 411, 412, 413 de température de sortie des fumées, un capteur 42,, 422, 433 de température de sortie du vent chaud et des analyseurs de fumées 441 442 443 qui mesurent la teneur en oxygène et la teneur en oxyde de carbone des fumées.

Les conduites de gaz combustible 181, 182, 183 alimentant chaque cowper comportent chacune une vanne d'isolement 371, 372 > 2' 373 et un clapet rapide télécommandé 381, 382 > 3820 383.

Les conduites 221, 222, 223 amenant le gaz d'aciérie à chaque cowper comportent une vanne d'isolement 451 4529 453 et la conduite 21 comporte un débitmètre 46 et un capteur de pression 47.

La conduite générale 10 d'arrivée de gaz de cokerie comporte un clapet télécommandé 48 et un capteur de pression 49.

La conduite 13 d'arrivée de gaz de haut-fourneau comporte un capteur de température 50 et un capteur de pression 51 qui pilote la vanne 13b placée en dérivation.

Un capteur de pression 52 mesure la pression du gaz mixte après le mélangeur.

La conduite 25 d'arrivée d'air de combustion comporte un capteur de pression 53.

L'unité de trois cowpers comporte un ordinateur de conduite automatique qui reçoit des mesures provenant des capteurs et analyseurs de l'unité et de certains capteurs ou ordinateurs externes à ltunitéS qui comporte une base de données et qui calcule des valeurs de consigne qui sont envoyées sur les régulateurs de débit équipant les boucles de régulation pour piloter automatiquement l'unité.

Si une usine comporte plusieurs haut-fourneaux équipés chacun d'une batterie de plusieurs cowpers, un même ordinateur peut piloter avantageusement toutes les batteries et assurer la synchronisation des cycles, par exemple une synchronisation conforme à celle de la figure 3 où les cycles des deux batteries B1 et B2 sont décalés de 15 minutes.

En cas d'arrêt d'un cowper sur une batterie ou d'un cowper sur chaque batterie, l'ordinateur assure un fonctionnement synchronisé selon d'autres cycles. Si une batterie comporte seulement deux cowpers en serviceJesphases au vent ontparexempleunedurée de 45 minutes et les phases de combustion une durée de 35 minutes, les inversions étant toujours de 5 minutes et la durée du cycle de la batterie reste égale à 90 minutes.

En plus des informations contenues dans la banque de données, ltordinateur reçoit directement des informations qui lui sont transmises par un opérateur au moyen d > un clavier du entrée de données.

Au démarrage de l'installation en marche automatique, l'opérateur fournit les trois informations suivantes
- ordre de soufflage des cowpers désiré : direct ou inverse.

- durée de la phase au vent.

- temps au bout duquel doit avoir lieu la première inversion.

A partir de ces informations, le calculateur séquence les cycles et les inversions. I1 se base sur une horloge de synchronisation commune à toute l'usine pour éviter une dérive d'une unité par rapport à une autre.

L'ordinateur calcule plusieurs paramètres thermiques à partir des valeurs mesurées. I1 calcule notamment toutes les minutes le pouvoir calorifique des gaz combustibles ou des mélanges de gaz dans une proportion déterminée, les besoins thermiques de chaque cowper, les chaleurs spécifiques des gaz ou mélanges de gaz combustibles, de l'air de combustion et des fumées aux diverses températures, le pouvoir comburivore et le pouvoir fumigène de chaque gaz combustible ou mélange de gaz combustibles.

La figure 4 représente l'organigramme des calculs qui sont effectués toutes les minutes par l'ordinateur pour déterminer les paramètres thermiques des gaz à partir desquels on calcule les porportions thermiques de chaque gaz, c > est-à-dire pour une thermie, les proportions qui sont fournies par la combustion de chaque gaz.

L'ordinateur reçoit les débits mesurés de gaz de hautfourneau (HF), de gaz de cokerie (FC) et la somme des débits de gaz d'aciérie (LD) arrivant sur les trois cowpers d'une batterie. I1 cal cule le rapport a = débit de gaz FC débittotalde gazLD cule débit de gaz HF et le débit T=débit de gaz HF
L'ordinateur effectue une comparaison logique de a et de ssT à zéro. Au démarrage, si a et XT sont égaux à zéro, l'ordinateur prend arbitrairement a = 15 %.

L'ordinateur calcule la chaleur spécifique du gazmixte ctest- -dire un gaz contenant une proportion 1 de gaz de haut fourneau
1+s (HF) et α de gaz de cokerie (FC). Cette opération est représentée
1+α par le bloc 56 de la figure 4.

L'ordinateur reçoit les analyses du gaz de haut-fourneau
HF, du gaz de cokerie FC et du gaz d'aciérie LD. A parti de --s analyses, il calcule le pouvoir calorifique, le pouvoir fumigène et le pouvoir comburivore de chacun des trois gaz, en appliquant des fnrmules bien connues des thermiciens. Ces calculs sont représentés par le bloc 57. A partir de la valeur de as de la chaleur spécifique calculée par le bloc 56 et des paramètres calculés en 57, 1'ordinateur calcule le pouvoir fumigène et le pouvoir comburivore du gaz mixte exprimés en
Nm3 de fumée ou d'air de combustion par Nm3 de gaz mixte. Ce calcul est représenté par le bloc 58.

Le bloc 59 recoit les mesures du débit de gaz mixte mes:lw rés respectivement par un débitmètre 201, 202 ou 203 et du débit de gaz d'aciérie mesuré respectivement par un débitmètre 241, 242 ou 243 arrivant sur chaque cowper. Il calcùle pour chaque cowper i le rapport ssi = débit gaz LD qui exprime l'enrichissement du gaz debit débit de gaz mixte - mixte par le gaz d'aciérie,variable d'un cowper à l'autre.

Le bloc 60 reçoit les mesures de température du gaz mixte et du gaz d'aciérie et à partir de ces températures et du coefficient d'enrichissement ssi, il calcule, pour chaque cowper, la chaleur spécifique du mélange ternaire qui alimente ledit cowper.

Le bloc 61 représente le calcul,à partir des paramètresprécédents, de la tèmpérature du gaz combustible ternaire alimentant chaque cowper.

Le bloc 62 reçoit une valeur de consigne-qui est la tempéra- ture de flamme de référence TFr qui est lue dans une base de données et qui correspond sensiblement à la température constante de la flamme des trois cowpers dans 1-e cas où ceux-ci sont alimentés uniquement en gaz mixte et ont donc forcément uné même température de flamme qui reste constante pendant toute la combustion. Le bloc 62 calcule la chaleur sptcifique des fumées pour chaque cowper.

A partir des paramètres de chaque gaz calculés par le bloc 57, de la composition, de la chaleur spécifique et de la température du gaz ternaire alimentant chaque cowper et de la chaleur spécifique des fumées produites dans chaque cowper9 le bloc 63 présente, pour chaque cowper, le calcul du pouvoir fumigène et du pouvoir comburivore du
3 gaz ternaire exprimés en m de fumees ou d'air de combustion pour 4,18 1egajouleMs (1 thermie).

Tant que les trois cowpers d'une batterie n ont pas été traités par les blocs 59 à 63, le bloc logique 64 commande une. boii- cie de poursuite du traitement.

Lorsque les trois cowpers ont été traites, le bloc 65 calcule le débit de fumees de chaque cowper et on passe ensuite au calcul des proportions thermiques, c'est-à-dire à la proportion des débits thermiques qui devront être fournis par chacun des trois gaz combustibles pour que la température de flamme de chaque brûleur évolue suivant une loi déterminée.

On calcule ensuite les débits volumiques de chaque gaz combustible et ces débits volumiques sont envoyés comme valeurs de consigne sur les régulateurs de débit équipant ies vannes motorisées.

On remarquera que les caractéristiques thermiques du mélange de gaz ternaire qui alimente chaque cowper ne peuvent pas être mesures car les proportions de gaz d'aciérie (LD) et de gaz de cokerie (FC) peuvent changer à tout instant selon les disponibilités en gaz riche et, de plus, le gaz de cokerie est mélangé au gaz de haut-fourneau pour fournir un gaz mixte et le gaz d'aciérie est mélangé a ce gaz mixte en proportions différentes d'un cowper à l'autre pour composer trois gaz ternaires de composition différente. C'est pourquoi les'caractéristiques du gaz ternaire et des fumées doivent être calculées toutes les minutes à partir des proportions en débit de chacun des gaz dans le mélange.

A un instant t donné,. on ne connaît pas les proportions de chacun des gaz. Par contre, on connaît les mesures des débits de gaz àl'instant précédent t-1 et on effectue les calculs des constantes thermiques à l'instant t en utilisant les débits mesurés à l'instant t-1.

La figure 5 est l'organigramme des calculs de la proportion x de haleur qui doit être fournie par du gaz de haut-fourneau pour obtenir une température de flamme déterminée. Le raisonnem- est basé sur 4,18 MJ(lth)obtenus par la combustion d'un gaz .ternairc ompo- sé de gaz de haut-fourneau et d'un gaz riche qui peut être du gaz de coterie (FC),et/ou du gaz d'aciérie (LD). La substitution des deux gaz riches est faite en conservant la même température adiabatique de flamme.

On calcule pour une ther-.,ie S quelle doit etre la proportion
,x rourale par du gaz de haut-fourneau et donc la proportion (1-x) fournie par du gaz riche pour obtenir une température de flamme déterminée.

Lorsqu'on ne dispose pas de gaz d'aciérie, la batterie de cowper reçoit un gaz mixte qui est un mélange de gaz de haut-fourneau (gaz pauvre) et de gaz de cokerie (gaz riche). Tous les cowpers reçoivent le même mélange et il test donc pas possible de faire évoluer la température de flamme au cours des cycles de combustion de chaque cowper qui sont décalés dans le temps. On fixe alors une température de flamme de référence TFr constante et commune aux trois cowpers.

Le mélange de gaz dtacierie, ou de tout autre gaz riche équi- valent, et de gaz mixte au niveau de chaque cowper, permet d'obtenir un gaz ternaire différent pour chaque cowper et de faire varier la température de flamme au cours du cycle de combustion de chaque cowper selon une loi d'évolution qui permet d'obtenir un meilleur rendement thermique.

Cette loi d'évolution de température est la même pour tous les cowpers mais, comme les cycles de combustion sont déphasés, l'application de la même loi conduit à un même instant à des températures de consigne différentes pour chaque cowper et il est possible d'obtenir ces différences de température en ajustant la quantité de gaz d'aciérie que l'on admet sur chaque cowper.

La figure 6 représente deux exemples de lois d'évolution de la température au cours d'un cycle de combustion ayant une durée maxima de 50 minutes dans un cas où la température de consigne de vent chaud est de 12500. Si la durée est supérieure, on conserve la dernière température pendant l'allongement du cycle. Si la température de consigne de vent chaud varie, les températures de flamme subissent une translation d'ordonnée.

La figure 6 représente en abscisses le temps et en ordonnées l'évolution de la température. La courbe en traits pointillés Al représente l'allure d'une courbe théorique optima. La température part de 14300C environ, croit rapidement pendant 10 minutes jusqu a une valeur maxima de l'ordre de 15250C et décroît ensuite lentement. Une telle évolution de la température de flamme permet d'éviter des gradients thermiques trop élevés en début de combustion et elle permet d'accumuler dans le ruchage des cowpers une quantité de calories suffisante en un temps de chauffe déterminé.

La courbe en traits pleins A2 est une loi d'évolution simplifiée qui est composée de deux segments rectilignes. On rentre en mémoire une table de valeurs de température correspondant à des é chantillons, par exemple 60 valeurs echantillonnees de minute en minute. La loi simplifiée permet d'entrer dans l'ordinateur trois valeurs seulement et l'ordinateur calcule lui-meme les valeurs des échan- tillons.

On a représenté sur la figure 6 deux valeurs de température de flamme TF1 = 1500 C et TF2 = 14600C, qui correspondent sur la figure 3 à un temps situé à 70 minutes de l'origine'. La combustion du cowper. C1 a commencé depuis 35 minutes et celle du cowper C3 depuis 5 minutes. On a également représenté sur la figure 6 une température de flamme de référence TFr qui est par exemple de 1490 C.

La figure 5 représente l'organigramme des calculs des proportions thermiques qui doivent être fournies par chaque gaz à un instant donné pour obtenir une température 'de flamme détermînee.

La température de flamme obtenue en brûlant un mélange de deux gaz combustibles, par exemple un mélange de gaz pauvre de hautfourneau et d'un gaz riche, depend des pouvqirs calorifiques, comburivores et fumigènes des deux gaz, de leurs températures, des chaleursspé- eifiquesdes gaz et des fumées, de la 'température et de la chaleur spécifique de l'air et on a expliqué précédemment, en référence à la figure 4, comment l'ordinateur calcule ces paramètres thermiques à partir des analyses des gaz et des mesures de température et de débit.

A partir des paramètres thermiques de deux gaz combustibles 1 et 2, l'ordinateur calcule la température de flamme obtenue en brû- lant un mélange dans lequel x% de la chaleur est fournie par l'un des gaz et t1-x)% par l'autre. Inversement connaissant une températ':r de flamme TF, l'ordinateur calcule la proportion de chaleur x qui doit être fournie par l'un des gaz.Ces calculs sont conduits à partir d'une formule reliant la température de flamme d'un mélange de, gaz combustible aux proportions thermiques x et l-x, aux pouvoirs couburi- votre, fumigène et calorifique de chacun des gaz et aux températuies et aux. chaleurs spécifiques des gaz, de lBair de combustion et des fumees.

Revenant à la figure 5, toutes les minutes un cycle recommence.

Le bloc 66 ,calcule, pour un des deux cowpers en phase de combustion, la durée qui s'est écoulée depuis le début de la combustion.

Le bloc 67 représente la mémoire contenant les valeurs échantillonnées de minute en minute de la loi d'évolution de la température de flamme.

Le bloc 66 fournit au bloc 67 une adresse qui correspond à la durée de combustion du cowper No. 1 et la mémoire envoie sur le bloc 68 la température de flamme correspondante TFlo Le calcul se poursuit par l'interrogation du bloc logique 69 qui détermine s'il y a ou non un deuxième cowper en cours de chauffe. Si la réponse est oui, le bloc 70, identique au bloc 66, détermine la durée écoulée d-- puis le début de la combustion du deuxième cowper et il extrait de la mémoire 67 une deuxième température de flamme TF2 qui est envoyée sur le bloc 71.

Les blocs 68 et 71 sont identiques. A partir de la Eor.!le ci-avant, ils calculent respectivement la proportion xl et x2 de gaz pauvre, par exemple de gaz de haut-fourneau, qui doit être mélange gé à des gaz riches (gaz de cokerie + gaz d'aciérie) pour obtenir respectivement les températures de flamme TF1 et TF2.

Les proportions x et I-x représentent des proportions thermiques c1est-à-dire que pour une quantité de chaleur fournie > présente la proportion de chaleur fournie par le gaz pauvre et (I-x) la, proportion de chaleur fournie par les gaz riches.

Le bloc 72 est identique aux blocs 68 et 71. A partir de la formule ci-avant, il calcule la proportion thermique de gaz pauvre xr pour obtenir une température constante ou température da référence TFr qui est une donnée inscrite en mémoire et qui correspond à la température de flamme que l'on désire obtenir lorsqu'il n'y a pas de gaz d'aciérie disponible et que les cowpers doivent brûler du gaz mixte, le même pour les trois cowpers, ce qui ne permet pas de faire varier la température de flamme au cours de la phase de combustion
Le bloc 74 reçoit les températures mesurées des coupoles des deux cowpers qui sont en phase de combustion.Il compare la plus élevée de ces deux températures à une-valeur de consigne calculée à partir de la température Ttr. Le bloc 73 corrige progressivemeat la valeur de xr de manière à obtenir la température de coupole voulue.

Lorsqu'il y a suffisamment de gaz d'aciérie cette régulation est inopérante.

La figure 7 est un organigrame général des calculs de réparti- tion des g37 comb;lstibles entre les trois cowpers d'une batterLe.

Le schéma est établi dans le cas où le gaz d'aciérie alimente parallèlement une deuxième batterie mais bien entendu, ce même schéma reste valable pour piloter une seule batterie. Dans ce cas, les besoins en gaz d'aciérie de la deuxième batterie sont nuls.

On retrouve sur lia gauche de la figure 7 la mémoire 67 de la figure 5 ainsi que les blocs 68, 71 qui calculent les proportions thermiques xl, x2 de gaz pauvre nécessaires pour obtenir les ter,lperatures fixées par la loi d'évolution de la température de flamme et le bloc 7i qui calcule la-proportion thermique r correspondant à la température de flamme de référence. On retrouve égale- ment le bloc 73 qui régule la proportion xr et un bloc 74 qui compare entre elles, les températures de coupole mesurées.On retrouve également sur la figure 7 un bloc 75 qui correspond au schéma de la figure 4 et qui fournit aux blocs 68, 71 et 72 les paramètres thermiques (PCI, pouvoir comburivore et fumigène) nécessaires aux calculs des proportions thermiques xl, x2 et xr.

Les calculs qui précèdent déterminent les proportions relatives du gaz pauvre xl, x2 et de gaz riche (1-xi), (1-x2) pour obtenir une température de flamme déterminée.

Le bloc 76 représente le calcul des besoins thermiques de chaque cowper.

Le calcul des besoins thermiques nécessite plusieurs données ou résultats de mesures.

L'obiectif est de réchauffer un débit de vent froid connu depuis une température de vent-froid mesurée jusqu'à une température de consigne de vent chaud fixée par le haut-fourneau et qui constitue une donnée arrivant par la ligne 77. On peut éventuellement rajouter au vent un débit de-vapeur d'eau ou d'oxygène donné ou bien chercher à produire un vent chaud ayant une humidité maintenue constante.

Dans tous les ras, on sait calculer l'enthalpie EN1 du débit de vent froid augmentée eventuellement de l'enthalpie de la vapeur d'eau et de l'oxygène ajoutés au vent froid et l'enthalpie EN2 du débit de vent chaud augmentée éventuellement de l'enthalpie de la vapeur d'eau et de l'oxygène.

Pour effectuer ces calculs, on dispose des mesures du débit, de la température et de !'hiimidits du vent froid. De plus, l'operateur rentre par le pupitre la consigne de température du vent chaud, la consigne de vapeur inctée, le débit et la température de vapeur, la consigne d'humidité du vent chaud, le débit et la température d'oxygè- ne additionne au vent, la durée de la phase au vent Tv et la durée d'inversion.

A partir de ces données, l'ordinateur calcule la autre Tg de la phase de combustion selon le nombre de cowpers en service, l'en- thalpie ENI du vent froid et l'enthalpie EN2 du vent chaud.

L'ordinateur calcule toutes les 5 minutes les besoins Q en chaleur de chaque cowper. pendant la durée totale de la phase au vent par la formule (2) Q = (EN2 - ENI). 1.Tv et le débit thermique à four
R Q nir à chaque cowper pendant la phase de combustion qui est D = Tg
Le facteur R est le rendement de combustion. Le rendement
R est une donnée calculée par un calculateur annexe qui établit le bilan thermique de chaque cowper à,la fin de la phase au vent et qui est relié par une ligne 78 à un bloc 79 qui calcule le rendement moyen R pour un certain nombre de cycles.

Les besoins thermiques de chaque cowper en cours de chauffe sont différents et ils dépendent des calories qui sont restées accumu lées dans le cowper à la fin de la phase au vent qui précède le début de la phase de combustion.

La ligne, 80 fournit au bloc 66 la mesure de la température du vent chaud à la sortie du cowper à la fin de la phase au vent qui précède la phase de combustion. Finalement le bloc 76 calcule toutes les 5 minutes les deux débits thermiques D1 et D2 nécessaires à chaque cowper.

A partir des données s qui lui sont fournies par les lignes 77 et 80 et du rendement moyen R qui lui est fourni par le bloc 79, le bloc 76 représente les calculs, toutes les 5 minutes, du débit thermique à fournir d chaque cowper
La ligne 81 rèprésente une donnée qui est fournie par la centrale de distribution du gaz d'aciérie', ou de tout autre gaz riche equivalentgqui est le débit volumique de gaz disponible.

Le bloc 81a représente la conversion de ee debiten débit thermique à partir du pouvoir calorifique du gaz d'aciérie et fournit le débit thermique disponible Do au bloc de calcul 83
On a vu que le;gaz d'aciérie a un pouvoir calorifique infé- rieur au gaz de cokerie mais une température de flamme très voisine.

On peut donc remplacer un débit thermique de gaz de cokerie par un mê- me débit thermique de gaz. d'aciérie sans que cela entraîne une modification sensible de la température de flamme.

Dans le cas où l'on utiliserait à la place du gaz d'aciérie, un autre gaz riche donnant une température de flamme différente de celle que donne le gaz de cokerie, il faudrait appliquer au débit thermique calculé par le bloc 81a un coefficient de remplacement K calculé par application d'une formule faisant intervenir les pouvoirs calorifiques, fumigènes et comburivores des deux gaz ainsi que les températures et les chaleurs spécifiques des deux gaz, des fumées et de l'air de combustion.

Le bloc 82 reçoit les proportions de gaz pauvre xl et x2 calculées par les deux blocs 68 et 71 et il les compare.

Le bloc 83 reçoit, d'une part du bloc 76, les débits thermiques Dl et D2 demandés par chaque couver en cours de combustion, d'autre part du bloc 83, les proportions (l-xl) et 1-x2) de calories que doivent fournir les deux gaz riches.

Le besoin minimum en gaz d'aciérie est le débit nécessaire pour assurer l'écart de température entre les deux cowpers en phase de combustion. Le bloc 83 calcule ce débit thermique minimum.

Le besoin maximum en gaz d'aciérie est égal au débit de gaz d'aciérie qui remplacerait tout le gaz de cokerie, soit un débit égal à D1 (l-xl) + D2 (1-x2).

Le bloc 83 calcule ces besoins minimum et maximum en gaz d'aciérie de la batterie.

Dans le cas où il y a une deuxième batterie de cowpers, le bloc 83 peut recevoir de cette deuxième batterie des informations relatives aux besoins thermiques de la deuxième batterie et aux besoins minimum et maximum de cette deuxième batterie en gaz d'aciérie par des lignes 84, 85 et 86.

Le bloc 83 compare le débit thermique en gaz d'aciérie disponible Do aux besoins minimum et maximum calculés.

Le bloc 83 transmet à une unité centrale de répartition du gaz d'aciérie le débit maximum nécessaire. Si le débit disponible Do est supérieur à ce débit maximum et ne peut donc être consommé sur la batterie, l'unité centrale corrige le débit disponible et envoie sur la batterie un débit inférieur ou égal au débit maximum que la batterie de cowpers peut consommer.

Si le débit thermique en gaz d'aciérie est compris entre le besoin maximum et le besoin minimum de la batterie, on peut assurer une marche respectant les proportions calculées xl et x2 et donc la loi de température de flamme en envoyant sur le cowper qui réclame la proportion de gaz riche la plus élevée, le débit de gaz d'aciérie suffisant pour obtenir la différence de températureS c'est- -dire le débit minimum. De plus, on peut remplacer une partie du gaz de cokerie par du gaz d'aciérie, de façon à consommer tout le gaz d'aciérie en répartissant le débit de gaz d'aciérie restant entre les deux cowpers.

Dans le cas où le bloc 83 a calculé un besoin minimum en gaz riche supérieur au débit thermique disponible de gaz d'aciérie, il n'est pas possible de fonctionner avec les proportions xl et x2 qui ont été calculées. Dans ce cas, le bloc 87 corrige progressivement les proportions xl et x2 pour réduire l'écart entre les températures de flamme des deux cowpers.

Le bloc 87 reçoit du bloc 73 la proportion xr régulée qui correspond à la température de flamme de référence.

Le bloc 87 calcule les écarts (xl -- xr) et (x2 - xr) et il réduit progressivement ceux-ci, de sorte que l'écart entre x2 et xl diminue, ce qui réduit la valeur du besoin minimum en gaz d'aciérie jusqu à ce que ce besoin minimum soit devenu égal ou inférieur au débit thermique en gaz d'aciérie disponible.

Le bloc 88, qui fait suite au bloc 87, calcule le débit thermique total pour la batterie qui doit être fourni par le gaz de cokerie. Il reçoit du bloc 87 les proportions xl et x2 dans le cas où le gaz d'aciérie disponible peut fournir un débit thermique supérieur au besoin minimum. Dans le cas où le gaz de cokerie disponible ne peut fournir les besoins minima, il reçoit du bloc 87 les pro portions corrigées x'1 1 et x'2.

Le bloc 88 calcule le débit thermique qui doit être fourni par du gaz de cokerie et qui est égal à D1 (I-xl) + D2 (1-x2) diminué du débit thermique calculé en gaz aciérie.

Dans le cas où le gaz d'aciérie disponible peut fournir un débit thermique supérieur aux besoins maximum en gaz riche, il n'est plus nécessaire de fournir du ga; de cokerie, Dans les trois cas, le bloc 88 calcule donc le débit thermique en gaz de cokerie, le, convertit en débit volumique et envoie le débit volumique calculé pondéré par le débit de gaz de haut-fourneau comme valeur de consigne sur le régulateur de la vanne motorisée 12 qui contrôle le debii .ota1 de gaz de cokerie.

Le bloc 891 901 911 et 892S 902 912 qui font suite au bloc 88 calculent respectivement pour le cowper Cl et le couper
C2 qui sont en phase de combustion,les débits thermiques respectifs qui doivent être fournis par du gaz de haut-fourneau (891, 892) par du gaz d'aciérie (901, 902) et par du gaz de cokerie (912, 912).

La figure 8 représente l'organigramme des opérations qui permettent de calculer les débits d'air de combustion nécessaire à chaque cowper et de corriger éventuellement la consigne de débit d'air dans le cas où la combustion serait trop réductrice, ce qui entraînerait un risque grave pour le personnel et le matériel.

Toutes les cinq secondes, le calculateur calcule le débit dtair nécessaire à la combustion complète des débits mesurés de gaz combustibles, il compare ce débit d'air au débit d'air calculé à partir des débits théoriques, - il retient le plus élevé des deux débits et il corrige éventuellement celui-ci en fonction de l'znaly- se de la teneur en oxygène des fumées.

Les blocs 92 et 93 de la figure 8 représentent des blocs qui reçoivent les valeurs des pouvoirs comburivores moyens respectifs du gaz de cokerie et du gaz de haut-fourneau, ainsi que les débits volumiques des deux gaz qui sont mesurés et corrigés. De même, le bloc 94 représente le calcul du débit volumique de gaz mixte. Ces trois blocs fournissent les paramètres calculs à un bloc 95 qui calcule le pouvoir comburivore du gaz mixte et le débit d'air nécessaire à la combustion totale de ce débit.De même le bloc 96 calcule le débit volumique de gaz d'aciérie et le bloc 97 calcule le débit d'air nécessaire à la combustion totale de ce débit.Le bloc 98 fait la somme des débits calculés par les blocs 95 et 97 et délivre donc une information qui est le débit total d'air nécessaire pour un cow- per à la combustion des débits de gaz mixte et de gaz d'aciérie qui sont mesurés par des capteurs de débit.

Les blocs 100, 101 et 1Q2 représentent respectivement les calculs des valeurs de consigne de débit volumique de gaz de hautfourneau (GH1) de gaz de cokerie (GFcl) et de gaz d'aciérie (GLDl) qui sont calculées pour chaque cowper à partir des débits thermique fournis par les blocs 89, 90 et 91 de la figure 7.

Les blocs 103, 104 et 105 reçoivent des valeurs calculées respectivement par les blocs 100, 101 et 102 et ils reçoivent également les valeurs des pouvoirs comburivores des trois gaz calculées par le bloc 57 de la figure 4. Les blocs 103, 1047 105 calculent respectivement le débit d'air nécessaire à la combustion complète des débits correspondant aux valeurs de consigne calculées par les trois blocs 100, 101 et 102. Le bloc 106 effectue la somme de ces débits d'air et délivre une information qui est le débit d'air nécessaire pour un cowper à la combustion complète des débits théoriques des trois gaz combustibles.

Le bloc 107 est un bloc logique qui compare les deux valeurs délivrées par les deux blocs 98 et 106 et qui retient la plus élevée des deux.

Le bloc 108 reçoit de l'analyseur de fumée 44 du cowper concerné une information de teneur en oxygène des fumées. Il filtre cette information pour éliminer de celle-ci les variations trop rapides ayant un caractère aléatoire.

Le bloc 109 représente une algorithme de régulation qui prend en compte le retard pur de la mesure et qui compare la teneur en oxygène mesurée à une valeur de consigne. Si une différence apparaît, le bloc 109 élabore un coefficient correctif y qui est envoyée au bloc de sortie 110.

Le bloc 110 calcule la valeur de consigne du débit d'air de combustion de chaque cowper (D air) qui est égale au débit calculé par le bloc 107 multiplié par un coefficient 1sy. Cette valeur de consigne est envoyée respectivement sur les régulateurs des vannes 3Q1' 302 et 303.

La figure 9 représente l'organigramme des opérations permettant d'élaborer les consignes de débit de gaz mixte et de gaz d'aciérie pour chacun des cowpers qui sont envoyées respectivement sur les régulateurs des vannes 191, 192 et 193 pour le gaz mixte et 231, 232 e t 233 pour le gaz d'aciérie et la consigne de débit total de gaz de cokerie pour une batterie qui est envoyée sur le régulateur de la vanne 12.

Le bloc 111 reçoit la mesure du débit d'air de combustion pour un cowper et calcule une valeur de débit- corrigée.

Les blocs 92, 93, 95, 100, 101 et 102 sont les mêmes que ceux de la figure 8 portant les mêmes repères.

Les sorties des blocs 100 et 101 sont reliées à un bloc 114 qui élabore une consigne de débit de gaz mixte pour chaque cowper à partir des débits thermiques de gaz de haut fourneau et de gaz de cokerie fournis par les blocs 100 et 101.

Le bloc 95 reçoit du bloc 114 le débit théorique de gaz mixte et des blocs 92 et 93 les pouvoirs comburivores moyens de chacun des deux gaz et il calcule le débit d'air nécessaire à la combustion totale du débit théorique de gaz mixte.

La sortie du bloc 102 est connectée sur un bloc 116 qui reçoit la valeur du pouvoir comburivore du gaz d'aciérie et qui calcule le débit d'air nécessaire à la combustion totale du débit théorique de gaz d'aciérie. Le bloc 117 fait la somme des débits d'air calculés pour les blocs 115 et 116 et il délivres pour chaque cowper, une valeur de consigne du débit d'air nécessaire à la combustion complète des gaz combustibles (gaz mixte + gaz d'aciérie) alimentant ledit cowper.

Le bloc 118 fait le rapport entre la mesure du débit d'air fournie par le bloc 111 et le débit d'air calculé par le bloc 117.

Le bloc 119 est un bloc logique qui compare le rapport calculé par le bloc 118 au nombre 1.

Les blocs 120 et 121 calculent respectivement, pour chaque cowper, les valeurs de consigne de débit de gaz mixte et de gaz d'a ciérie à partir des valeurs élaborées respectivement par les blocs 114 et 102 et de l'information fournie par le bloc logique 119.

Si le bloc logique 119 signale que le rapport est inférieur à 1 les valeurs de consigne de débit élaborées par les blocs 114 et 102 sont multipliées par le rapport calculé par le bloc 118. Si le bloc logique 119 signale un rapport supérieur à 1, les valeurs de consigne calculées par les blocs 114 et 102 sont multipliées par un donc elles sont conservées sans correction.

La partie inférieure de la figure 9 représente le calcul de la valeur de consigne du débit de gaz de cokerie qui est fournie au régulateur de la vanne 12 et qui est donc globale pour une batterie.

Le bloc 122 reçoit les valeurs de consigne du débit de gaz de cokerie délivrées par le bloc 101 concernant le cowper
No. 1 et par un bloc 101' analogue concernant le cowper No. 2. Il fait la somme des deux consignes de débit. De même le bloc 123 fait la somme des consignes de débit de gaz de haut-fourneau fournies par le bloc 100 pour le cowper No. 1 et par un bloc 100' correspondant au cowper No. 2 et il délivre donc une valeur de consigne de débit total de gaz de haut-fourneau pour une batterie.

Le bloc 124 calcule le rapport a. qui correspond au rapport entre les débits de gaz de cokerie et de gaz de haut-fourneau dans le gaz mixte, ce rapport étant utilisé comme on l'a expliqué en référence à la figure 4.

Le bloc 125 reçoit une mesure de débit de gaz de hautfourneau et il multiplie celle-ci par le rapport a, ce qui donne la valeur de consigne du débit de gaz de cokerie pour toute la batterie qui est envoyée sur le régulateur de la vanne 12.

Dans la description qui précède, on s'est référé à un mode de réalisation dans lequel les cowpers brûlent un gaz mixte commun à une batterie qui est mélangé à un gaz riche qui alimente séparément chaque cowper. Le gaz mixte est un mélange d'un gaz pauvre qui est du gaz de haut-fourneau et d'un premier gaz riche qui est du gaz de cokerie et le deuxième gaz riche est du gaz d'aciérie qui donne une température de flamme voisine de celle du gaz de cokerie.Il est précisé que les procédés de conduite selon l'invention ne sont pas limités à ces gaz.

Il est avantageux d'utiliser comme gaz pauvre le gaz de haut-fourneau qui est donc consommé sur place. Par contre, toutes les usines sidérurgiques ne disposent pas de gaz de cokerie, ni de gaz de récupération d'aciérie, mais elles peuvent utiliser les mêmes procédés en remplaçant ces deux gaz par d'autres gaz combustibles riches, tels que des gaz naturels ou des gaz de pétrole.

Si le deuxième gaz riche a une température de flamme différente de celle du premier gaz, il suffit d'introduire dans les calculs un coefficient par lequel il faut multiplier le débit thermique disponible du deuxième gaz riche, qui vient remplacer le premier gaz riche, pour conserver la même température de flamme.

Claims (11)

R E Nt E N D I C A T I O N S

1. Procédé de conduite automatique d'une batterie de plusieurs fours (C1, C2, C3) pour chauffer l'air injecté dans un hautfourneau, lesquels fours sont équipés de brûleurs à gaz qui sont ali mentés par un gaz combustible mixte, commun à tous les fours qui est un mélange d'un gaz pauvre, avantageusement du gaz de haut fourneau, et d'un premier gaz riche, avantageusement du gaz de cokerie, caracté- risé en ce que lton alimente chaque four en gaz mixte et en un deuxième gaz riche, avantageusement du gaz aciérie, qui est mélangé audit gaz mixte pour constituer un gaz ternaire et on règle automatiquement pour chaque four les proportions de gaz mixte et du deuxième gaz riche dans le gaz ternaire alimentant ledit four, de telle sorte que l'on consomme au maximum le deuxième gaz riche en remplacement du premier.

2. Procédé selon la revendication 1, dans lequel les phases de combustion des fours d'une même batterie sont déphasées, caractérisé en ce que

- on enregistre des valeurs échantillonnéesd'une loi d'évolution de température de flamme commune à tous les fours d'une batterie;

- on calcule périodiquement les proportions de débit thermiques (xl, x2...) qui doivent être fournies par la combustion du gaz pauvre contenu dans le gaz alimentant chaque four pour que l'on obtienne la température de flamme fixée par ladite loi d'évolution;

- et on remplace partiellement ou totalement, sur chaque four, le premier gaz riche par le deuxième, selon les disponibilités de celui-ci, en maitenant dans le gaz ternaire les proportions calcu liées de gaz pauvre.

3. Procédé selon la revendication ', caractérisé en ce que:

- on calcule pPriodiquement le débit thermique necessaire à chaque four (Dl, D2) et le débit thermique (Do) que peut fournir le deuxième gaz riche disponible;

- on calcule un besoin thermique minimum de la batterie en deuxième gaz riche qui ert é,'al au débit thermique nécessaire pour maintenir un écart de température entre les deux fours;

;

- on calcule un besoin thermique maximum de la batterie en gaz riche qui est égal au débit thermique total de gaz riche dans les gaz ternaires alimentant les deux fours en phases de combustion simultanées

- on compare le débit thermique disponible (Do) en deuxième gaz riche auxdits besoins thermiques minimum et maximum;

- si le débit thermique disponible est supérieur audit débit minimum, on envoie sur le four qui réclame la température de flamme la plus élevée, un débit du deuxième gaz riche correspondant audit débit thermique minimum et on répartit le débit restant du deuxième gaz riche entre les deux fours en combustion;;

- et si ledit débit thermique disponible est inférieur audit débit minimum, on corrige progressivement les températures de flamme des deux fours et donc égalementles proportions de gaz pauvre jusqu'à ce que l'on arrive à de nouvelles proportions (x'1, x'2) telles que le débit du deuxième gaz riche disponible corresponde audit besoin thermique minimum.

4. Procédé selon la revendication 3, caractérisé en ce que l'on calcule périodiquement une proportion de référence (xr) de débit thermique qui doit être fournie par le gaz pauvre contenu dans le gaz combustible pour obtenir sur tous les fours une même températùrede flamme de référence, et si le débit thermique du deuxième gaz riche disponible est inférieur au besoin minimum, on corrige progressivemen': entre les proportions (x1, x2) correspondant à la loi d'évolution de l'écart température et -ladite proportion de référence (xr)j usqu'à ce que le débit thermique disponible du deuxième gaz soit égal au besoin minimum.

.5. Procédé selon l'une quelconque des revendications- 2 à 4, caracLérisé en ce qu'à partir des proportions (xl,- x2 ou, x'1, x'2) de chaleur qui doivent être fournies par du gaz pauvre pour obtenir une température de flamme déterminée, des débits thermiques (D1, D2) qui sont nécessaires à chaque cowper et du débit thermique (Do) que peut fournir la combustion du deuxième gaz riche disponible, on calcule périodiquement les débits thermiques respectifs qui doivent être fournis à chaque four en phase de combustitin respectivement par du gaz pauvre, par le premier gaz riche-et par le deuxième gaz riche

6.Procédé selon la revendication 5, caractérisé en ce ue l'on calcule périodiqugment pour chaque four une valeur de consigne théorique du débit d'air de combustion (106) à partir des débits des trois gaz combustibles calculés et une deuxième valeur de consigne (98) du débit d'air de combustion à partir des mesures de débit du gaz mixte et du deuxième gaz riche alimentant ledit four et on envoie comme valeur de consigne sur le régulateur de la vanne de débit d'air (301, 302 > 303) dudit four la plus élevée des deux valeurs de consigne (107).

7. Procédé selon la revendication 6, caractérisé en ce que, de plus, on mesure la teneur en oxygène des fumées sortant dudit four, on filtre (108) lesdites mesures, on compare la teneur mesurée à une valeur de consigne de la teneur en oxygène des fumées (109) et, si elle est inférieure. on multiplie la valeur de consigne du débit d'air par un coefficient (1+") supérieur à un (110).

8. Procédé selon la revendication 5, caractérisé en ce que l'on calcule périodiquement,pour chaque four d'une batterie, un débit de gaz mixte (120) et un débit du deuxième gaz riche (121) qui sont envoyées comme valeur de consigne sur les vannes de régulation du débit respectivement du gaz mixte (191 1929 193) et du deuxième gaz riche (231, 232, 233) et on calcule périodiquement un débit total du premier gaz riche (125) qui est envoyé comme valeur de consigne sur une vanne de régulation du débit du gaz riche (12) pour l'ensemble de la batterie.

9. Procédé selon la revendication 8, caractérisé en ce que l'on calcule, périodiquement, pour chaque four, un débit théorique d'air (117) nécessaire à la combustion complète du débit de gaz mixte et du débit du deuxième gaz riche, on mesure le débit d'air de combustion consommé par ledit four (111), on effectue le rapport entre ce débit mesuré et ledit débit d'air théorique (118) et on multiplie le débit de gaz mixte (120) et le débit du deuxième gaz riche (121) par ledit rapport si celui-ci est inférieur à un et par un, si ce rapport est supérieur à un, et les produits obtenus sont envoyés comme valeurs de consigne sur les vannes de régulation du débit respectivement du gaz mixte (19) et du deuxième gaz riche (23) dudit four.

10. Procédé selon la revendication 8, caractérisé en ce que l'on calcule périodiquement, pour une batterie, un débit total du premier gaz riche (122) en faisant la somme des valeurs de consigne de débit du premier gaz riche des fours en phase de combustion, on calcule de même un débit total du gaz pauvre (123) en faisant la somme des valeurs de consigne du débit de gaz pauvre des fours en phase de combustion, on calcule le rapport (a) entre ces deux sommes (124), on mesure le débit total de gaz pauvre consommé par la batterie et on multiplie (125) le débit de gaz pauvre par ledit rapport (a) et le produit obtenu est envoyé comme valeur de consigne sur la vanne (12) de régulation de débit du premier gaz riche à l'entrée de la batterie.

11. Procédé selon la revendication 2, caractérisé en ce qu'on enregistre des valeurs échantillonnées d'une loi d'évolution de température de flamme,comnuneà tous les fours d'une batterie, correspondant à une valeur de consigne déterminée de la température de vent chaud et lorsque ladite valeur de consigne varie, on effectue une translation d'ordonnée desdites valeurs de température égale à la variation de ladite valeur de consigne de température de vent chaud.

12. Batterie de plusieurs fours pour chauffer l'air qui est injecté dans un haut-fourneau, lesquels fours sont équipés de brûleurs à gaz qui sont alimentés en parallèle, par une conduite (16) de gaz combustible mixte commune à tous les fours, lequel gaz mixte est un mélange d'un gaz pauvre, généralement du gaz de haut-fourneau, et d'un premier gaz riche, généralement du gaz de cokerie, caractérisée en ce que lesdits brûleurs sont connectés chacun sur une deuxième conduite (221, 222, 223) comportant une vanne de régulation de débit (231, 232 > 233), lesquelles deuxièmes conduites sont connectées en parallèle sur un collecteur (21) qui véhicule un deuxième gaz riche, avantageusement du gaz d'aciérie.

13. Batterie selon la revendication 12, caractérisée en ce que chaque brûleur est connecté sur deux conduites d'arrivée de gaz combustible, une première conduite (181, 182, 183) qui comporte une vanne de régulation débit (191, 192, 193) reliée par une boucle de régulation à un débitmètre (311, 312, 313) et qui est connectée sur un collecteur commun (16) véhiculant ledit gaz mixte et une deuxième conduite (221, 221, 223) qui comporte une vanne de régulation de débit (231 232, 233) reliée par une boucle de régulation à un débitmètre (24riz 242, 243) et qui est connectée sur un collecteur commun (21) véhiculant ledit deuxième gaz riche.