FR2601760A1

FR2601760A1 - BUSILLON FOR TUYERE OF HIGH FOURNEAU

Info

Publication number: FR2601760A1
Application number: FR8610566A
Authority: FR
Inventors: Remy Meunier; Jean-Louis Bailly
Original assignee: Institut de Recherches de la Siderurgie Francaise IRSID
Current assignee: Institut de Recherches de la Siderurgie Francaise IRSID
Priority date: 1986-07-21
Filing date: 1986-07-21
Publication date: 1988-01-22
Anticipated expiration: 2006-07-21
Also published as: ES2017526B3; ATE56047T1; DE3764571D1; FR2601760B1; JPS6342310A; KR880001829A; EP0254661B1; KR910000484B1; EP0254661A1

Abstract

1. Tuyere for a blast pipe of a fusion/reduction furnace, particularly a blast furnace, provided with means for heating the blast comprising a plasma torch (8), which tuyere comprises an outer metal wall (1) equipped with means (10) for cooling by circulating a cooling fluid over its outer surface and an inner lining (2) in a hard refractory material, which tuyere consists of a cylindrical body (4), of a frustum of a cone (5) whose major diameter side is connected to the body, and of a nose (6) which is substantially cylindrical and connected to the minor diameter side of the frustum of a cone, the body (4), the cone (5) and the nose (6) being disposed one after the other and coaxially, which tuyere is characterized in that it comprises a layer of an insulating fibrous material (3) disposed between the outer metal wall (1) and the inner refractory (2).

Description

i Busillon pour tuyère de haut fourneau L'invention se rapporte à unThis invention relates to a blast furnace nozzle.

busillon pour tuyère de hauts fourneaux,'ou autres fours de fusionréduction analogues, pourvus de moyens de surchauffe du 05 vent. Ce busillon comporte une paroi extérieure métallique et un revêtement intérieur en matériau réfractaire dur. Il est constitué d'un corps de forme cylindrique, d'un tronc de cone dont le côté de grand diamètre est relié au corps, et d'un nez sensiblement 10 cylindrique relié au côté de petit diamètre du tronc de cone, ces trois éléments, corps, cône et nez, étant nozzle for blast furnace tuyere, or other similar melting-reduction furnaces provided with means for overheating the wind. This nozzle has a metal outer wall and an inner liner of hard refractory material. It consists of a cylindrical body, a cone trunk whose large diameter side is connected to the body, and a substantially cylindrical nose connected to the small diameter side of the cone trunk, these three elements , body, cone and nose, being

disposés l'un à la suite de l'autre et coaxiaux. arranged one after the other and coaxial.

On connait des busillons de ce type dont la fonction est d'amener un gaz préchauffé, notamment de 15 l'air,(appelé "vent") aux tuyères qui équipent le Knocks of this type are known whose function is to bring a preheated gas, in particular air, (called "wind") to the nozzles that equip the

pourtour du haut fourneau au niveau de l'extrémité du creuset. Ces busillons, installés dans des orifices ménagés dans la paroi du four, sont approvisionnés en gaz par les "descentes" de vent, reliées à la cir20 culaire qui reçoit le vent chaud depuis les cowpers. around the blast furnace at the end of the crucible. These chutes, installed in openings in the wall of the furnace, are supplied with gas by the "descents" of wind, connected to the cirque which receives the hot wind from the stoves.

Selon la pratique courante précisément, le vent est préchauffé dans des dispositifs annexes du four, les cowpers, et insufflé dans le four à des températures élevées, de l'ordre de 1200 C, dans le 25 cas des hauts fourneaux sidérurgiques. Ces températures élevées nécessitent donc la présence du garnissage réfractaire à l'intérieur du busillon. La paroi métallique externe du busillon, simplement refroidie par convection naturelle est alors portée classiquement 30 à une température voisine de 300 C. Cette température provoque la dilatation du métal et ainsi un décollement plus ou moins important du béton réfractaire par rapport à la tôle métallique. Ce phénomène est par ailleurs favorable, en ce qu'il limite les pertes 35 thermiques du busillon vers l'atmosphère, du fait que la conductivité thermique entre réfractaire et tôle According to current practice precisely, the wind is preheated in devices attached to the oven, the cowpers, and blown into the oven at high temperatures, of the order of 1200 C, in the case of blast furnaces steel. These high temperatures therefore require the presence of the refractory lining inside the nozzle. The external metal wall of the nozzle, simply cooled by natural convection is then conventionally brought to a temperature of about 300 C. This temperature causes the expansion of the metal and thus a more or less important detachment of the refractory concrete relative to the metal sheet. This phenomenon is also favorable, in that it limits the thermal losses of the nozzle to the atmosphere, because the thermal conductivity between refractory and sheet metal

métallique est alors réduite.metal is reduced.

Pour réduire les;besoins des hauts fourneaux en coke,il est maintenant connu d'utiliser un vent 05 surchauffé, la surchauffe étant alors réalisée au niveau du busillon ou à son voisinage et plus particulièrement par des moyens électriques, tels que des In order to reduce the blast furnace needs of coke, it is now known to use an overheated wind, the overheating then being carried out at the level of the nozzle or in its vicinity and more particularly by electrical means, such as

torches à plasma.plasma torches.

L'élévation de la température du vent qui en y10 résulte (une température de 1800 C est aisément The rise of the wind temperature which results from it (a temperature of 1800 C is easily

obtenue dans le cas d'un haut fourneau sidérurgique au lieu des 9001100 C habituels) a entraîné des contraintes supplémentaires dans le busillon et en particulier la quasi nécessité de refroidir la paroi 15 métallique externe du busillon, par exemple par circulation d'eau autour de celle-ci. obtained in the case of a steel furnace instead of the usual 9001100 C) has resulted in additional constraints in the nozzle and in particular the virtual necessity of cooling the external metal wall of the nozzle, for example by circulating water around it.

Par ailleurs, si la torche est implantée sur le busillon lui-même il est en outre souhaitable d'en modifier la forme et surtout d'augmenter le diamètre 20 pour éloigner le plus possible-la paroi interne du On the other hand, if the torch is implanted on the nozzle itself, it is furthermore desirable to modify its shape and especially to increase the diameter to keep away as much as possible from the inner wall of the nozzle.

busillon du jet de plasma gazeux.jet of the gaseous plasma jet.

F.i - -Pour ces raisons, les avantages apportés par l'utilisation de vent surchauffé se trouvent partiellement compensés au niveau des busillons par une augmentation des pertes thermiques à travers les parois de ceux- ci, entraînant au bout du compte une perte F.i - For these reasons, the advantages brought by the use of superheated wind are partially compensated at the level of the chutes by an increase of the thermal losses through the walls of these, ultimately resulting in a loss.

d'efficacité de la surchauffe.efficiency of overheating.

t Le but de l'invention est d'améliorer le The object of the invention is to improve the

fonctionnement des fours à vent surchauffé, par une 30 réduction des pertes thermiques au niveau du busillon. operation of overheated ovens, by reducing heat losses at the nozzle.

Un autre but est de fournir un busillon parfaitement adapté pour fonctionner avec des vents surchauffés, et plus particulièrement un busillon comportant des moyens électriques de surchauffe du vent, 35 du type torche à plasma. Another object is to provide a nozzle that is perfectly adapted to operate with superheated winds, and more particularly a nozzle comprising electric means for overheating the wind, such as a plasma torch.

A cette fin et conformément à l'invention, le busillon comporte, entre la paroi extérieure métallique et son revêtement intérieur réfractaire habituel une couche d'un matériau fibreux isolant 05 placée au moins sur une partie du corps ou du tronc de For this purpose and in accordance with the invention, the nozzle comprises, between the outer metal wall and its usual refractory lining, a layer of insulating fibrous material placed on at least a part of the body or trunk of the body.

cône du busillon.cone of the nozzle.

Les inventeurs ont trouvé que les pertes thermiques avaient deux causes essentielles. La première vient du fait que, le busillon à vent 10 surchauffé étant refroidi extérieurement, (par circulation forcée d'un fluide sur la paroi métallique) la différence de température entre l'intérieur et l'extérieur du busillon est fortement accrue, la température interne T2 étant plus élaeye et L.a 15 température externe T1 étant plus faible. De plus, la tôle métallique extérieure étant fortement refroidie ne se dilate pas ou très peu par rapport au revêtement réfractaire interne. De ce fait, la résistance thermique de l'interface "réfractaire - tôle" est 20 minimale contrairement au cas des busillons classiques non refroidis évoqués précédemment. Les échanges thermiques en sont d'autant plus facilités et une quantité importante d'énergie est dissipée inutilement The inventors have found that heat losses have two essential causes. The first comes from the fact that, the superheated windpump 10 being cooled externally, (by forced circulation of a fluid on the metal wall) the temperature difference between the inside and the outside of the winding is greatly increased, the temperature internal T2 being more elaeye and the external temperature T1 being lower. In addition, the outer metal sheet is greatly cooled does not expand or very little compared to the internal refractory lining. As a result, the thermal resistance of the "refractory-sheet" interface is minimal, unlike in the case of the previously uncooled conventional chucks. Heat exchanges are all the more facilitated and a significant amount of energy is dissipated unnecessarily

par le circuit de refroidissement.by the cooling circuit.

-Une autre cause de l'accroissement des pertes thermiques réside dans l'augmentation de diamètre du busillon équipé de torche à plasma. Cette augmentation de diamètre entraîne une augmentation de la surface d'échange à travers les parois du busillon 30 conduisant également à un accroissement des pertes thermiques. Grâce à l'invention telle que définie ci-avant, les pertes thermiques à travers les parois du Another cause of the increase in thermal losses is the increase in diameter of the flask equipped with a plasma torch. This increase in diameter causes an increase in the exchange surface through the walls of the nozzle 30 also leading to an increase in heat losses. Thanks to the invention as defined above, the heat losses through the walls of the

busillon sont fortement réduites.busillon are greatly reduced.

- Un autre avantage est que, ces pertes étant réduites, l'énergie calorifique fournie au four par le vent est augmentée et que le fonctionnement du four est amélioré. Un autre avantage encore est qu'il est possi05 ble de conserver les dimensions, et particulièrement les diamètres du busillon standard suivant l'art antérieur, en remplaçant la couche périphérique externe Another advantage is that, as these losses are reduced, the heat energy supplied to the oven by the wind is increased and the operation of the oven is improved. Yet another advantage is that it is possible to preserve the dimensions, and particularly the diameters of the standard barrel according to the prior art, by replacing the outer peripheral layer

du béton réfractaire par la couche de fibreux isolant. refractory concrete by the layer of fibrous insulation.

On peut ainsi, réduire l'épaisseur globale du revè10 tement réfractaire, et donc conserver le même encombrement que les busillons standards tout en bénéficiant It is thus possible to reduce the overall thickness of the refractory coating, and thus maintain the same bulk as the standard bursts while benefiting

d'une importante réduction des pertes thermiques. a significant reduction in heat losses.

Selon une réalisation particulière de l'invention, l'isolant fibreux est placé au niveau du corps 15 et au niveau du tronc de cône. De cette façon l'effet de diminution des pertes thermiques est maximum dans la zone d'amenée du vent chaud dans le busillon par la descente de vent,- et dans la zone de surchauffe dudit vent par les moyens électriques de surchauffe placés According to a particular embodiment of the invention, the fibrous insulation is placed at the body 15 and at the level of the truncated cone. In this way, the effect of reducing the thermal losses is maximum in the zone of delivery of the hot wind into the nozzle by the descent of wind, and in the zone of overheating of said wind by the electric superheating means placed

2.0 sur le busillon.2.0 on the bus.

Selon une disposition particulière de l'rTvention, la torche à plasma de surchauffe du vent est placée axialement sur le busillon, et le diamètre de celui-ci est globalement réduit, au point d'être équiva25 lent au diamètre du busillon de l'art antérieur, non According to a particular provision of the invention, the superheated plasma torch of the wind is placed axially on the nozzle, and the diameter thereof is generally reduced, to the point of being equivalent to the diameter of the nozzle of the art. previous, no

pourvu de torche à plasma.provided with plasma torch.

Cette disposition est particulièrement avantageuse car, par rapport à une implantation latérale de la torche, elle évite la détérioration de la paroi in30 terne du busillon située face à la torche, ce qui This arrangement is particularly advantageous because, with respect to a lateral implantation of the torch, it avoids the deterioration of the internal wall of the trunnion located in front of the torch, which

permet de réduire le diamètre qui, autrement, doit être augmenté pour permettre l'implantation d'une torche à plasma en piquage oblique par rapport à.l'axe longitudinai du busillon. allows to reduce the diameter which would otherwise have to be increased to allow the implantation of a plasma torch in oblique tapping with respect to the longitudinal axis of the nozzle.

Grâce à cette réduction de diamètre, on diminue encore les pertes thermiques du busillon. -En effet, pour une quantité de chaleur donnée véhiculée par le vent à travers le busillon, la surface de paroi étant plus faible, le flux surfacique des pertes par 05 ces parois augmente, mais on a constaté que, Thanks to this reduction in diameter, the thermal losses of the nozzle are further reduced. Indeed, for a given quantity of heat conveyed by the wind through the nozzle, the wall surface being smaller, the surface flux of the losses by these walls increases, but it has been found that,

globalement, les pertes diminuent.overall, losses decrease.

D'autres caractéristiques et avantages de Other features and benefits of

l'invention apparaîtront à la lecture de la description qui suit d'un mode particulier de réalisation the invention will appear on reading the following description of a particular embodiment.

concernant un busillon à plasma pour-un haut fourneau. concerning a plasma nozzle for a blast furnace.

Il sera fait référence à la figure unique annexée qui représente en coupe axiale schématisée un busillon Reference will be made to the single appended figure which shows in schematic axial section a trunnion

conforme à l'invention.according to the invention.

Dans un haut fourneau, le busillon est placé 15 coaxialement avec la tuyère qui débouche à l'intérieur du four et maintenu en appui contre celle-ci oar le nez 6 de busillon. Le vent chaud provenant des cowpers arrive dans le busillon latéralement par la descente de vent 7, traverse le busillon, se réchauffe au contact 20 du-flux de gaz plasmagène à très haute température émis par la torche à plasma 8, passe par le nez de usil} orrm dans la tuyère du haut fourneau d'o il est éjecté dans In a blast furnace, the spool is placed coaxially with the nozzle which opens into the furnace and is supported against it by the nose 6 of the spool. The hot wind coming from the cowpers arrives in the nozzle laterally by the descent of wind 7, passes through the nozzle, warms up in contact with the flow of plasma gas at very high temperature emitted by the plasma torch 8, passes through the nose of usil} orrm in the blast furnace nozzle where it is ejected in

l'enceinte du haut fourneau.the blast furnace enclosure.

Le busillon comporte une paroi métallique 1 25 refroidie par circulation forcée d'eau dans l'enceinte qui l'entoure. L'intérieur du busillon est constitué par un garnissage en béton réfractaire 2 recouvrant toute la longueur du busillon. Celui-ci -comporte trois zones: le corps 4 de forme cylindrique dans lequel 30 débouche la descente de vent 7, la torche à plasma 8, The nozzle comprises a metal wall 1 25 cooled by forced circulation of water in the enclosure that surrounds it. The interior of the spool is constituted by a refractory concrete lining 2 covering the entire length of the spool. It comprises three zones: the body 4 of cylindrical shape in which opens the wind descent 7, the plasma torch 8,

et qui est obturé à son extrémité arrière par une plaque 9; le cône 5 de forme tronconique relié par son grand diamètre au corps 1; et le nez 6, de forme cylindrique, qui se relie au côté de petit diamètre du 35 cône 5. and which is closed at its rear end by a plate 9; the frustoconical cone 5 connected by its large diameter to the body 1; and the nose 6, of cylindrical shape, which connects to the small diameter side of the cone 5.

Sur toute la longueur du corps 4 et du cône 5, une couche de fibreux isolant 3, résistant à des températures de l'ordre de 1400 C, est placée entre le Throughout the entire length of the body 4 and the cone 5, an insulating fibrous layer 3, resistant to temperatures of the order of 1400 C, is placed between the

béton réfractaire 2 et la paroi métallique 1. refractory concrete 2 and the metal wall 1.

Selon la réalisation représentée en traits pleins sur la figure, la torche à plasma 8 est fixée sur la paroi latérale du corps orientée vers le nez du busillon, son axe faisant un angle de 45 avec l'axe du busillon. Dans cette disposition, le dard de plasma n'est pas totalement dévié par le vent, et frappe la surface interne du réfractaire en face de la torche ce According to the embodiment shown in solid lines in the figure, the plasma torch 8 is fixed on the side wall of the body facing the nose of the nozzle, its axis at an angle of 45 with the axis of the nozzle. In this arrangement, the plasma stinger is not completely deflected by the wind, and strikes the internal surface of the refractory in front of the torch.

qui provoque une usure plus rapide à cet endroit. which causes faster wear at this location.

La disposition axiale de la torche, 15 représentée en traits discontinus 8a, praorte- tn avantage supplémentaire car elle permet de réduire le diamètre du busillon par rapport à la configuration décrite ci-dessus. En particulier si l'on réduit le diamètre du corps à 220 mm (au lieu de 280 mm dans le 20 cas de la torche latérale) et le diamètre moyen du cône à 200 mm (au lieu de 230 mm), le flux surfacique de ces deux zones augmente mais la perte globale diminue. Par The axial arrangement of the torch, shown in dashed lines 8a, has an additional advantage because it enables the diameter of the barrel to be reduced in relation to the configuration described above. In particular if the diameter of the body is reduced to 220 mm (instead of 280 mm in the case of the lateral torch) and the average diameter of the cone to 200 mm (instead of 230 mm), the surface flux of these two areas increase but the overall loss decreases. By

cette seule réduction de diamètre, on obtient une diminution de 6% des pertes thermiques du busillon. this single reduction in diameter, we obtain a reduction of 6% thermal losses of the nozzle.

Un busillon conforme à l'invention comporte par exemple au niveau du corps de diamètre intérieur 220 mm, 50 mm de béton réfractaire ayant une conductivité de 4,07 W/m K (3,5 Kcal/ hm C), et 10 mm d'isolant fibreux (de type "Kerlane 60") résistant à 30 1400 C; au niveau du cône de diamètre moyen 200 mm, mm de béton et 5 mm d'isolant fibreux de même nature que pour le corps, et au niveau du nez de diamètre A nozzle according to the invention comprises for example at the body of internal diameter 220 mm, 50 mm of refractory concrete having a conductivity of 4.07 W / m K (3.5 Kcal / hm C), and 10 mm d fibrous insulation ("Kerlane 60" type) resistant to 1400 C; at the level of the cone of average diameter 200 mm, mm of concrete and 5 mm of fibrous insulation of the same nature as for the body, and at the level of the diameter nose

178 mm, 12 mm de béton uniquement.178 mm, 12 mm of concrete only.

Ce busillon est capable de résister à du vent 35 à 1800 C et permet de réduire de 50% les pertes thermiques par rapport à un busillon standard de plus This nozzle is able to withstand 35 to 1800 C wind and can reduce heat losses by 50% compared to a standard nozzle of more

grand diamètre et ne comportant pas d'isolant fibreux. large diameter and lacking fibrous insulation.

En fonctionnement avec du vent à 1600 C, In operation with wind at 1600 C,

l'économie ainsi réalisée par l'invention équivaut à 05 un gain de 3 % sur la puissance de la torche à plasma. the economy thus achieved by the invention amounts to a gain of 3% in the power of the plasma torch.

Un avantage supplémentaire du busillon conforme à l'invention est que, bien que l'épaisseur de béton réfractaire soit réduite (50 mm au lieu de 60 mm pour le busillon standard de l'art antérieur), la résis10 tance n'est pas sensiblement diminuée. De plus, la différence de température entre la face interne du réfractaire et sa face externe étant plus faible, du fait que ladite face externe n'est plus en contact direct avec la tôle refroidie, ledit réfractaire est soumis à moins de 15 contraintes thermiques et sa résistance s'en tzu An additional advantage of the nozzle according to the invention is that, although the thickness of refractory concrete is reduced (50 mm instead of 60 mm for the standard bus of the prior art), the resis10ance is not substantially decreased. In addition, the temperature difference between the internal face of the refractory and its outer face being smaller, because said outer face is no longer in direct contact with the cooled sheet, said refractory is subjected to less than 15 thermal stresses and his resistance is

encore améliorée.further improved.

Bien entendu, l'invention ne se limite pas à l'exemple décrit ci-dessus. En acceptant de conserver un diamètre de 280 mm pour le corps du busillon, on peut 20 par exemple placer une couche de 20 mm d'isolant fibreux. Dans ce cas, les pertes thermiques du corps peuvent être réduites au cinquième de celles Qbte.nues Of course, the invention is not limited to the example described above. By accepting to maintain a diameter of 280 mm for the body of the nozzle, it is possible, for example, to place a layer of 20 mm of fibrous insulation. In this case, the thermal losses of the body can be reduced to one fifth of those Qbte.nues

par le busillon de l'art antérieur. by the bushing of the prior art.

L'invention s'applique préférentiellement 25 mais non limitativement aux fours de fusion réduction, et plus particulièrement aux hauts fourneaux sidérurgiques. Elle n'est pas limitée au busillon décrit ci-dessus à titre d'exemple. En particulier les dimensions et épaisseurs du réfractaire et de l'isolant 30 peuvent varier, l'épaisseur du réfractaire devant cependant rester suffisante pour assurer sa résistance. De même si l'invention a initialement été conçue pour les busillons refroidis, elle s'applique cependant également aux busillons habituels non refroidis. 35 i î 11 The invention applies preferentially but not exclusively to reduction melting furnaces, and more particularly to blast furnaces. It is not limited to the bus described above as an example. In particular the dimensions and thicknesses of the refractory and the insulator 30 may vary, the thickness of the refractory must however remain sufficient to ensure its resistance. Similarly, although the invention was originally designed for cooled chucks, it also applies to uncooled usual chucks. 35 11

........... 1-.. -..DTD: - J........... 1- .. - .. DTD: - J

Claims

1. Blow for a melt-reduction furnace nozzle, especially a blast furnace, provided with means for overheating the wind, a spool comprising a metal outer wall (1) and an inner liner (2) made of hard refractory material, consisting of a cylindrical body (4), a truncated cone (5) whose large diameter side is connected to the body, and a substantially cylindrical nose (6) connected to the small diameter side of the truncated cone; body (4), the cone (5) and the nose (6) being arranged one after the other and coaxial, characterized in that it comprises a layer of an insulating fibrous material (3) disposed between the outer metal wall (1) and the inner refractory (2).

2. Pusher according to claim 1, characterized in that it is provided with cooling mediums (10) by circulating a cooling fluid on its outer wall (1).

3. Pusher according to claim 1, characterized in that the fibrous insulation (3) is placed to rrveatr body (4) and at the level of the cone trunk (5) together.

4. Bushing according to claim 3, characterized in that the thickness of the fibrous insulation (3) is about 10 mm at the body (4) for a thickness of hard refractory material of about 50 mm and about 5 inm at the truncated cone (5), for a thickness of hard refractory material of about mm.

5. Bushing according to any one of claims 1 to 4, comprising means for adapting a plasma torch (8) to overheat the wind that crosses it, characterized in that these means are provided

- -.v --- -.

to arrange the torch (8) along the axis of the nozzle, and in that the diameter of the nozzle is substantially equal to that of a babituel nozzle having no means for adapting a plasma torch.