LU84338A1 - Procede pour determiner la fin d'une coulee dans un systeme de suppression de la pollution d'une fonderie de hauts fourneaux - Google Patents

Description

- 1 - PROCEDE POUR DETERMINER LA FIN D'UNE COULEE DANS UN SYSTEME DE SUPPRESSION DE LA POLLUTION D'UNE FONDERIE DE HAUTS FOURNEAUX La présente invention concerne un procédé pour déterminer la fin d'une coulée dans un système de suppression de la pollution d'une fonderie de hauts fourneaux et plus particulièrement dans un système où on utilise des éléments 5 protecteurs qui recouvrent le trou de coulée des hauts fourneaux pendant la coulée.

Lorsque le trou de coulée est recouvert par un élément protecteur, il n'est pas possible de voir directement le trou de coulée pour observer quand la matière en fusion cesse 10 de s'écouler sous forme d'un courant à partir du fourneau, indiquant ainsi la fin d'une coulée. A la fin de la coulée, il est nécessaire d'enlever l'élément protecteur dans le but de faire place à la machine à obstruer le trou dfe coulée que l'on doit faire pivoter en position pour boucher le trou de 15 coulée. Il est important d'être à même de sentir ou de prévoir lorsque la coulée est terminée dans le but d'éviter l'arrêt du fourneau et de réduire au minimum toute détérioration de l'élément protecteur qui pourrait se produire.

1 Dans la demande de brevet US No. 190 130, on décrit 20 un procédé et un appareil pour supprimer et réduire les fumées du chenal de coulée de la fonte et des rigoles de coulée de la fonte et du laitier dans les systèmes de coulée des hauts fourneaux. Dans cette demande de brevet, on décrit que dans les systèmes de contrôle de la pollution par la fumée connus 25 dans la technique, on utilise la ventilation ou l'échappement des fumées après qu'elles se soient formées, principalement en faisant circuler de l'air qui fonctionne comme véhicule et comme gaz de refroidissement des fumées avant d'être collectéep.^u contraire, la demande de brevet US No. 190 130 - 2 - cherche à réduire au minimum les effets responsables de la pollution c'est-à-dire la formation de fumées dues à l'oxydation du fer, du laitier et du soufre par des gaz oxydants 5 occlus, principalement en utilisant des éléments protecteur ou couvercles sur le chenal de coulée de la fonte et les rigoles de la fonte et du laitier.

Il est admis qu'il n’existe pas d'autres systèmes de contrôle de la pollution dans les fonderies de hauts 10 fourneaux qui recouvrent le trou de coulée au moyen d'éléments protecteurs sans provoquer de courants d'air.

Il est un but principal de la présente invention ' d'améliorer le système de suppression de lanatière polluan te des fonderies de hauts fourneaux décrit dans la demande 15 de brevet US No. 190 130 en réalisant un procédé et un appareil indiquant quand la coulée est terminée, ou presque terminée, dans un haut fourneau où on utilise un tel système de suppression de la pollution.

Il est un autre but de la présente invention de reaü-20 ser un procédé et appareil pour détecter quand une coulée est terminée ou presque terminée dars un haut fourneau qui comprend un élément protecteur recouvrant son trou de coulée,

Dans la plupart des systèmes de ventilation de la 25 matière polluante des fonderies de hauts fourneaux , le trou de coulée du haut fourneau est laissé exposé de sorte qu'il est clairement visible pour un opérateur et celui-ci peut observer lorsqu'une coulée est terminée par la nature du courant de matière en fusion qui est déchargée au tra-30 vers du trou de coulée. A la fin de la coulée, le courant ne remplit pas la totalité de la section transversale du trou de coulée. Lorsque ceci se produit, l'opérateur s'apprête à boucher le trou de coulée au moyen d'argile ou de boue forcée à partir d'une machine à obstruer les trous de 35 coulée,positionnée avec son nez dans le trou de coulée.

Une caractéristique de la présente invention est la découverte que dans le système de suppression de la poilu- ' - 3 - tion de hauts fourneaux qui comprend des dispositifs protecteurs ou couvercles pour empêcher l'air ambiant de pénétrer dans le chenal de coulée de la fonte et le trou de coulée, 5 la température sous le couvercle forme d'abord un plateau et commence ensuite à monter avant la fin de la coulée provenant du haut fourneau c'est-à-dire avant que le haut fourneau ne soit sec. Lorsque le courant de la matière en fusion passant au travers du trou de coulée devient plus faible, jusqu'à 10 un point tel qu'il ne remplit pas entièrement la section transversale du trou de coulée, un peu de vent ou de gaz de haut-fourneau se déchargera au travers du trou de coulée. Etant donné que la température de ces gaz est supérieure à celle de te. matière en fusion lorsque les gaz pénètrent dans 15 les éléments protecteurs, la température à l'intérieur de ces éléments protecteurs montera au-dessus de la température du plateau. On a constaté que la présence de courant de gaz de haut fourneau dans l'espace en-dessous des couvercles se manifestera par une légère vibration de l'élément protecteur 20 recouvrant le trou de coulée. On a également observé que pendant la coulée à l'extrémité non couverte de déchargement d'une rigole de laitier/il se produit une flamme jaune distincte, cependant, lorsque les gaz chauds s'échappent du haut fourneau au travers du trou de coulée et au travers 25 des rigoles de coulée recouvertes, la flamme à l'extrémité de la rigole de laitier change de couleur, c'est-à-dire qu'elle devient plus blanche. Il est admis que ce changement de couleur est dû à une combustion plus complète des gaz amenés à des températures plus élevées et des gaz plus riches.

30 II est important que l'élément protecteur soit enlevé du trou de coulée et que le trou de coulée soit bouché le plus tôt possible après que le haut fourneau soit sec dans le but de réduire au minimum la nécessité de couper le vent dans le four et de réduire au minimum la perte de temps 35 pour procéder à la coulée suivante et de réduire l'endommagement du haut fourneau et de l'installation auxiliaire. j Une circulation excessive des gaz de haut fourneau dans les t - 4 - éléments protecteurs peut amener une érosion prématurée de l'isolant réfractaire dans les éléments protecteurs à cause de l'effet de barbottement des gaz. Egalement, si le fourreau est 5 "sur-soufflé", du coke solide peut être soufflé hors du trou de coulée et interrompre les opérations continues jusqu'à ce que le coke puisse être enlevé.

Pour que l'invention puisse être mieux comprise, référence est faite aux dessins où : 10 La figure 1 est une représentation schématique en plan d'un système typique de haut fourneau et de rigoles de coulée ; la figure 2 est une vue de côté en élévation d'une partie d'un haut fourneau et du chenal de coulée de la 15 fonte ensemble avec un couvercle pour celui-ci ; la figure 3 est une vue en coupe prise le long de la ligne 3-3 de la figure 2; la figure 4 est une vue en coupe d'une rigole de coulée et d'un élément protecteur; 20 la figure 5 est un diagramme par blocs d'un dispositif sensible à la température et émettant un signal d'un circuit générateur d'un signal selon l'invention; la figure 6 est une reproduction d'une partie d'un diagramme circulaire de température créé au cours du fonction-25 nement d'un haut fourneau pendant quatre coulées; et la figure 7 est une reproduction d'une partie d'un diagramme de température du type cylindrique créé par un autre fonctionnement de haut fourneau pendant deux coulées, le déplacement du diagramme se faisant vers le bas par rap-30 port à la feuille du dessin.

Dans un mode de réalisation typique de la présente invention tel au'il est montré dans la figure 2, le haut fourneau et le trou de coulée sont généralement désignés par les symboles de référence BF et N respectivement. La 35 matière en fusion, comprenant de la fonte et du laitier est vidée du haut fourneau BF au travers du trou de coulée N et s'étend vers le bas à partir de l'extérieur du fourneau - 5 - au travers du blindage du creuset refroidi à l'eau jusqu'au creuset. Le trou de coulée N est bouché après chaque coulée au moyen d'un mélange d'argile forcé dans le trou de coulée 5 sous pression au moyen d'une machine à <±>struer le trou de coulée (non représentée) qui est accrochée sur un support LS. Lorsque le trou de coulée N est ouvert au début de la coulée, la matière en fusion coule dans une grande rigole IT, généralement désignée chenal de coulée de la fonte, 10 qui sert à conserver la matière en fusion pendant une période de temps suffisante pour permettre à la fonte et au laitier de se séparer. Il existe un dispositif d'écrémage S à l'extrémité du chenal de coulée IT qui sert à écrémer le laitier pour le séparer de la fonte en fusion se 15 trouvant au fond du chenal de coulée IT. Le dispositif d'écrémage S dans certains systèmes est suivi d'un barrage (non représenté) qui sert à aider à maintenir le niveau de la fonte en fusion plus élevé que la base de la plaque d'écrémage. Au dispositif d'écrémage S se trouvent un 20 barrage et un arrangement de trous G et de rigoles de coulée SR pour éliminer le laitier S vers le dispositif collecteur de laitier SC, tel qu'une cuve à laitier ou un grand trou. La fonte s'écoulant sous la plaque d'écrémage et par-dessus le barrage descend le long des rigoles IR, 25 désignées habituellement rigoles de fonte, qui comprennent également des orifices G pour dévier sélectivement le courant vers chacune des poches de coulée IL. A la fin d'une coulée, on met la machine en place pour boucher le trou de coulée avec de l'argile. C'est à ce moment que quelque 30 chose doit être prévu pour manipuler la section d'enceintes entourant le trou de coulée dans le but de permettre un accès de la machine à obturer les trous de coulée au trou de coulée. C'est également à ce moment que le procédé et appareil selon l'invention trouvent une application.

35 Immédiatement adjacent au haut fourneau BF se trouve un élément protecteur H-l qui recouvre le chenal de coulée.. On préfère réaliser un mécanisme de levage et de transport - 6 - séparé généralement désigné par le symbole de référence HTM, pour lever et déplacer l'élément protecteur H-l pour l'éloigner du trou de coulée en préparation pour les procédés de 5 forage et de bouchage. L'élément protecteur H-l comprend diverses section de panneaux P qui sont jointes ensemble, par exemple par soudage des bords tournés vers le haut des enceintes externes qui forment des rebords rigides. La section P-l comprend une tête effilée vers le haut fourneau et 10 se terminant en un nez pour réaliser une fermeture terminale qui permettra également l'ajustement de l'élément protecteur H-l en position en-dessous du support LS de la machine a obturer le trou de coulée La section d'extrémité opposée P-2 comprend une partie de paroi verticale W-l pour similai-15 rement constituer une fermeture terminale. Chacune des sections P est pourvue d'une isolation pour protéger le couvercle métallique.

Les éléments protecteurs H-2 sont prévus pour entourer les rigoles de fonte IR et les rigoles de laitier SR. Les 20 éléments protecteurs H-2 peuvent avoir une construction similaire à celle de l'élément protecteur H-l ou ils peuvent simplement être des plaques plates doublées de manière similaire par un isolant.

Selon un mode de réalisation préféré de la présente 25 invention, on monte dans l'élément protecteur, de préférence dans l'élément protecteur H-l, un thermocouple TC pour déterminer la température dans l’élément protecteur et créer une impulsion électrique représentative de la température mesurée. L’impulsion électrique est reçue par le 30 dispositif CM enregistreur et comparateur des températures. Dans certains cas, la section d'enregistrement de la température peut être omise. Le dispositif comparateur CM peut être d'un type où un point fixe peut être présélectionné de façon ajustable pour correspondre à la température à i 35 laquelle on désire créer un signal pour activer le disposi- , tif indicateur IM qui crée une indication visuelle ou audible lorsque le point de température présélectionné et la * - 7 - température mesurée correspondent l'un à l'autre.

On a observé pendant les essais que chaque système d'éléments protecteurs présente un profil de température 5 caractéristique pendant une coulée, lequel profil de température est utilisable pour anticiper la fin d'une coulée. Les températures mesurées peuvent varier d'un système à l'autre à cause des variations dans les structures des éléments protecteurs, de la position du thermo-10 couple dans l'élément protecteur, de la composition de 3a matière en fusion, etc. Dans tous les cas, ainsi qu'on l'a observé dans les figures 6 et 7, il se développe une courbe de températures caractéristique qui correspond généralement au temps où le gaz de haut fourneau commence 15 a passer au travers du trou de coulée dans l'élément protecteur jusqu'à ce que le haut fourneau soit sec, Dans le but d'établir un profil de température pour un système, il est nécessaire de faire fonctionner à dessein le four à sec pour plusieurs coulées. Ensuite, le temps 20 approximatif auquel le fourneau fonctionnerait à sec peut être prévu et la coulée peut être arrêtée en enlevant l'élément protecteur et en bouchant l'orifice de coulée. Le temps requis dépendra, bien entendu, du pourcentage total de matière en fusion disponible que 25 l'opérateur désire couler, du type et du rendement de l'équipement utilisé pour enlever l'élément protecteur et l'écarter du trou de coulée et du temps nécessaire pour boucherie trou de coulée, ainsi que l'expérience du personnel du haut fourneau.

30 Le procédé selon 1 invention peut être illustré davantage en se référant à la figure 6 où les courbes de température de l'élément protecteur sont développées sur un enregistreur circulaire. Les courbes de température montrent que la température à l'intérieur de l'élé- : 35 ment protecteur a commencé à augmenter de façon nette à partir d'un plateau PL, ensuite de dévier ou de s'incliner à partir d'une augmentation en ligne géné- - 8 - râlement droite à une température d'environ 1038°C + 38°C, et ensuite d'atteindre un pic à 1427°C + 38oC. Dans un système qui présente un tel profil de températures de 5 l'élément protecteur, l'opérateur du haut fourneau pourrait opter pour un point présélectionné comparateur à 1371°C pour signaler l'approche de la température à sec du haut fourneau d'environ 14270C, pour avoir un temps suffisant pour l'enlèvement de l'élément protecteur du trou de coulée 10 et pour boucher le trou de coulée avant que le haut fourneaj, ne soit entièrement à sec.

Les courbes de température dans la figure 7 ont été obtenues avec un autre haut fourneau simultanément sur un enregistreur cylindrique. Ici les températures inférieures 15 à 1093°C n'ont pas été enregistrées. Cependant, on peut voir que les températures à l'intérieur des éléments protecteurs commencent à augmenter à partir d'un plateau PL (hors du diagramme) à environ 1093°C et ensuite d'atteindre un pic à environ 1316°C. Dans un système qui présente 20 un tel profil de températures, l'opérateur de haut fourneau pourrait opter pour un point présélectionné à 1260°C.

Dans le mode de réalisation précédent selon l'invention, le profil de températures caractéristique d'un élément protecteur de haut fourneau recouvrant un trou de 25 coulée est développé en faisant fonctionner à dessein le haut fourneau à sec pendant plusieurs coulées. Le profil développé présentera un intervalle dans lequel la température à l'intérieur de l'élément protecteur augmentera brutalement et alors atteindra généralement un pic au point 30 qui correspond à celui lorsque le four est sec. Le point correspondant auquel la température commence à monter i correspondra généralement à cette température atteinte ' dans l'élément protecteur lorsque le gaz chaud provenant ; du haut fourneau commence à pénétrer dans l'élément protec-35 teur. Après que ce profil de températures caractéristique I ait été développé, l'opérateur du haut fourneau choisira arbitrairement cette température pour laquelle un signal .

t 4 - 9 - d'indication est souhaité. Cette température dépendra de l'expérience de l'opérateur et de son jugement du rendement de ses aides, de l'installation de manipulation de l'élé-5 ment protecteur, et de l'installation pour boucher le trou de coulée. Dans une situation optimale, il choisira cette température comme point présélectionné pour enlever l'élément protecteur qui fournira suffisamment de temps pour couler un maximum de matière en fusion hors du fourneau 10 mais insuffisant pour faire fonctionner le four à sec au point où l'air de haut fourneau doit être coupé. Eventuellement, un signal de préalerte peut être prévu en plus du signal indiquant l'approche de la température du four à sec. Un tel signal de préalerte peut être choisi pour correspon-15 dre à la température moyenne (en fonction de l'histoire passée) à laquelle la température dans l'élément protecteur commence d'abord à changer à partir de la température du plateau.

Le fonctionnement d'un circuit tel que celui montré 20 dans la figure 5, pour créer le signal d'indication et/ou de contrôle sera maintenant décrit.

L'opérateur choisit un point présélectionné sur le comparateur correspondant à la température à laquelle il désire un signal. Le comparateur ne doit pas réellement 25 comparer les températures mais au lieu de cela comparer les tensions créées par le thermocouple TC avec la tension du point présélectionné représentatif de la température choisie. Lorsque la tension créée par le thermocouple TC coïncide avec la tension du point présélectionné, le 30 comparateur créera une seconde tension qui commandera un signal d'alarme ou autre moyen d'indication visuel ou audible. Facultativement, la seconde tension peut être i utilisée pour commander les dispositifs de réglage pour i commander le mécanisme HTM de levage de transport de l'élé-1, 35 ment protecteur. Dans le cas où un tel mécanisme HTM est commandé ainsi, un dispositif manuel de remplacement doit 1 être prévu pour des raisons de sécurité.

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Dans le cas où il y aurait une panne dans le procédé préféré de mesure de la température décrite ci-dessus, le moment auquel le haut fourneau commence à fonctionner à sec 5 peut être mesuré en observant tout changement d'intensité dans les vibrations de l'élément protecteur. Une telle vibration peut être sentie en disposant une main gantée sur l'élément protecteur. Il est admis qu'une telle vibration est probablement due au grand volume de gaz sortant du 10 haut fourneau et passant au travers de l'élément protecteur dans lequel les gaz prélèvent de petites parties de laitier et propulsent le laitier contre la paroi de l'élément protecteur. Lorsque le niveau en fusion dans le haut fourneau s'abaisse, l'intensité de la vibration augmentera. 15 Une autre possibilité pour sentir lorsque le gaz de haut fourneau commence à passer au travers du trou de coulée consiste à observer la flamme formée à l'extrémité de sortie de la rigole de laitier. Lorsque les gaz chauds, qui habituellement comprennent du monoxyde de carbone et 20 de l'hydrogène passent au travers des éléments protecteurs il se produit une rupture dans les hydrocarbures telle que lorsqu’ils se combinent avec l'air à l'extrémité des rigoles de laitier protégées, la combustion est plus complète aux hautes températures et produit une flamme qui est plus 25 blanche que celle produite avant que les gaz chauds enrichis ne passent au travers du trou de coulée.

Bien entendu diverses modifications peuvent être appliquées par l'homme de l'art aux procédés qui viennent d'être décrits uniquement à titre d'exemples non limitatifs 30 sans sortir du cadre de l'invention.

Claims (8)

1. Procédé de fonctionnement d'un haut fourneau comprenant un élément protecteur servant à limiter ou à suppri- 5 mer la pollution, recouvrant son trou de coulée pendant la coulée, caractérisé en ce qu'il consiste à déterminer, avec l'élément protecteur en place, quand le niveau de la matière en fusion ne remplit pas la section transversale verticale du trou de coulée; et enlever cet élément protec-10 teur avant que le haut fourneau ne fonctionne à sec.

2. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que cette détermination consiste à mesurer la température a l'intérieur de l'élément protecteur et à observer quand cette température monte depuis celle correspondant à celle 15 lorsque les gaz ne sortent pas du haut fourneau au travers du trou de coulée dans cet élément protecteur

3. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que cette détermination consiste à observer un changement de la couleur de la flamme émise à l'extrémité d'une rigole 20 de laitier.

4. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que cette détermination consiste à observer un changement de l'intensité des vibrations de cet élément protecteur,

5. Procédé de fonctionnement d'un haut-fourneau compre-25 nant un élément protecteur servant à limiter la pollution recouvrant un trou de coulée caractérisé en ce qu'il consiste à: (a) mesurer et enregistrer la température à l'intérieur de cet élément protecteur; 30 (b) faire fonctionner le haut fourneau à dessein à sec pendant un certain nombre de coulées pour réaliser un profil de températures pour cet élément protecteur simultanément avec ce haut fourneau ; (1) ce profil comprenant un intervalle de 35 températures de plateau représentatif à l'intérieur de cet élément protecteur, atteint pendant l'écoulement â plein de la matière en fusion au travers de ce trou de coulée, 4 - 12 - (2) ce profil comprenant également un intervalle de températures de fonctionnement à sec représentatif dans cet élément protecteur atteint lorsque ce 5 haut fourneau fonctionne à sec; (c) enlever cet élément protecteur pendant les coulées ultérieures de ce haut fourneau lorsque la température à l'intérieur de cet élément protecteur est supérieure à la température plateau dans ce profil et inférieu-10 re à la température de coulée à sec dans ce profil.

6. Procédé selon la revendication 5, caractérisé en ce que cet élément protecteur est enlevé au cours de l'étape (c) lorsque la température à l'intérieur de l'élément protecteur atteint un point le long de la pente d'une 15 courbe de températures de ce profil.

7. Procédé selon la revendication 5, caractérisé en ce qu'il consiste, en outre, à présélectionner une température inférieure à cet intervalle de températures de fonctionnement à sec pour signaler l'approche de cet inter-20 valle de températures de fonctionnement à sec; et créer un signal lorsque la température présélectionnée à l'intérieur de l'élément protecteur est atteinte.

8. Procédé selon la revendication 5, caractérisé en ce que cet élément protecteur est enlevé au cours de 25 l'étape (c) immédiatement après que cette température de fonctionnement à sec soit atteinte, i