WO1987004189A1 - Bruleur de prechauffage - Google Patents

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WO1987004189A1
WO1987004189A1 PCT/FR1987/000011 FR8700011W WO8704189A1 WO 1987004189 A1 WO1987004189 A1 WO 1987004189A1 FR 8700011 W FR8700011 W FR 8700011W WO 8704189 A1 WO8704189 A1 WO 8704189A1
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dome
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burner according
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Jean-Pierre Aubrun
Bernard Lucien Bauvois
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Usinor Aciers
Ermat
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    • C21—METALLURGY OF IRON
    • C21C—PROCESSING OF PIG-IRON, e.g. REFINING, MANUFACTURE OF WROUGHT-IRON OR STEEL; TREATMENT IN MOLTEN STATE OF FERROUS ALLOYS
    • C21C7/00—Treating molten ferrous alloys, e.g. steel, not covered by groups C21C1/00 - C21C5/00
    • C21C7/10—Handling in a vacuum
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F23—COMBUSTION APPARATUS; COMBUSTION PROCESSES
    • F23D—BURNERS
    • F23D14/00—Burners for combustion of a gas, e.g. of a gas stored under pressure as a liquid
    • F23D14/46—Details, e.g. noise reduction means
    • F23D14/72—Safety devices, e.g. operative in case of failure of gas supply
    • F23D14/76—Protecting flame and burner parts
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F23—COMBUSTION APPARATUS; COMBUSTION PROCESSES
    • F23D—BURNERS
    • F23D14/00—Burners for combustion of a gas, e.g. of a gas stored under pressure as a liquid
    • F23D14/46—Details, e.g. noise reduction means
    • F23D14/72—Safety devices, e.g. operative in case of failure of gas supply
    • F23D14/78—Cooling burner parts

Definitions

  • the present invention relates to a burner of high thermal power for carrying at high temperature chambers capable of containing a solidified material and whose orifice for discharging the liquid mass is vertical, for example degassing chambers under RH type vacuum.
  • degassing devices which consist of a vertical cylindrical enclosure, the inner wall of which is lined with high quality refractory materials and which comprises one or two vertical tubes opening into the back wall, the upper part being closed and comprising a tube through which a vacuum is produced.
  • the vertical pipes which open into the bottom of the cylindrical enclosure are intended to be immersed in the liquid metal in order to suck it up and make it penetrate into the degassing enclosure.
  • heating or preheating burners are used which are placed below the lower pipes of the enclosure. These burners are generally formed by a nozzle containing the various supply pipes for combustible mixture, as well as a central supply pipe for pilot mixture connected to an explosion chamber for igniting the burner.
  • the integration of the ignition system has the effect of increasing the section of the burner head and of decreasing the impulse of the gas jets, so that at the time of the preheating of the enclosure, the molten metal flows on the head of the burner, closes the outlet orifices and causes them to deteriorate.
  • the present invention therefore relates to a heating or preheating burner which avoids the aforementioned drawbacks and which allows heating by the lower orifices of an enclosure still containing molten material or capable of melting during heating.
  • the subject of the invention is therefore a burner, in particular for heating or preheating chambers, comprising a head provided with feed channels Combustion mixture, characterized in that it comprises on the one hand a protective dome comprising cooling means and on the other hand means for distributing a circular jet of neutral gas or ventilated air under pressure covering the entire surface of the dome to granulate the molten material falling on said dome.
  • the protective dome is of frustoconical shape, the concavity being directed in the direction opposite to the direction of ejection of the burner flame, and comprises in its center a well surrounding the head of the burner and the diameter of which is greater than the external diameter of said head to provide with it a circular passage communicating with an internal chamber for supplying neutral gas or air ventilated under pressure.
  • the means for distributing the circular jet of neutral gas or pressurized ventilated air consist of an ejection nozzle disposed at the upper end of the protective dome.
  • Figure 1 is a schematic view of the burners according to the invention for the preheating of a degassing enclosure.
  • Figure 2 is an elevational sectional view of the upper part of a burner according to the invention.
  • FIG 3 is a developed view of the burner protection dome.
  • a vacuum degassing apparatus consisting of an enclosure 1 of generally cylindrical shape having a bottom 2. This enclosure is lined along its inner wall with a refractory lining 3 which is made of masonry bricks.
  • the degassing device has two lower tubes 4 and 5 which open into its bottom 2 through the refractory lining 3. These tubes 4 and 5 are made of a refractory material which is suitable for immersing in a bath of contained liquid steel for example in a pocket, not shown, for the purpose of degassing the steel.
  • a burner 10 is placed below each of the pipes 4 and 5 so that the flame is directed towards the said pipes and penetrates inside the enclosure for the purpose of '' preheating said enclosure and melting the material accumulated on the refractory lining 3.
  • the two burners 10 are identical and are mounted on a mobile gantry 6 making it possible to position these burners below the pipes 4 and 5 of the enclosure 1.
  • the lighting of each of the burners 10 is carried out by an independent and retractable igniter 7 between an ignition position located close to the burner head and a raised position after ignition, as shown on the left in FIG. 1. Referring now to FIG. 2, a burner 10 will be described in more detail.
  • This burner 10 is formed by a nozzle 11 for supplying an oxidizing mixture comprising a central duct 12 for supplying gas and an annu duct oxygen supply area 13. These two coaxial conduits 12 and 13 are placed inside a conduit 14 for supplying neutral gas or pressurized ventilated air, the purpose of which will be specified later.
  • the nozzle 11 has at its upper part a crown 15 on which is fixed a circular fixing flange 16 comprising a central body 16a pierced with a central orifice 17 and small orifices 18 uniformly distributed around said central orifice, communicating respectively with the conduit 12 and the pipe 13 of the nozzle 11.
  • a burner head 21 which has a central channel 22 and small peripheral channels 23 uniformly distributed around said central channel 22
  • the central channel 22 and the small peripheral channels 23 communicate via the orifices 17 and 18 of the flange 16 respectively with the conduit 12 and the conduit 13 of the nozzle 11 respectively.
  • the burner head 21 having only a central gas supply channel 22 and small peripheral oxygen supply channels 23 therefore has a small section which makes it possible to increase the gas pulse.
  • the protective dome 30 extends upwards near the upper part of the head 21 and, downwards, projects below the fixing flange 16.
  • This dome 30 forms with the head 21 and the fixing flange 16 an internal chamber 24 connected to the conduit 14 by orifices 25 drilled in the flange 16 and the crown 15.
  • the dome 30 has at its upper part a central well 31 surrounding the burner head 21 and which has a diameter greater than the external diameter of said head 21 so as to provide therewith a circular passage 26.
  • the burner head 21 is provided with a small circular rim 27 directed towards the bottom and which projects slightly above the upper end of the dome 30.
  • This small rim 27 provides with the upper end of the dome 30 a small annular space 28 forming an ejection nozzle connected by the passage 26, the internal chamber 24 and the orifices 25, to the duct 14 for supplying neutral gas or air ventilated under pressure.
  • This neutral pressurized gas blown by the nozzle 28 forms a circular jet and a mattress covering the entire outer surface of the dome 30.
  • the dome 30 is constituted by an upper skirt 32 and a lower skirt 33 connected by spacers 34 so as to provide an internal chamber 35 for the circulation of a cooling fluid.
  • FIG. 3 which is a developed view of the frustoconical crown 30, the internal chamber 35 is separated by an intermediate partition 36 into two zones 35a and 35b, the zone 35a being connected to an inlet pipe 37 of the coolant and the zone 35b to a pipe 38 for output of said fluid.
  • baffles 39 to increase the path followed by the fluid and consequently increase the cooling of the dome 30.
  • the burner head 21 and the dome 30 are made, for example, of copper or of refractory steel.
  • the gas pulse at the outlet of said head 21 is significant, so that when it flows, the molten material is deflected on the dome 30 and does not reach the head burner 21 which ensures its protection.
  • the molten material falling on the dome 30 rolls in the form of small beads.
  • This system is suitable for heating through the lower orifices of any enclosure containing molten material or liable to melt during heating, such as, for example, RH type vacuum zaging for steel treatment.

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Abstract

Un brûleur notamment pour le chauffage ou le préchauffage par des orifices inférieurs d'enceintes contenant de la matière solidifiée susceptible de fondre en cours de chauffage, comportant une tête (21) munie de canaux (22, 23) d'alimentation en mélange comburant, caractérisé en ce qu'il comporte d'une part une coupole de protection (30) comprenant des moyens de refroidissement (34) et d'autre part des moyens de répartition (26, 27, 28) d'un jet circulaire de gaz neutre ou d'air ventilé sous pression couvrant toute la surface de la coupole (30) pour granuler la matière en fusion tombant sur ladite coupole.

Description

Brûleur de préchauffage La présente invention a pour objet un bruleur de puissance thermique élevée pour porter a haute température des enceintes susceptibles de contenir une matière solidifiée et dont l'orifice d'évacuation de la masse liquide est vertical, par exemple des enceintes de dégazage sous vide du type RH.
Pour le traitement du métal liquide tel que l'acier, on utilise des appareils de dégazage qui sont constitues d'une enceinte cylindrique verticale dont la paroi intérieure est garnie de matériaux réfractaires de haute qualité et qui comporte une ou deux tubulures verticales débouchant dans la paroi du fond, la partie supérieure étant fermée et comportant une tubulure par laquelle on réalise le vide. Les tubulures verticales qui débouchent dans le fond de l'enceinte cylindrique sont destinées a être plongées dans le métal liquide afin d'aspirer ce dernier et de le faire pénétrer dans l'enceinte de dégazage.
Lorsque l'on applique le vide, par l'intermediaire de la tubulure supérieure de l'enceinte, le métal liquide monte a l'intérieur de la chambre de dégazage où il est soumis a une action très violente de brassage due a la vaporisation brutale du gaz contenu dans le métal liquide. Cette action de brassage est accentuée par une infection éventuelle d'un gaz neutre dans l'une des tubulures inférieures.
Ces procédés de dégazage sont très efficaces, mais présentent tous un inconvénient tenant a la perte de température de l'enceinte de dégazage et du métal liquide, si bien qu'après un ou plusieurs traitements, les protections métalliques accumulées sur le garnissage intérieur de l'enceinte forment "un loup" qui risque d'obturer les tubulures verticales de ladite enceinte et de perturber le fonctionnement du processus. Pour essayer de minimiser ces inconvénients et maintenir l'enceinte à la température appropriée au cours de l'opération de traitement sous vide, on place à l'intérieur de l'enceinte une résistance électrique formée par une canne en graphite. Mais cette canne est une pièce d'usure qui doit être régulièrement remplacée ce qui augmente sensiblement les coûts d'exploitation.
De plus, pour réchauffer l'enceinte de dégazage avant chaque nouveau traitement et fondre le métal accumulé sur le garnissage intérieur, on utilise des brüleurs de chauffage ou de préchauffage qui sont placés au-dessous des tubulures inférieures de l'enceinte. ces brüleurs sont généralement formés par une tuyère contenant les différents conduits d'alimentation en mélange combustible, ainsi qu'un conduit central d'alimentation en mélange pilote raccordé à une chambre d'explosion pour l'allumage du brüleur. L'intégration du système d'allumage a pour conséquence d'accroitre la section de la tète des brûleurs et de diminuer l'impulsion des jets de gaz, si bien qu'au moment du préchauffage de l'enceinte, le métal fondu coule sur la tète du brüleur, obture les orifices de sortie et provoque leur détérioration.
La présente invention a donc pour objet un brüleur de chauffage ou de prechauffage qui évite les inconvénients précités et qui permet le chauffage par les orifices inférieurs d'une enceinte contenant encore de la matière en fusion ou susceptible de fondre en cours de chauffage.
L'invention a ainsi pour objet un brüleur, notamment pour le chauffage ou le préchauffage d'enceintes, comportant une tète munie de canaux d'alimen tation en mélange comburant, caractérisé en ce qu'il comporte d'une part une coupole de protection comprenant des moyens de refroidissement et d'autre part des moyens de répartition d'un jet circulaire de gaz neutre ou d'air ventile sous pression couvrant toute la surface de la coupole pour granuler la matière en fusion tombant sur ladite coupole.
Selon une autre caractéristique de l'invention, la coupole de protection est de forme tronconique, la concavité étant dirigée dans le sens opposé à la direction d'éjection de la flamme du brüleur, et comporte en son centre un puits entourant la tëte du brüleur et dont le diamètre est supérieur au diamètre externe de ladite tête pour ménager avec celle-ci un passage circulaire communiquant avec une chambre interne d'alimentation en gaz neutre ou air ventilé sous pression.
Selon encore une autre caractéristique de l'invention, les moyens de répartition du jet circulaire de gaz neutre ou d'air ventile sous pression sont constitués par une buse d'éjection disposée à l'extrémité supérieure de la coupole de protection.
Afin de bien faire comprendre l'invention, on va maintenant décrire, en se référant aux figures jointes en annexe, un mode de réalisation du brüleur selon l'invention.
La figure 1 est une vue schématique des brüleurs selon l'invention pour le préchauffage d'une enceinte de dégazage. La figure 2 est une vue en élévation en coupe de la partie supérieure d'un brüleur conforme à l'invention.
La figure 3 est une vue développée de la coupole de protection du brüleur. Sur la figure 1, on a représenté schématiquement la partie inférieure d'un appareil de dégazage sous vide constituée d'une enceinte 1 de forme générale cylindrique comportant un fond 2. Cette enceinte est garnie le long de sa paroi intérieure d'un revëtement réfractaire 3 qui est constitué de briques maçonnées.
L'appareil de dégazage comporte deux tubulures inférieures 4 et 5 qui débouchent dans son fond 2 au travers du revêtement réfractaire 3. Ces tubulures 4 et 5 sont constituées d'un matériau réfractaire qui est approprié pour plonger dans un bain d'acier liquide contenu par exemple dans une poche, non représentée, en vue d'effectuer le dégazage de l'acier. Avant d'effectuer une opération de dégazage, on place au-dessous de chacune des tubulures 4 et 5, un brüleur 10 de telle manière que la flamme soit dirigée vers lesdites tubulures et pénètre à l'intérieur de l'enceinte dans le but d'effectuer un préchauffage de ladite enceinte et de fondre la matière accumulée sur le revëtement réfractaire 3.
Les deux brüleurs 10 sont identiques et sont montés sur un portique mobile 6 permettant de positionner ces brüleurs au-dessous des tubulures 4 et 5 de l'enceinte 1. L'allumage de chacun des brüleurs 10 est réalisé par un allumeur 7 indépendant et escamotable entre une position d'allumage située a proximité de la tête des brûleurs et une position relevée après allumage, comme représenté à gauche sur la figure 1. En se reportant maintenant à la figure 2, on va décrire plus en détails un brüleur 10.
Ce brüleur 10 est formé par une tuyère 11 d'alimentation en mélange comburant comprenant un conduit central 12 d'amenée de gaz et un conduit annu laire 13 d'amenée d'oxygène. Ces deux conduits coaxiaux 12 et 13 sont placés à l'intérieur d'un conduit 14 d'alimentation en gaz neutre ou air ventilé sous pression, dont le but sera précisé ultérieurement. La tuyère 11 comporte à sa partie supérieure une couronne 15 sur laquelle est fixée une bride de fixation circulaire 16 comportant un corps central 16a percé d'un orifice central 17 et de petits orifices 18 uniformément répartis autour dudit orifice central, communiquant respectivement avec le conduit 12 et le conduit 13 de la tuyère 11.
Sur la bride de fixation 16 est montée, de manière amovible par l'intermédiaire d'une bague 19 et de vis 20, une tète de brüleur 21 qui comporte un canal central 22 et des petits canaux périphériques 23 uniformément répartis autour dudit canal central 22. Le canal central 22 et les petits canaux périphériques 23 communiquent par l'intermédiaire respectivement des orifices 17 et 18 de la bride 16 avec respectivement le conduit 12 et le conduit 13 de la tuyère 11.
La tète de brüleur 21 ne comportant qu'un canal central 22 d'alimentation en gaz et des petits canaux périphériques 23 d'alimentation en oxygène a donc une faible section ce qui permet d'augmenter l'impulsion des gaz.
D'autre part, sur la périphérie de la bride de fixation 16 est fixée une coupole de protection 30 de forme générale tronconique et dont la concavité est dirigée dans le sens opposé à la direction d'éjection de la flamme de la tète 21 du brüleur.
La coupole de protection 30 s'étend vers le haut à proximité de la partie supérieure de la tëte 21 et, vers le bas, déborde au-dessous de la bride de fixation 16. Cette coupole 30 forme avec la tète 21 et la bride de fixation 16 une chambre interne 24 reliée au conduit 14 par des orifices 25 percés dans la bride 16 et la couronne 15. La coupole 30 comporte à sa partie supérieure un puits central 31 entourant la tète de brüleur 21 et qui a un diamètre supérieur au diamètre externe de ladite tëte 21 de façon à ménager avec celle-ci un passage circulaire 26. Par ailleurs, la tète de brüleur 21 est munie d'un petit rebord circulaire 27 dirigé vers le bas et qui déborde légèrement au-dessus de l'extrémité supérieure de la coupole 30. Ce petit rebord 27 ménage avec l'extrémité supérieure de la coupole 30 un petit espace annulaire 28 formant une buse d-'éjection reliée par le passage 26, la chambre interne 24 et les orifices 25, au conduit 14 d'alimentation en gaz neutre ou air ventilé sous pression. Ce gaz neutre sous pression soufflé par la buse 28 forme un jet circulaire et un matelas couvrant toute la surface extérieure de la coupole 30.
La coupole 30 est constituée par une jupe supérieure 32 et une jupe inférieure 33 reliées par des entretoises 34 de façon à ménager une chambre interne 35 de circulation d'un fluide de refroidissement.
Comme on le voit sur la figure 3 qui est une vue développée de la couronne tronconique 30, la chambre interne 35 est séparée par une cloison intermédiaire 36 en deux zones 35a et 35b, la zone 35a étant reliée à une conduite d'entrée 37 du fluide de refroidissement et la zone 35b à une conduite 38 de sortie dudit fluide.
A l'intérieur de la chambre 35 sont dispo sées des chicanes 39 pour augmenter le trajet suivi par le fluide et par conséquent accroître le refroidissement de la coupole 30.
La tëte de brüleur 21 et la coupole 30 sont réalisées par exemple en cuivre ou en acier réfractaire.
Après avoir placé les brüleurs 10 au-dessous des tubulures inférieures 4 et 5 de l'enceinte 1, on allume lesdits brüleurs 10 par les allumeurs 7.
Les flammes du brûleur 10 pénètrent dans l'enceinte 1 pour assurer son préchauffage et fondre la matière accumulée sur le garnissage intérieur 3.
Gràce a la faible section de la tëte de brüleur 21, l'impulsion des gaz a la sortie de ladite tëte 21 est importante, si bien qu'en coulant, la matière fondue est déviée sur la coupole 30 et n'atteint pas la tëte de brüleur 21 ce qui assure sa protection. De plus, sous l'effet combiné du matelas de gaz neutre ou d'air ventilé créé par la buse 28 sur la coupole 30 et le refroidissement de ladite coupole par la circulation interne du fluide, la matière en fusion tombant sur la coupole 30 roule sous forme de petites billes. Ainsi, on réalise une granulation de la matière en fusion tombant de l'enceinte 1.
De cette façon, on obtient une protection efficace de la tëte de brüleur, permettant d'augmenter le temps de présence des brüleurs sous l'enceinte et donc d'assurer un préchauffage plus important de ladite enceinte, ce qui évite le montage de résistances électriques a l'intérieur de cette enceinte.
Ce système convient pour le chauffage par les orifices inférieurs de toute enceinte contenant de la matière en fusion ou susceptible de fondre en cours de chauffage, comme par exemple des enceintes de déga zage sous vide du type RH pour le traitement de l'acier.

Claims

REVENDICATIONS 1.- Brüleur notamment pour le chauffage ou le préchauffage par des orifices inférieurs (4, 5) d'enceintes (1) contenant de la matière solidifiée susceptible de fondre en cours de chauffage, comportant une tëte (21) munie de canaux (22, 23) d'alimentation en mélange comburant, caractérisé en ce qu'il comporte d'une part une coupole de protection (30) comprenant des moyens de refroidissement (34) et d'autre part des moyens de répartition (26, 27, 28) d'un j et circulaire de gaz neutre ou d'air ventilé sous pression couvrant toute la surface de la coupole (30) pour granuler la matière en fusion tombant sur ladite coupole.
2.- Brüleur selon la revendication 1, caractérisé en ce que la coupole de protection (30) est de forme tronconique, la concavité étant dirigée dans le sens opposé a la direction d'élection de la flamme du brüleur, et comporte en son centre un puits (31) entourant la tëte (21) du brüleur et dont le diamètre est supérieur au diamètre externe de ladite tëte pour ménager avec celle-ci un passage circulaire (35) communiquant avec une chambre interne (24) d'alimentation en gaz neutre ou air ventilé sous pression.
3.- Brüleur selon les revendications 1 et 2, caractérisé en ce que les moyens de répartition (26, 27, 28) du 3et circulaire de gaz neutre ou d'air ventilé sous pression sont constitués par une buse d'élection (28) disposée à l'extrémité supérieure de la coupole ( 30 ).
4.- Brüleur selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que la buse d'élection (28) est formée par un petit rebord circulaire (27) prévu à la partie supérieure de la tète de brüleur (21) et débordant légèrement au-dessus de la coupole (30), ledit petit rebord circulaire (27) ménageant avec l'extrémité supérieure de la coupole (30), un petit espace annulaire relié par le passage circulaire (36) à la chambre interne (24) d'alimentation en gaz neutre ou air ventilé sous pression.
5.- Brûleur selon la revendication 1, caractérisé en ce que les moyens de refroidissement de la coupole de protection (30) sont constitués par une chambre interne (35) formée à l'intérieur de ladite coupole (30) et dans laquelle circule un fluide de refroidissement.
6.- Brüleur selon la revendication 5, caractérisé en ce que la chambre interne est séparée par une cloison intermédiaire (36) en deux zones (35a et 35b) d'entrée et de sortie du fluide de refroidissement.
7.- Brüleur selon les revendications 5 et 6, caractérisé en ce que la chambre interne (35) est munie de chicanes (39) pour augmenter le trajet de circulation du fluide et accroître le refroidissement de la coupole de protection (30).
8.- Brüleur selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que la tëte (21) du brüleur est démontable et de faible section pour augmenter l'impulsion des gaz du mélange comburant et empêcher les coulées de matière en fusion d'atteindre ladite tëte.
9.- Brüleur selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que la tëte (21) du brüleur et la coupole de protection (30) sont réalisées en un matériau bon conducteur thermique tel que le cuivre ou un matériau réfractaire tel que l'acier réfractaire.
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