WO2022064149A1 - Section de prechauffage a flamme directe pour ligne continue de traitement de bandes metalliques - Google Patents

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strip
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fumes
chamber
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Jean-Pierre Lipp George
Camille MOUKARZEL
Patrice Sedmak
Abou BA
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Fives Stein
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    • F27B2009/122—Preheating

Definitions

  • TITLE DIRECT FLAME PREHEATING SECTION FOR CONTINUOUS METAL STRIP PROCESSING LINE
  • the invention relates to continuous horizontal or vertical lines for annealing or galvanizing metal strips, and more particularly to the vertical direct flame preheating sections of these lines, sometimes called "NOF sections", NOF being the abbreviation of English “Non Oxydizing Furnace”, or Non-oxidizing Furnace, or “DFF section”, DFF being the abbreviation of English “Direct Firing Furnace”, or Four à flu.
  • the aim of the invention is that the preheating section makes it possible to carry out effective preheating of the strip with good uniformity of temperature and surface condition over the width of the strip. It also aims to avoid or control the interaction between the combustion reagents and the strip surface, while limiting atmospheric emissions.
  • a direct flame preheating section is generally placed at the entrance to a furnace of a hot-dip galvanizing line or an annealing line.
  • a galvanizing line according to the state of the art, and more precisely with a vertical furnace. From the entrance of the line, according to the direction of movement of the strip, we find a section 1 of preheating with direct flame, a section 2 of heating with radiant tubes, a section 3 of holding with radiant tubes, a section 4 of slow cooling, one section 5 rapid cooling, an aging section 6, an oven outlet section 7 and a coating section 8.
  • the direct flame preheating section has the following main features:
  • the direct flame preheating section consists of two zones: an active zone where the burners are installed that allow the strip to be heated to the temperature defined by the thermal cycle, and a recuperative zone where the strip is preheated to a temperature below 250° C to avoid its oxidation, and this by exhausting the heat contained in the fumes coming from the active zone.
  • a recuperative vertical zone 11 in which the strip is preheated by the combustion fumes.
  • the fumes circulate in the opposite direction to the strip.
  • an outlet 12 makes it possible to conduct the fumes towards an additional energy recovery zone, not shown, outside the preheating section, at the means of an enhancer also not shown.
  • the fumes leave the preheating section at a temperature generally between 700°C and 900°C.
  • the additional energy recovery zone further exhausts the fumes by lowering their temperature even further. It may comprise a heat exchanger making it possible to transfer heat energy from the flue gases to another fluid, for example air used to supply the burners of the preheating section and thus limit fuel consumption.
  • the direct flame preheating section can be horizontal or vertical, depending on whether the strip runs through it horizontally or vertically.
  • the preheat section On a vertical line, the preheat section is always vertical.
  • the preheating section On a horizontal line, the preheating section is generally horizontal, but it can also be vertical, in particular to limit the length of the line.
  • the active zone and the recovery zone follow each other without changing the direction of the strip.
  • the fumes from the active zone thus flow towards the recuperative zone while maintaining a good distribution of the fumes over the strip width.
  • the active zone and the recuperative zone are generally found on two different band strands, one rising for the recuperating zone and the other descending for the active zone.
  • a deflector roller 31, 32 for a change of direction of the strip at 90 degrees.
  • the belt runs horizontally in the same clockwise direction.
  • the temperature of the furnace is very high, for example 1350°C. To prevent the deflector rollers from being exposed to this temperature level, they are placed in a separate zone, in which the temperature is lower.
  • the fumes travel from the active zone to the recovery zone in at least one connection tunnel 13, without passing through this separate zone 30 where the deflector rollers are placed thanks to restrictions 33, 34 installed at the entrance and exit of the latter on the up and down strands of the strip.
  • the flow of smoke in the existing connection tunnel configurations leads to heterogeneous smoke distribution over the width of the strip. This leads to a temperature heterogeneity over the strip width and a disparity in the concentration of chemical species at the surface of the strip. This results in a different surface condition over the width of the strip leaving the preheating section.
  • the direct flame burners of the active zone must ensure the preheating of the strip with good temperature uniformity over the width of the strip. They must have low energy consumption and emit few polluting emissions, particularly nitrogen oxides (NOx).
  • NOx nitrogen oxides
  • the burners must also be able to operate in reducing mode, i.e. undersupplied with oxidizer, in order to reduce the presence of oxygen near the strip as much as possible and thus prevent its oxidation . If it is accepted that a low oxygen level close to the band of a few hundred ppm is acceptable, it is still advisable to try to approach zero oxygen near the band.
  • the fumes travel from the active zone to the recuperative zone in at least one connection tunnel according to three configurations.
  • connection tunnel 13 is longitudinal, that is to say it connects the active zone 14 and the recuperative zone 11 by a horizontal section extending in the direction of running of the band B.
  • FIG. 3 corresponds to a view from above according to the section plane CC of FIG. 2.
  • the two vertical strands of the band at the level of the tunnel constitute obstacles to the flow of the fumes that some of them must bypass.
  • Swirls of smoke (vortices) form in places, particularly at the entrance to the recuperative section in the direction of smoke flow. This results in a heterogeneous smoke distribution over the width of the strip leading to a difference in temperature and surface condition over the width of the strip.
  • a lateral connection tunnel 13a, 13b is arranged on each side of the preheating section.
  • the smoke inlets on the side of the active zone 14 and their outlets on the side of the recuperative zone 11 are made laterally, on the sides of the strip B. This results in an asymmetry over the width of the strip, the distribution of smoke being greater on the edges of the strip than in its centre.
  • the burners that equip the vertical direct flame preheating sections are grouped into two main categories, the so-called front burners and the so-called side burners according to their position relative to the strip.
  • front burners are placed opposite the band.
  • Two types of front burners are distinguished: front burners with nozzle mixing and front burners with premixing.
  • the front burners develop a short spiral flat flame so as to avoid impacting and oxidizing the strip.
  • This technology is the most widespread, in particular because it makes it possible to modulate the temperature profiles over the width of the strip by adjusting the distribution of heat between the burners.
  • this technology is costly in terms of investment and maintenance, since it requires a large number of burners to cover the entire width of the strip (between three burners and nine burners depending on the strip width and the unit power of the burners) and a system complex regulation for adjusting power and the air/gas ratio per burner.
  • burners operate with hot air when they are front burners with nozzle mixing (typically air preheated to 550°C) or with cold or slightly preheated air (temperature below 300°C) when it comes to front premix burners.
  • front burners at least one zone of the preheating section is equipped with premixed burners, which leads to overconsumption of fuel compared to hot air burners.
  • side burners are placed on the side of the band. They develop a flame across the width of the oven, parallel to the strip. This technology is simpler and more economical, as it requires only one burner per row to cover the entire width of the strip on one side.
  • the mode of regulation of the air/gas ratios is practiced by section, for a set of burners.
  • these burners operate in hot air (usually 500°C) with savings in fuel.
  • these burners according to the state of the art have fairly high NOx emission levels, typically 250 mg/Nm3 at 3% oxygen against 120 mg/Nm3 for front burners.
  • the temperature heterogeneity of their flame over the width of the preheating section is affected by the process and must be corrected by means other than the burner itself.
  • the temperature difference over the width of the strip can vary between +/-20°C under moderate conditions of production and temperature at the outlet of the preheating section (600°C), to +/-50°C for outlet temperatures around 720°C.
  • the flame has a section
  • This configuration is advantageous in NOx emission but it leads to a high probability of the presence of oxygen in the vicinity of the strip, hence a risk of uncontrolled oxidation and, on the other side of the flame, a wall temperature more important penalizing for the resistance of the refractory.
  • a direct flame preheating section for a continuous metal strip processing line comprising a connecting zone provided for circulation of the combustion fumes coming from an active zone equipped with burners to a recuperative zone for preheating the band by exchange with said fumes, the burners being capable of operating in so-called flameless mode.
  • Said connecting zone comprises an outlet chamber capable of directing the flow of fumes so that they flow frontally with respect to the strip at the outlet of the active zone and an inlet chamber capable of directing the flow of fumes so that they flow frontally with respect to the strip at the entrance to the recovery zone, in the direction of flue gas flow.
  • the outlet chamber is arranged at the outlet of the active zone, in the direction of smoke flow and is provided arranged for a withdrawal of smoke
  • the inlet chamber is arranged at the entrance to the recuperative zone and is provided arranged for a smoke injection
  • the connecting zone further comprising two turning chambers each arranged to cause the flow of smoke to make a 90 degree turn between an inlet opening and an outlet opening, a first turning chamber communicating directly with the exit chamber and a second turning chamber communicating directly with the entry chamber, and two connecting tunnels provided arranged for smoke circulation, a first connecting tunnel directly connecting the exit opening of the first chamber with an inlet opening of the inlet chamber and a second connecting tunnel directly connecting an outlet opening of the outlet chamber and the inlet opening of the second c room.
  • the two circuits are more or less symmetrical to obtain a balanced distribution of the fumes on the two sides of the belt, contributing to good temperature uniformity.
  • the two outlet openings of the outlet chamber are arranged facing each other and frontally with respect to a circulation of the strip in the active zone and the two inlet openings of the inlet chamber are arranged opposite each other. Opposite and frontally in relation to movement of the band in the recovery zone.
  • This arrangement favors the distribution of the smoke flow over the width of the strip in the connecting zone and over the length of the active and reactive zones. This results in a better homogeneity in temperature and in surface condition over the width of the strip compared to a solution where the injection and/or the extraction of fumes is carried out laterally, in a direction parallel to the direction defined by the width of the strip.
  • the width and length dimensions on a horizontal plane of the connecting zone chambers where the band is located are the same as those of the active and recuperative zones which extend.
  • the section of the chamber which extends the recuperative zone is smaller than that of the chamber which extends the active zone.
  • the chambers intended to direct the flow of fumes, their openings and the connecting ducts between the chambers are dimensioned so that the fumes flow into the chambers where the strip is located in a direction perpendicular to one side of the strip and from so that the distribution of fumes is homogeneous over the width of the strip.
  • the chambers of the connection zone in which the flow of fumes makes a 90 degree turn are located between the rising strand and the falling strand of the strip. They are located at the same level on the height of the preheating section as the chambers where the strip is located and they are aligned with them longitudinally, according to the direction of movement of the strip in the line.
  • the horizontal space usually available between the active zone and the recuperative zone of a direct flame preheating section according to the state of the art is sufficient for the installation of the two chambers in which the flow of the fumes makes a 90 bend. degrees. This space can nevertheless be slightly increased, if necessary, to obtain a good distribution of the fumes and a flow of the latter in a direction perpendicular to the direction defined by the width of the strip over the width.
  • the burners are of the direct flame side type, said burners being capable of operating in flameless mode, for example when the internal temperature of the active zone near the burners is greater than 850°C.
  • This type of combustion is very low emissive in the ultraviolet range.
  • the flame is almost invisible to the naked eye, hence the term flameless mode.
  • the limits of the flame are less well defined, because the products of combustion are very homogeneous and mix with the smoke from the oven.
  • the combustion In flameless mode, the combustion is strongly diluted in several volumes of smoke. This mode of operation is accessible either by recirculating the fumes locally within the combustion chamber itself or by taking part of the fumes elsewhere, for example directly from the chimney, and by reinjecting them into the burner. This last possibility is however more complex to implement.
  • the geometry of the burner and that of the combustion chamber create recirculations of the products of combustion towards the burner, thus diluting the oxidizer and the fuel with the products of combustion before the reaction.
  • the internal temperature of the active zone is greater than 850°C.
  • the burners therefore mainly operate in flameless mode.
  • the combination of burners operating without flame and of a connecting zone between the active zone and the recuperative zone of the preheating section according to the invention makes it possible to obtain good uniformity of temperature and surface condition over the width of the strip from its entry into the preheating section to its exit.
  • This combination is necessary to obtain this good homogeneity over the width of the strip at the exit of the preheating section, because a significant heterogeneity present on the band at the input of the active zone which would result from a connection zone according to the state of the art could not be corrected in the active zone.
  • the volume combustion of the flameless mode of side burners does not make it possible to adjust the power delivered to the strip over its width.
  • the temperature difference over the strip width is thus limited to approximately +/- 10°C at the outlet of the preheating section, which makes it possible to obtain mechanical properties and a homogeneous oxide layer over the width of the strip. , in the case of selective oxidation.
  • Operation in flameless mode makes it possible to limit the temperature reached by the combustion products compared to a combustion mode with flame.
  • the burner according to the invention in operation in flameless mode makes it possible to lower the hot point in the flame to approximately 1450° C., i.e. barely 100° C. above refractory temperature.
  • the front burners according to the state of the art have flame temperatures exceeding 1700 °C.
  • the burner according to the invention Since the formation of NOx is directly linked to the flame temperature, the burner according to the invention has a significantly lower NOx emission rate than that of burners according to the state of the art during operation in flameless mode. .
  • analyzes of chemical species within the flame show better homogeneity compared to conventional combustion.
  • the low local oxygen level also contributes to the reduction of the level of NOx.
  • the burner according to the invention is capable of operating with combustion air preheated up to 600° C., without significant impact on NOx emissions.
  • Energy Harvesters now have a efficiency which makes it possible to reach preheated air temperatures close to 600°C.
  • the production of NOx on conventional burners is highly dependent on air temperature levels with an exponential evolution curve.
  • the air temperature on these burners is therefore limited.
  • This evolution of NOx as a function of air temperature is much flatter and linear in diffuse combustion, which makes it possible to raise the air temperature to 600°C.
  • This higher air temperature limits fuel consumption and promotes the recirculation of fumes and the homogeneity of species in the combustion chamber.
  • the preheating of the combustion air can be carried out in a heat exchanger in which the fumes leaving the preheating section have circulated. Although cooled by an exchange with the strip in the recuperative zone, their temperature level is still sufficient to ensure the preheating of the combustion air.
  • the burners have an axial direction at the intersection of a vertical plane and a horizontal plane, and comprise a diffuser through which fuel injection ducts pass for operation in flameless mode and oxidizer injection ducts. Said oxidizer injection ducts emerge from the diffuser closer to the axis of the burner than said fuel injection ducts for operation in flameless mode.
  • the burners have oxidizer injection ducts which emerge from the diffuser on the vertical plane which are divergent and others which emerge from the diffuser on the horizontal plane which converge towards the axis of the burner.
  • the fuel and oxidant injection ducts are arranged so as to obtain the desired distribution of fuel and oxidant in the volume of the combustion chamber delimited by one face of the strip and the side and front walls of the furnace to obtain flameless combustion.
  • the volume combustion which results therefrom makes it possible to obtain a good distribution of the combustion products over the width of the strip and thus a good uniformity of temperature thereon.
  • the burners are positioned in the preheating section with their vertical plane arranged parallel to the strip.
  • the oxidizer spreads vertically and contracts horizontally.
  • Fuel jets have a lower momentum than oxidizer jets.
  • the fuel is sucked up by the oxidizer with which it reacts, constituting an airflow envelope which protects the strip from oxidation.
  • the pulse of the oxidizer jets draws in the fumes in the same way to recirculate them.
  • the strip is in the immediate vicinity of the burners, the axis of the burners being typically around 400 mm from the strip, the presence of oxygen in the vicinity of the strip and its oxidation are avoided.
  • This near-band oxygen criterion is critical for the use of flameless side burners in a preheating section, because flameless burners generally require larger combustion chamber volumes to achieve maximum flue gas recirculation. If the confinement of the chamber does not allow this, the combustion spreads and the residual oxygen present within the flame pollutes the strip.
  • the flameless combustion regime relies on the necessary presence of a high-intensity recirculation zone around the reagent jets in the furnace enclosure.
  • the fuel and air jets must therefore have sufficient momentum to be able to entrain and mix with the aspirated fumes.
  • the pulses of the oxidizer and fuel jets implemented according to the invention guarantee an overall smoke recirculation rate of six around the jets, which is sufficient for flameless combustion. This implies that, in On average, the jet of oxidizer or fuel is diluted in six volumes of smoke.
  • flameless burners do not have a combustion tunnel. However, this contributes to initiating reactions very early on a conventional burner.
  • the harmful consequence for an application of flameless burners in the preheating section would be to impact the wall located in front of the burner, which would accelerate its degradation. For this reason it is necessary to also contain the length of the flame.
  • Each of the oxidizer injection ducts can be arranged on the vertical plane and the horizontal plane.
  • the ducts which emerge on the vertical plane can be divergent and the ducts which emerge on the horizontal plane can be convergent towards the axis of the burner.
  • the oxidizer injection ducts of the burners which emerge from the diffuser on the vertical plane are divergent at an angle of between 2 and 12 degrees, and preferably of seven degrees.
  • the oxidizer injection ducts of the burners which emerge from the diffuser on the horizontal plane converge at an angle of between 1 and 5 degrees, and preferably three degrees.
  • the fuel injection ducts of the burners for operation in flameless mode converge towards the axis of the burner.
  • Flameless burners are unstable when cold. Indeed, on these burners, the flames are unhooked and develop diffusely in the oven. When cold, when the auto-ignition temperature is not reached, this poses a problem, because in the event of a flame stall, the burner secures the entire area of the preheating section. This must then be purged in order to be able to restart. It is therefore necessary to have a heating mode that is very stable when cold to raise the temperature of the oven.
  • the burners include a second fuel injection duct for operation in flame mode which extends along the axial direction of the burner and which emerges from the diffuser in the axis of the burner.
  • the burners also have an annular combustion air supply duct around the fuel injection duct for flame mode operation. This air contributes to the attachment of the flame.
  • the burners according to the invention are particularly suitable for operation in natural gas and in steelmaking gas, in particular in coke oven gas also called COG for "Coke oven gas”.
  • the burner according to the invention makes it possible to obtain NOx levels of less than 100 mg/Nm 3 at 3% oxygen for a furnace at 1350° C., a combustion setting with a lack of air and air from the combustion preheated to 600°C.
  • the residual oxygen close to the strip is of the order of 20 ppm over the entire width of the strip.
  • the residual oxygen content close to the strip is low and homogeneous over the width of the strip. It varies slightly according to the air/gas ratio, with around 20 ppm for an air/gas factor of 0.90 and 25 ppm for an air/gas factor of 0.95.
  • Burners arranged at the entrance to the active zone, according to the direction of travel of the strip operate in a stoichiometric atmosphere while the others, the majority of the burners, operate in a lack of air.
  • the operation in a stoichiometric atmosphere of these burners makes it possible to produce fumes which will burn/crack the hydrocarbons present on the surface of the strip.
  • the operation in lack of air of the other burners makes it possible to obtain reducing fumes which will reduce the iron oxides present on the surface of the strip.
  • the burners of the preheating section are thus distributed according to at least two regulation zones.
  • the atmosphere in the section is controlled along the active zone by varying the air/gas ratio in the different regulation zones.
  • the preheating is carried out in several stages with one stage in a very slightly oxidizing zone. In this, the combustion must be finely tuned around the target air/gas factor, generally between 1.01 and 1.05.
  • the new burner design according to the invention is compatible with this use.
  • the distribution of near-band oxygen is very homogeneous, at +/- 0.1%. It is thus possible to produce an identical selective oxidation over the entire width of the strip, especially since the temperature uniformity of the strip is also improved.
  • the thickness of the oxide layer on the steel is thus controlled by simple management of excess air in this area.
  • the advantage of this characteristic is interesting, because it avoids a complex chamber dedicated to the selective oxidation of the strip.
  • FIG.1 is a schematic overview of a galvanizing line with a direct flame preheating section according to the state of the art
  • FIG.2 is an enlargement of the preheat section of Figure 1,
  • FIG.3 is a schematic view from above and in section of the preheating section according to Figure 2,
  • FIG .4 is a schematic view from above and in section of a preheating section according to a second example of the state of the art
  • FIG.5 is a schematic view from above and in section of a section preheating according to a third example of the state of the art.
  • FIG.6 is a schematic view similar to Figure 2, but for a direct flame preheating section according to one embodiment of the invention.
  • FIG.7 is a schematic view from above and in section of the preheating section similar to those of Figures 3 to 5, but for the preheating section according to Figure 6,
  • FIG.8 is a schematic front view of the diffuser of a burner according to one embodiment of the invention.
  • FIG.9 is a schematic sectional and three-dimensional view of one half of the diffuser according to Figure 8,
  • FIG.10 is a schematic side view showing the front shape of the flame with a burner operating in flame mode according to the state of the art, for a vertical preheating section,
  • FIG.11 is a schematic view showing the front shape of the flame with a burner operating in flameless mode according to the state of the art, still for a vertical preheating section
  • FIG.12 is a schematic view showing the front shape of the flame with a burner according to the invention operating in flameless mode, again for a vertical preheating section.
  • variants of the invention may in particular be considered comprising only a selection of characteristics described, subsequently isolated from the other characteristics described, if this selection of characteristics is sufficient. to confer a technical advantage or to differentiate the invention from the state of the prior art.
  • This selection includes at least one feature, preferably functional without structural details, or with only part of the structural details if only this part is sufficient to confer a technical advantage or to differentiate the invention from the state of the prior art .
  • connection zone 13 provides the fluidic connection between the recuperative zone 11 and the active zone 14 equipped with side burners 15.
  • connection zone 13 is similar to that of the active and recuperative zones in that it comprises a metallic outer casing and an inner lining made of refractory materials.
  • the connection zone 13 comprises two chambers 18, 19 in which the strip circulates, the chamber 18 at the entrance to the recuperative zone 11, in the direction of flow of the fumes, for the rising strand and the chamber 19 at the exit from the active zone for the descending strand.
  • the connection zone 13 also includes two other chambers 20, 21 intended to direct the flow of the fumes facing the strip by causing them to make a 90 degree turn, the chamber 20 on the side of the riser and the chamber 21 on the side of the descending strand. They are arranged in the central part of the connection zone, between the rising strand and the falling strand of the strip.
  • the flow of smoke leaves the chambers 19, 21 arranged on the side of the active zone 14 and enters the chambers 18, 20 arranged on the side of the zone 1 1 recuperative.
  • each of the chambers 18, 19 in which the strip circulates comprises two openings 22, 23, respectively 24, 25, arranged opposite each other, facing the strip, through which the fumes enter or leave. .
  • one of the openings 23, respectively 25 (the one in connection with the chambers 18, 19 where the band circulates), is arranged facing the band and a second opening 26, respectively 27 is arranged at 90 degrees on a side face of said chamber.
  • the connecting zone 13 comprises two connecting ducts 28, 29 which channel the fumes from the active zone 14 to the recuperative zone 11.
  • the first sheath 28 connects the chambers 18 and 21 and the second sheath 29 connects the chambers 19 and 20.
  • These sheaths comprise a metallic outer casing and an inner lining made of refractory materials.
  • the connecting zone 13 On its upper part, the connecting zone 13 is connected to a chamber 30 in which are placed two deflecting rollers 31, 32 for the path of the strip. Two restrictions 33, 34 limit the circulation of fumes in the chamber 30 so that the latter remains at a moderate temperature suitable for the deflector rollers.
  • the active zone 14 comprises a plurality of burners 15 according to the invention arranged on its side faces. Its average temperature is around 1350°C.
  • the burners are placed in staggered rows on each side of the oven and in staggered rows on each side of the strip. Thus, the burners are arranged two by two on successive horizontal planes, but the position of the burners is different between two horizontal planes.
  • On a first horizontal plane a burner is arranged on a side face of the oven and on one side of the strip and the second is arranged on the opposite side face, and on the other side of the strip. We have the inverse in a second horizontal plane close to the first.
  • the horizontal distance between the axis of the burners and the belt is for example 400 mm.
  • the vertical distance between two burners arranged on the same face of the active zone and on the same side of the strip is for example 750 mm.
  • the nominal power of a burner is for example 500 kW and is generally between 400 kW and 800 kW. It may be different along the length of the preheating section. However, all the burners often have the same nominal power and they operate in proportional mode to modulate the heat input over the length of the active zone.
  • the sizing of the burner takes into account various aspects which affect both the capacity of the line (number of tons per hour of steel strip to be heated), the implementation of the flameless combustion mode, the development of the flame desired in the furnace according to the bandwidth and the dimensions of the cross section of the active zone, as well as taking into account the conditions of use of the burner.
  • the oxidizer passes through four conduits 51, 52.
  • these ducts can have a diameter of 21 mm. They emerge in a small mini-tunnel 53 through holes whose axes are 100 mm apart from the central axis of the burner.
  • the length of the ducts 51, 52 must be at least three times their diameter to correctly establish the jet of air at the exhaust of the duct.
  • Hot air velocities are generally between 50 and 300 m/sec, and typically 200 m/sec.
  • the divergent orientation of the vertical jets at 7° spreads the flame.
  • the convergent orientation of the jets horizontal at 3° allows it to contract.
  • the air holes are grouped in pairs. They must be diametrically opposed along two axes, vertical and horizontal. The pairs of holes do not have to be identical. Greater flame spread will be obtained if the vertical and diverging air holes have a larger diameter. To maintain the same speed at the exhaust of the convergent and divergent oxidizer ducts, the diameter of the horizontal and convergent air holes is reduced in proportion to the increase in that of the vertical and divergent holes.
  • the outlet of the air jets is set back from the plane of the diffuser by approximately 60 mm.
  • This mini tunnel 53 makes it possible to initiate the mixing of air with the fumes and locally lowers the partial oxygen level. Its diameter is 150 mm, i.e. 1.5 times the diameter on which the exhausts of the air ducts 51, 52 are arranged. Another utility of this tunnel is to improve the stability of the flame when the oven is cold.
  • Fuel injection is carried out by two conduits 54.
  • the gas jets are diametrically opposed and placed in the upper and lower part on the outside of the diffuser 60 over a diameter of 250 mm.
  • the two ducts 54 converge towards the axis of the burner at an angle of 11°. This feature allows the gas to be mixed with the fumes before being sucked in by the air jets.
  • a similar principle would have been obtained by arranging the ducts 54 horizontally since the gas is sucked in by the air flow.
  • the air/gas meeting point is approximately 30 cm from the diffuser.
  • the gas injection ducts 54 have a constriction at their end for speeding up the jet, the diameter of which is 15 mm.
  • Speed of exhaust gas is here 50 m/sec for natural gas. It is generally between 20 and 100 m/sec.
  • the gas exhaust orifices are spaced two to four times the distance between the two air exhaust orifices of the same pair, horizontal or vertical. Considering the angle of inclination of the injectors which can go up to 15°, it is advisable not to spread the gas jets too far for a question of space outside the furnace.
  • the gas injection ducts 54 open into a small cavity to protect them from the radiation of the flame and the furnace, the gas speed being ensured by the constriction at the end of the duct.
  • a conventional axial gas rod 55 pierced with three rows of radial holes, is supplied with fuel instead of the two peripheral conduits 54 during the furnace temperature rise phases.
  • the axial gas pipe 55 is supplied with an air/gas premix.
  • the fuel flow injected by the axial gas rod represents less than 10% of the overall fuel flow.
  • the goal is to have as intimate a mixture as possible with the air.
  • the tunnel 53 of the diffuser at the level of the air injection stabilizes the combustion.
  • we lose the advantage of flameless operation is only used when the oven has a temperature below 850°C and with a slightly oxidizing combustion setting.
  • annular passage 56 of combustion air contributes to the correct ignition of the burner and to the stability of the flame when cold.
  • This annular passage is supplied with air like the conduits 51, 52 devices.
  • the combustion air flow in this annular passage is approximately 20% of the total combustion air flow. It is maintained for both burner operating modes, flame mode and flameless mode.
  • the diffuser can be made of a usual refractory material for this type of application, of the same nature as that of front flame burners according to the state of the art.

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Abstract

Section de préchauffage à flamme directe pour lignes continues de traitement de bandes métalliques (B) comprenant une zone de liaison entre une zone active (14) équipée de brûleurs aptes à fonctionner en mode dit sans flamme et une zone récupérative (11) de préchauffage de la bande par échange avec les fumées de combustion provenant de la zone active, ladite zone de liaison ayant des chambres (18, 19) aptes à orienter l 'écoulement des fumées de sorte qu'elles s'écoulent frontalement par rapport à la bande en sortie de la zone active et en entrée de la zone récupérative selon la direction d'écoulement des fumées.

Description

DESCRIPTION
TITRE : SECTION DE PRECHAUFFAGE A FLAMME DIRECTE POUR LIGNE CONTINUE DE TRAITEMENT DE BANDES METALLIQUES
Désignation du domaine technique concerné
L’invention se rapporte aux lignes continues horizontales ou verticales de recuit ou de galvanisation de bandes métalliques, et plus particulièrement aux sections verticales de préchauffage à flamme directe de ces lignes, parfois appelées « sections NOF », NOF étant l’abréviation de l’anglais « Non Oxydizing Furnace », ou Four non oxydant, ou « section DFF », DFF étant l’abréviation de l’anglais « Direct Firing Furnace », ou Four à feu direct.
L’invention vise à ce que la section de préchauffage permette de réaliser un préchauffage efficace de la bande avec une bonne homogénéité de température et d’état de surface sur la largeur de bande. Elle vise également à éviter ou à contrôler l’interaction entre les réactifs de combustion et la surface de la bande, tout en limitant les rejets atmosphériques.
Problèmes techniques auxquels répond l’invention
Une section de préchauffage à flamme directe est disposée généralement à l’entrée d’un four d’une ligne de galvanisation à chaud au trempé ou d’une ligne de recuit.
En se reportant au schéma de la figure 1 des dessins annexés, on peut voir schématiquement et partiellement représentée, une ligne de galvanisation selon l’état de la technique, et plus précisément à four vertical . Depuis l’entrée de la ligne, selon le sens de déplacement de la bande, nous trouvons une section 1 de préchauffage à flamme directe, une section 2 de chauffage à tubes radiants, une section 3 de maintien à tubes radiants, une section 4 de refroidissement lent, une section 5 de refroidissement rapide, une section 6 de vieillissement, une section 7 de sortie de four et une section 8 de revêtement.
La section de préchauffage à flamme directe a les fonctionnalités principales suivantes :
. Chauffer la bande de la température ambiante à une température souhaitée, par exemple variant de 500 °C à 750 °C pour de l’acier, selon sa nuance.
. Eliminer l'huile introduite par le procédé de laminage à froid et les fines d'oxyde formées pendant ou après le laminage à froid présentes sur la bande.
. Préparer la surface de la bande pour le procédé de revêtement en éliminant les oxydes présents en surface.
La section de préchauffage à flamme directe comprend deux zones : une zone active où sont installés les brûleurs qui permettent de chauffer la bande à la température définie par le cycle thermique, et une zone récupérative où la bande est préchauffée à une température inférieure à 250 °C pour éviter son oxydation, et ceci en épuisant la chaleur contenue dans les fumées provenant de la zone active.
En se reportant au schéma de la figure 2 des dessins annexés, on peut voir un agrandissement de la section de préchauffage de la figure 1 . Dans le sens de déplacement de la bande, elle comprend un sas 10 d’entrée assurant une séparation d’atmosphères entre l’air ambiant et l’atmosphère présente à l’intérieur du four.
Il est suivi par une zone 1 1 verticale récupérative dans laquelle la bande est préchauffée par les fumées de combustion . Dans cette, zone comme dans l’ensemble de la section de préchauffage, les fumées circulent en sens inverse de la bande. Au voisinage de l’entrée de la zone récupérative, à proximité du sas 10 de séparation d’atmosphères, une sortie 12 permet de conduire les fumées vers une zone complémentaire de récupération d’énergie non représentée, extérieure à la section de préchauffage, au moyen d’un exhausteur également non représenté. Les fumées sortent de la section de préchauffage à une température généralement comprise entre 700 °C et 900 °C. La zone complémentaire de récupération d’énergie permet d’épuiser davantage les fumées en abaissant encore leur température. Elle peut comprendre un échangeur de chaleur permettant de transférer de l’énergie calorifique des fumées vers un autre fluide, par exemple de l’air utilisé pour alimenter les brûleurs de la section de préchauffage et limiter ainsi la consommation en combustible.
La section de préchauffage à flamme directe peut être horizontale ou verticale, selon que la bande circule dans celle-ci horizontalement ou verticalement. Sur une ligne verticale, la section de préchauffage est toujours verticale. Sur une ligne horizontale, la section de préchauffage est généralement horizontale, mais elle peut également être verticale, notamment pour limiter la longueur de la ligne.
Dans une section de préchauffage horizontale, la zone active et la zone récupérative se succèdent sans changement de direction de la bande. Les fumées provenant de la zone active s’écoulent ainsi vers la zone récupérative en conservant une bonne distribution des fumées sur la largeur de bande.
Dans une section de préchauffage verticale, comme représentée en figure 2, la zone active et la zone récupérative se trouvent généralement sur deux brins de bande différents, l’un montant pour la zone récupérative et l’autre descendant pour la zone active. En partie haute de chaque zone est disposé un rouleau déflecteur 31 , 32 pour un changement de direction de la bande à 90 degrés. Entre les deux rouleaux déflecteurs, la bande circule horizontalement selon le même sens horaire. En sortie de la zone active, la température du four est très élevée, par exemple de 1350 °C. Pour éviter que les rouleaux déflecteurs ne soient exposés à ce niveau de température, ils sont placés dans une zone 30 distincte, dans laquelle la température est inférieure. Les fumées cheminent de la zone active vers la zone récupérative dans au moins un tunnel 13 de connexion, sans passer par cette zone 30 distincte où sont placés les rouleaux déflecteurs grâce à des retreints 33, 34 installés en entrée et sortie de celle-ci sur les brins montants et descendants de la bande. L’écoulement des fumées dans les configurations existantes de tunnel de connexion conduit à une hétérogénéité de distribution des fumées sur la largeur de la bande. Celle-ci entraine une hétérogénéité de température sur la largeur de bande et une disparité de concentration en espèces chimiques à la surface de la bande. Il en résulte un état de surface différent sur la largeur de la bande en sortie de la section de préchauffage.
Les brûleurs à flamme directe de la zone active doivent assurer le préchauffage de la bande avec une bonne homogénéité de température sur la largeur de la bande. Ils doivent avoir une faible consommation énergétique et émettre peu de rejets polluants, notamment en oxydes d’azote (NOx).
Les brûleurs doivent également pouvoir fonctionner en mode réducteur, c’est-à-dire en étant sous-alimentés en comburant, afin de réduire au maximum la présence d’oxygène à proximité de la bande et éviter ainsi son oxydation . S’il est admis qu’un faible taux d’oxygène proche de la bande de quelques centaines de ppm est admissible, il convient malgré tout de chercher à s’approcher du zéro oxygène à proximité de la bande.
Avec l’émergence des aciers à haute résistance mécanique, la teneur en éléments d’alliage tels que Mn, Si et Al a augmenté. Ces éléments qui sont avides d’oxygène s’oxydent facilement. Malgré une atmosphère globalement réductrice dans la section de préchauffage et dans les sections situées en aval, comme les sections à tubes radiants de chauffage et de maintien, des oxydes de ces éléments d’alliage se forment inévitablement dans ces sections en conditions normales de fonctionnement. Dans une ligne de galvanisation, si ces oxydes sont présents à la surface de la bande avant son immersion dans le bain de zinc, ils conduisent à des défauts de revêtement. Pour remédier à ce problème, il est connu de réaliser une oxydation sélective, ou préoxydation, de ces éléments d’alliage dans la section de préchauffage de manière à éviter leur diffusion à la surface de la bande. Les oxydes formés sont ensuite réduits dans les sections à tubes radiants. Cela nécessite des conditions légèrement oxydantes en sortie de la section de préchauffage, avec un contrôle fin du rapport air/gaz des brûleurs. Il est également nécessaire d’avoir une température homogène (+/-10 °C) sur la largeur de bande afin que la nature et l’épaisseur de la couche d’oxydes soient constantes sur la largeur de la bande.
Par ailleurs, pour limiter les coûts d’investissement et de maintenance, le nombre de brûleurs et d’organes de contrôle et de régulation de ceux-ci doit être réduit.
Les solutions existantes ne permettent pas de combiner toutes ces exigences. L’invention permet de pallier ces problèmes.
Arrière-plan technique
Dans une section verticale de préchauffage à flamme directe selon l’état de la technique, les fumées cheminent de la zone active vers la zone récupérative dans au moins un tunnel de connexion selon trois configurations.
Dans la première configuration illustrée en figures 2 et 3, le tunnel 13 de connexion est longitudinal, c’est-à-dire qu’il relie la zone 14 active et la zone 1 1 récupérative par un tronçon horizontal s’étendant dans la direction de défilement de la bande B. La figure 3 correspond à une vue du dessus selon le plan de coupe CC de la figure 2. Dans cette configuration, les deux brins verticaux de la bande au niveau du tunnel constituent des obstacles à l’écoulement des fumées qu’une partie de celles-ci doivent contourner. Des tourbillons de fumées (vortex) se forment par endroits, notamment en entrée de la section récupérative dans le sens d’écoulement des fumées. Il en résulte une hétérogénéité de distribution des fumées sur la largeur de la bande conduisant à une différence de température et d’état de surface sur la largeur de la bande.
Dans la seconde configuration illustrée en figure 4, selon une vue en coupe similaire à celle de la figure 3, un tunnel 13a, 13b de connexion latéral est disposé de chaque côté de la section de préchauffage. Les entrées des fumées du côté de la zone 14 active et leurs sorties du côté de la zone 1 1 récupérative sont réalisées latéralement, sur les côtés de la bande B. Il en résulte une dissymétrie sur la largeur de la bande, la distribution des fumées étant plus importante sur les rives de la bande qu’en son centre.
Dans la troisième configuration illustrée en figure 5, selon une vue en coupe similaire à celle des figures 3 et 4, l’aspiration des fumées en sortie de la section 14 active est réalisée symétriquement sur chaque face de la bande, mais la réinjection de celles-ci, en entrée de la section 1 1 récupérative, est réalisée latéralement sur un seul côté de la bande. Il en résulte une dissymétrie de la distribution des fumées sur la largeur de la bande.
Les brûleurs qui équipent les sections verticales de préchauffage à flamme directe sont regroupés en deux grandes catégories, les brûleurs dits frontaux et les brûleurs dits latéraux selon leur position par rapport à la bande.
Les brûleurs dits frontaux sont placés en vis-à-vis de la bande. Deux types de brûleurs frontaux se distinguent : les brûleurs frontaux avec mélange au nez et les brûleurs frontaux à prémélange. Les brûleurs frontaux développent une flamme plate courte en spirale de manière à éviter d’impacter et d’oxyder la bande. Cette technologie est la plus répandue, notamment car elle permet de moduler les profils de température sur la largeur de la bande en ajustant la répartition de chauffe entre les brûleurs. Cependant, cette technologie est coûteuse en investissement et en maintenance, car elle nécessite un nombre important de brûleurs pour couvrir toute la largeur de la bande (entre trois brûleurs et neuf brûleurs selon la largeur de bande et la puissance unitaire des brûleurs) et un système de régulation complexe d’ajustement des puissances et du rapport air/gaz par brûleur. Ces brûleurs fonctionnent à air chaud lorsqu’il s’agit de brûleurs frontaux avec mélange au nez (typiquement air préchauffé à 550 °C) ou à air froid ou faiblement préchauffé (température inférieure à 300 °C) lorsqu’il s’agit de brûleurs frontaux à prémélange. Généralement, avec des brûleurs frontaux, au moins une zone de la section de préchauffage est équipée de brûleurs à prémélange ce qui amène une surconsommation de combustible par rapport aux brûleurs à air chaud . Les brûleurs dits latéraux sont placés sur le côté de la bande. Ils développent une flamme dans la largeur du four, parallèlement à la bande. Cette technologie est plus simple et plus économique, car elle ne nécessite qu’un seul brûleur par rangée pour couvrir toute la largeur de la bande sur une face. De plus, le mode de régulation des rapports air/gaz se pratique par section, pour un ensemble de brûleurs. Ces brûleurs fonctionnent en air chaud (habituellement 500°C) avec des économies de combustible à la clé. En revanche, ces brûleurs selon l’état de la technique présentent des niveaux d’émission de NOx assez élevés, typiquement de 250 mg/Nm3 à 3 % d’oxygène contre 120 mg/Nm3 pour les brûleurs frontaux. De plus, l’hétérogénéité de température de leur flamme sur la largeur de la section de préchauffage est subie par le process et doit être corrigée par un autre moyen que le brûleur en lui-même. Ainsi, la différence de température sur la largeur de la bande peut varier entre +/-20 °C dans des conditions modérées de production et de température en sortie de section de préchauffage (600 °C), à +/- 50 °C pour des températures de sortie avoisinant les 720 °C.
Pour tenter de pallier à ce problème, il existe des sections de préchauffage hybrides combinant les deux catégories de brûleurs. Dans la dernière zone, les brûleurs latéraux sont remplacés par des brûleurs frontaux à prémélange à air froid . Cette solution permet de corriger le problème de l’hétérogénéité de température en sortie de section de préchauffage, mais elle présente les mêmes autres inconvénients cités précédemment.
Par ailleurs, ces brûleurs frontaux ou latéraux selon l’état de la technique reprennent un design classique. La combustion entre le gaz et l’air s’initie dans un tunnel de combustion et se développe dans le four selon une distribution thermique et chimique plus ou moins difficilement maîtrisable sur la largeur de la bande. La demanderesse n’a pas connaissance de brûleur fonctionnant en mode sans flamme dans les sections de préchauffage des lignes continues. Les caractéristiques du mode de combustion sans flamme, résultant d’une combustion diffuse, ont largement été étudiées et les limites sont assez bien cernées. En milieu confiné en revanche, ce mode de combustion s’applique difficilement, car il nécessite des volumes de chambre de combustion en adéquation avec la grande quantité de fumées recirculée nécessaire pour obtenir une combustion diffuse.
En se reportant au schéma de la figure 10 des dessins annexés, on peut voir schématiquement représentée la forme frontale de la flamme avec un brûleur latéral fonctionnant en mode flamme selon l’état de la technique. La flamme se développe entre la bande B et la paroi
63 en réfractaire de la chambre de combustion . La flamme a une section
64 circulaire qui occupe une partie seulement du volume entre la bande et la paroi du four. Cette forme de flamme présente l’avantage de limiter le risque de présence d’oxygène à la surface de la bande et évite la surchauffe des réfractaires car il n’y pas de contact de la flamme avec la paroi du four. Cependant, ce type de flamme présente les inconvénients cités précédemment, en termes d’homogénéité de température et d’émission de NOx. Avec une combustion sans flamme, la combustion est plus homogène mais elle s’étend en volume. La figure 1 1 est similaire à la figure 10 mais pour un brûleur latéral fonctionnant en mode sans flamme selon l’état de la technique. La section de la flamme est toujours sensiblement circulaire mais elle occupe le volume disponible entre la bande et la paroi du four. Cette configuration est avantageuse en émission de NOx mais elle entraine une probabilité forte de présence d’oxygène au voisinage de la bande, d’où un risque d’oxydation non contrôlée et, de l’autre côté de la flamme, une température de paroi plus importante pénalisante pour la tenue du réfractaire.
Résumé de l’invention
Selon un premier aspect de l’invention, il est proposé une section de préchauffage à flamme directe pour une ligne continue de traitement de bandes métalliques comprenant une zone de liaison prévue pour une circulation des fumées de combustion provenant d’une zone active équipée de brûleurs vers une zone récupérative de préchauffage de la bande par échange avec lesdites fumées, les brûleurs étant aptes à fonctionner en mode dit sans flamme. Ladite zone de liaison comporte une chambre de sortie apte à orienter l’écoulement des fumées de sorte qu’elles s’écoulent frontalement par rapport à la bande en sortie de la zone active et une chambre d’entrée apte à orienter l’écoulement des fumées de sorte qu’elles s’écoulent frontalement par rapport à la bande en entrée de la zone récupérative, selon la direction d’écoulement des fumées.
La chambre de sortie est disposée en sortie de la zone active, dans le sens d’écoulement des fumées et est prévue agencée pour un soutirage de fumées, la chambre d’entrée est disposée en entrée de la zone récupérative et est prévue agencée pour une injection de fumées, la zone de liaison comprenant en outre deux chambres de virage agencées chacune pour faire effectuer à l’écoulement des fumées un virage à 90 degrés entre une ouverture d’entrée et une ouverture de sortie, une première chambre de virage communiquant directement avec la chambre de sortie et une seconde chambre de virage communiquant directement avec la chambre d’entrée, et deux tunnels de liaison prévus agencés pour une circulation des fumées, un premier tunnel de liaison reliant directement l’ouverture de sortie de la première chambre avec une ouverture d’entrée de la chambre d’entrée et un second tunnel de liaison reliant directement une ouverture de sortie de la chambre de sortie et l’ouverture d’entrée de la seconde chambre.
Les deux circuits sont sensiblement symétriques pour obtenir une répartition équilibrée des fumées sur les deux faces de la bande contribuant à la bonne homogénéité de température.
Les deux ouvertures de sorties de la chambre de sortie sont disposées en vis-à-vis et frontalement par rapport à une circulation de la bande dans la zone active et les deux ouvertures d’entrée de la chambre d’entrée sont disposées en vis-à-vis et frontalement par rapport à une circulation de la bande dans la zone récupérative.
Cette disposition favorise la distribution de l’écoulement des fumées sur la largeur de la bande dans la zone de liaison et sur la longueur des zones active et réactive. Il en résulte une meilleure homogénéité en température et en état de surface sur la largeur de la bande comparée à une solution ou l’injection et/ou le soutirage des fumées est réalisé latéralement, selon une direction parallèle à la direction définie par la largeur de la bande.
De plus, l’absence de la bande dans les chambres dans lesquelles l’écoulement des fumées effectue un virage à 90 degrés contribue à l’homogénéité de la distribution des fumées sur la largeur de la bande.
Les dimensions en largeur et en longueur sur un plan horizontal des chambres de zone de liaison où se trouve la bande sont les mêmes que celles des zones active et récupérative quelles prolongent. Ainsi, la section de la chambre qui prolonge la zone récupérative est plus faible que celle de la chambre qui prolonge la zone active. Les chambres destinées à orienter le flux des fumées, leurs ouvertures et les gaines de liaison entre les chambres sont dimensionnées de sorte que les fumées s’écoulent dans les chambres où se trouve la bande selon une direction perpendiculaire à une face de la bande et de sorte que la distribution des fumées soit homogène sur la largeur de la bande.
Les chambres de la zone de liaison dans lesquelles l’écoulement des fumées effectue un virage à 90 degrés se situent entre le brin montant et le brin descendant de la bande. Elles sont situées au même niveau sur la hauteur de la section de préchauffage que les chambres où se trouve la bande et elles sont alignées avec celles-ci longitudinalement, selon la direction de déplacement de la bande dans la ligne. L’espace horizontal habituellement disponible entre la zone active et la zone récupérative d’une section de préchauffage à flamme directe selon l’état de la technique suffit à l’implantation des deux chambres dans lesquelles l’écoulement des fumées effectue un virage à 90 degrés. Cet espace peut néanmoins être légèrement augmenté, si nécessaire, pour obtenir une bonne distribution des fumées et un écoulement de celles-ci selon une direction perpendiculaire à la direction définie par la largeur de la bande sur la largeur.
Selon un second aspect de l’invention, les brûleurs sont de type latéraux à flamme directe, lesdits brûleurs étant aptes à fonctionner en mode sans flamme, par exemple lorsque la temérature interne de la zone active au voisinage des brûleurs est supérieure à 850°C.
Ce type de combustion est très peu émissif dans le domaine ultraviolet. La flamme est quasiment invisible à l’œil nu, d’où l’expression de mode sans flamme. Les limites de la flamme sont moins bien définies, car les produits de combustion sont très homogènes et se mélangent aux fumées du four.
En mode sans flamme, la combustion est fortement diluée dans plusieurs volumes de fumées. Ce mode de fonctionnement est accessible soit en recirculant des fumées localement au sein même de la chambre de combustion soit en reprenant une partie des fumées par ailleurs, par exemple directement à la cheminée, et en les réinjectant dans le brûleur. Cette dernière possibilité est cependant plus complexe à mettre en œuvre. Pour obtenir une recirculation suffisante localement au sein même de la chambre de combustion pour fonctionner en mode sans flamme sans faire appel à une recirculation externe, il est nécessaire de disposer d’une injection d’air et de gaz à hautes vitesses dans la chambre de combustion. La géométrie du brûleur et celle de la chambre de combustion créent des recirculations des produits de combustion vers le brûleur, diluant ainsi le comburant et le combustible avec les produits de combustion avant la réaction .
En fonctionnement normal, c’est-à-dire en dehors des phases de montée et descente en température du four, lors des arrêts et redémarrages de la ligne, la température interne de la zone active est supérieure à 850 °C. Les brûleurs fonctionnent donc majoritairement en mode sans flamme.
La combinaison de brûleurs fonctionnant sans flamme et d’une zone de liaison entre la zone active et la zone récupérative de la section de préchauffage selon l’invention permet d’obtenir une bonne homogénéité de température et d’état de surface sur la largeur de la bande depuis l’entrée de celle-ci dans la section de préchauffage jusqu’à sa sortie. Cette combinaison est nécessaire pour obtenir cette bonne homogénéité sur la largeur de la bande à la sortie de la section de préchauffage, car une hétérogénéité importante présente sur la bande en entrée de zone active qui résulterait d’une zone de liaison selon l’état de la technique ne pourrait pas être corrigée dans la zone active. En effet, la combustion volumique du mode sans flamme de brûleurs latéraux ne permet pas d’ajuster la puissance délivrée à la bande sur sa largeur.
L’écart de température sur la largeur de bande est ainsi limité à environ +/- 10 °C en sortie de la section de préchauffage ce qui permet d’obtenir des propriétés mécaniques et une couche d’oxydes homogène sur la largeur de la bande, dans le cas d’une oxydation sélective.
Le fonctionnement en mode sans flamme permet de limiter la température atteinte par les produits de combustion comparer à un mode de combustion avec flamme. Ainsi, en fonctionnement avec un facteur d’air de 0.95, le brûleur selon l’invention en fonctionnement en mode sans flamme permet d’abaisser le point chaud dans la flamme à environ 1450 °C soit à peine 100 °C au-dessus de la température des réfractaires. Pour comparaison, pour les mêmes conditions de fonctionnement, les brûleurs frontaux selon l’état de la technique ont des températures de flamme dépassant 1700 °C.
La formation des NOx étant directement liée à la température de flamme, le brûleur selon l’invention a un taux d’émission de NOx sensiblement plus faible à celui des brûleurs selon l’état de la technique lors d’un fonctionnement en mode sans flamme. Par ailleurs, les analyses d’espèces chimiques au sein de la flamme montrent une meilleure homogénéité par rapport à une combustion classique. Le faible taux d’oxygène local participe également à la baisse du niveau de NOx.
Le passage en mode sans flamme à partir d’une température de 850 °C permet de s’assurer de la bonne combustion dans le volume de la chambre, ce niveau de température permettant une auto inflammation du combustible. En dessous de cette température, le brûleur fonctionne en mode flamme avec un réglage de combustion légèrement oxydant.
Le brûleur selon l’invention est apte à fonctionner avec de l’air de combustion préchauffé jusqu’à 600 °C, sans impact important sur les émissions de NOx. Les récupérateurs d’énergie ont désormais une efficacité qui permet d’atteindre des températures d’air préchauffé proche de 600 °C. Or la production de NOx sur les brûleurs classiques est très dépendante des niveaux de températures d’air avec une courbe d’évolution exponentielle. On limite donc la température d’air sur ces brûleurs. Cette évolution du NOx en fonction de la température d’air est nettement plus plate et linéaire dans une combustion diffuse, ce qui permet de porter la température de l’air à 600 °C. Cette température d’air plus élevée limite la consommation en combustible et favorise la recirculation des fumées et l’homogénéité des espèces dans la chambre de combustion .
Le préchauffage de l’air de combustion peut être réalisé dans un échangeur de chaleur dans lequel ont fait circuler les fumées sortant de la section de préchauffage. Bien que refroidis par un échange avec la bande dans la zone récupérative, leur niveau de température est encore suffisant pour assurer le préchauffage de l’air de combustion.
Les brûleurs présentent une direction axiale au croisement d’un plan vertical et d’un plan horizontal, et comprennent un diffuseur traversé par des conduits d’injection de combustible pour un fonctionnement en mode sans flamme et des conduits d’injection de comburant. Lesdits conduits d’injection de comburant débouchent du diffuseur plus près de l’axe du brûleur que lesdits conduits d’injection de combustible pour un fonctionnement en mode sans flamme. Les brûleurs ont des conduits d’injection de comburant qui débouchent du diffuseur sur le plan vertical qui sont divergents et d’autres qui débouchent du diffuseur sur le plan horizontal qui sont convergents vers l’axe du brûleur.
Les conduits d’injection de combustible et de comburant sont disposés de sorte d’obtenir la distribution souhaitée du combustible et du comburant dans le volume de la chambre de combustion délimité par une face de la bande et les parois latérales et frontales du four pour obtenir une combustion sans flamme. La combustion volumique qui en résulte permet d’obtenir une bonne distribution des produits de combustion sur la largeur de la bande et ainsi une bonne homogénéité de température sur celle-ci. A cette fin, les brûleurs sont positionnés dans la section de préchauffage avec leur plan vertical disposé parallèlement à la bande.
A l’échappement des conduits d’injection, le comburant s’étale dans le sens vertical et se contracte dans le sens horizontal . Les jets de combustible ont une impulsion inférieure à celle des jets de comburant. Le combustible est aspiré par le comburant avec qui il réagit, constituant une enveloppe au flux d’air qui vient protéger la bande de l’oxydation. L’impulsion des jets de comburant aspire de la même façon des fumées pour les recirculer.
Ainsi, bien que la bande se trouve à proximité immédiate des brûleurs, l’axe des brûleurs se situant typiquement à environ 400 mm de la bande, on évite la présence d’oxygène au voisinage de la bande et son oxydation .
Ce critère de l’oxygène proche bande est critique pour un usage de brûleurs latéraux sans flamme dans une section de préchauffage, car les brûleurs sans flamme nécessitent en général de plus gros volumes de chambre de combustion pour atteindre un maximum de recirculation de fumées. Si le confinement de la chambre ne le permet pas, la combustion s’étale et l’oxygène résiduel présent au sein de la flamme vient polluer la bande.
Pour une application en section de préchauffage, il ne suffit donc pas d’homogénéiser le taux d’oxygène dans la flamme comme dans un brûleur sans flamme classique. Il faut également ne pas augmenter la taille de la zone de réaction. Autrement dit, il ne faut pas augmenter la largeur de la flamme. Or une combustion sans flamme est en général plus étendue qu’une combustion classique.
Le régime de combustion sans flamme s'appuie sur la présence nécessaire d'une zone de recirculation de forte intensité autour des jets de réactifs dans l'enceinte du four. Les jets de combustible et d’air doivent donc avoir une impulsion suffisante pour pouvoir entraîner et se mélanger aux fumées aspirées. Les impulsions des jets de comburant et de combustible mises en œuvre selon l’invention garantissent un taux de recirculation global des fumées de six autour des jets ce qui est suffisant pour la combustion sans flamme. Cela sous-entend que, en moyenne, le jet de comburant ou de combustible se dilue dans six volumes de fumées.
En outre, les brûleurs sans flamme ne possèdent pas de tunnel de combustion . Or celui-ci contribue à initier très tôt les réactions sur un brûleur classique. La conséquence néfaste pour une application de brûleurs sans flamme en section de préchauffage serait de venir impacter le mur situé en face du brûleur ce qui accélérerait sa dégradation . Pour cette raison il est nécessaire de contenir aussi la longueur de la flamme.
La disposition des conduits d’injection du comburant et du combustible des brûleurs selon l’invention permet de répondre à ces contraintes.
Chacun des conduits d’injection de comburant peut être disposé sur le plan vertical et le plan horizontal . Les conduits qui débouchent sur le plan vertical peuvent être divergents et les conduits qui débouchent sur le plan horizontal peuvent être convergents vers l’axe du brûleur.
Les conduits d’injection de comburant des brûleurs qui débouchent du diffuseur sur le plan vertical sont divergents selon un angle compris entre 2 et 12 degrés, et de préférence de sept degrés.
Les conduits d’injection de comburant des brûleurs qui débouchent du diffuseur sur le plan horizontal sont convergents selon un angle compris entre 1 et 5 degrés, et préférence de trois degrés.
Les conduits d’injection de combustible des brûleurs pour un fonctionnement en mode sans flamme sont convergents vers l’axe du brûleur.
Ils sont convergents selon un angle compris entre cinq et quinze degrés et de préférence de onze degrés.
Ces angles sur les conduits de combustible et de comburant, combinés aux vitesses d’injection et à l’impulsion des jets, sont particulièrement adaptés pour les dimensions usuelles d’une section de préchauffage à flamme directe. L’impulsion et l’angle d’injection des jets d’air sont prédominants, l’impulsion des jets de combustible étant plus faible. Comme on peut le voir en se reportant à la Figure 12 des dessins annexés, la disposition des conduits d’injection de combustible et de comburant selon l’invention permet d’obtenir une flamme dont la section à une forme en X. Ainsi, la flamme s’étend selon la direction verticale et elle se contracte selon la direction horizontale.
Les brûleurs sans flamme sont instables à froid . En effet, sur ces brûleurs, les flammes sont décrochées et se développent de manière diffuse dans le four. A froid, lorsque la température d’auto-inflammation n’est pas atteinte, cela pose un problème, car en cas de décrochage de flamme, le brûleur met en sécurité toute la zone de la section de préchauffage. Celle-ci doit alors être purgée pour pouvoir redémarrer. Il convient donc d’avoir un mode de chauffage très stable à froid pour monter le four en température.
Pour répondre à cette contrainte, les brûleurs comprennent un deuxième conduit d’injection de combustible pour un fonctionnement en mode flamme qui s’étend selon la direction axiale du brûleur et qui débouche du diffuseur dans l’axe du brûleur.
Les brûleurs ont également un conduit annulaire d’alimentation en air de combustion autour du conduit d’injection de combustible pour un fonctionnement en mode flamme. Cet air contribue à l’accrochage de la flamme.
Les brûleurs selon l’invention sont particulièrement adaptés pour un fonctionnement en gaz naturel et en gaz de sidérurgie, notamment en gaz de four à coke également appelé COG pour « Coke oven gas » .
Le brûleur selon l’invention permet d’obtenir des niveaux de NOx inférieur à 100 mg/Nm3 à 3 % d’oxygène pour un four à 1350 °C, un réglage de combustion en défaut d’air et de l’air de combustion préchauffé à 600 °C. L’oxygène résiduel proche de la bande est de l’ordre de 20 ppm sur toute la largeur de la bande.
La teneur en oxygène résiduel proche de la bande est faible et homogène sur la largeur de la bande. Elle varie légèrement selon le rapport air/gaz, avec de l’ordre de 20 ppm pour un facteur air/gaz de 0,90 et 25 ppm pour un facteur air/gaz de 0,95. Des brûleurs disposés en entrée de la zone active, selon le sens de défilement de la bande, fonctionnent en atmosphère stoechiométrique alors que les autres, la majorité des brûleurs, fonctionnent en défaut d’air. Le fonctionnement en atmosphère stoechiométrique de ces brûleurs permet de produire des fumées qui vont brûler/craquer les hydrocarbures présents à la surface de la bande. Le fonctionnement en défaut d’air des autres brûleurs permet d’obtenir des fumées réductrices qui vont réduire les oxydes de fer présent à la surface de la bande.
Les brûleurs de la section de préchauffage sont ainsi répartis selon au moins deux zones de régulation. L’atmosphère dans la section est contrôlée le long de la zone active en faisant varier le rapport air/gaz dans les différentes zones de régulation .
Certains produits plats arrivant sur le marché, notamment les aciers de troisième génération, nécessitent une pré-oxydation sélective de la surface de la bande. Pour obtenir cette pré-oxydation, la préchauffe est réalisée en plusieurs étapes avec une étape dans une zone très légèrement oxydante. Dans celle-ci, la combustion doit être réglée finement autour du facteur air/gaz visé, généralement compris entre 1 .01 et 1 .05. Le nouveau design de brûleur selon l’invention est compatible avec cette utilisation . La répartition de l’oxygène proche bande est en très homogène, à +/- 0.1 %. On peut ainsi produire une oxydation sélective identique sur toute la largeur de la bande, d’autant plus que l’homogénéité de température de la bande est également améliorée. L’épaisseur de couche d’oxyde sur l’acier est ainsi contrôlée par une gestion simple de l’excès d’air dans cette zone. L’avantage de cette caractéristique est intéressant, car elle évite une chambre complexe dédiée à l’oxydation sélective de la bande.
Selon un second aspect de l’invention, il est proposé une ligne de traitement en continu d’une bande métallique comprenant une section de préchauffage à flamme directe telle que décrite précédemment. Brève description des figures
D’autres caractéristiques et avantages de l’invention apparaîtront au cours de la lecture de la description détaillée qui va suivre pour la compréhension de laquelle on se reportera aux dessins annexés dans lesquels :
[Fig .1 ] est une vue d’ensemble schématique d’une ligne de galvanisation avec une section de préchauffage à flamme directe selon l’état de la technique,
[Fig .2] est un agrandissement de la section de préchauffage de la figure 1 ,
[Fig .3] est une vue schématique du dessus et en coupe de la section de préchauffage selon la figure 2,
[Fig .4] est une vue schématique du dessus et en coupe d’une section de préchauffage selon un deuxième exemple de l’état de la technique, [Fig .5] est une vue schématique du dessus et en coupe d’une section de préchauffage selon un troisième exemple de l’état de la technique.
[Fig .6] est une vue schématique similaire à la figure 2, mais pour une section de préchauffage à flamme directe selon un mode de réalisation de l’invention,
[Fig .7] est une vue schématique du dessus et en coupe de la section de préchauffage similaire à celles des figures 3 à 5, mais pour la section de préchauffage selon la figure 6,
[Fig .8] est une vue frontale schématique du diffuseur d’un brûleur selon un mode de réalisation de l’invention,
[Fig .9] est une vue schématique en coupe et en trois dimensions d’une moitié du diffuseur selon la figure 8,
[Fig .10] est une vue schématique latérale montrant la forme frontale de la flamme avec un brûleur fonctionnant en mode flamme selon l’état de la technique, pour une section de préchauffage verticale,
[Fig .1 1 ] est une vue schématique montrant la forme frontale de la flamme avec un brûleur fonctionnant en mode sans flamme selon l’état de la technique, toujours pour une section de préchauffage verticale, [Fig .12] est une vue schématique montrant la forme frontale de la flamme avec un brûleur selon l’invention fonctionnant en mode sans flamme, toujours pour une section de préchauffage verticale.
Description détaillée de l’invention
Les modes de réalisation décrits ci-après n’étant nullement limitatifs, on pourra notamment considérer des variantes de l’invention ne comprenant qu’une sélection de caractéristiques décrites, par la suite isolées des autres caractéristiques décrites, si cette sélection de caractéristiques est suffisante pour conférer un avantage technique ou pour différencier l’invention par rapport à l’état de la technique antérieure. Cette sélection comprend au moins une caractéristique, de préférence fonctionnelle sans détails structurels, ou avec seulement une partie des détails structurels si cette partie uniquement est suffisante pour conférer un avantage technique ou pour différencier l’invention par rapport à l’état de la technique antérieure.
Dans la suite de la description, des éléments présentant une structure identique ou des fonctions analogues seront désignés par de mêmes références.
En se reportant au schéma de la figure 6 des dessins annexés, on peut voir une vue schématique d’une section de préchauffage à flamme directe selon l’invention. Une zone 13 de liaison assure la liaison fluidique entre la zone récupérative 1 1 et la zone active 14 équipée de brûleurs latéraux 15.
La nature de la zone de liaison 13 est similaire à celle des zones active et récupérative en ce qu’elle comprend une enveloppe extérieure métallique et un garnissage intérieur en matériaux réfractaires.
La zone 13 de liaison comprend deux chambres 18, 19 dans lesquelles circule la bande, la chambre 18 en entrée de la zone 1 1 récupérative, dans le sens d’écoulement des fumées, pour le brin montant et la chambre 19 en sortie de la zone active pour le brin descendant. La zone 13 de liaison comprend également deux autres chambres 20, 21 destinées à orienter l’écoulement des fumées face à la bande en leur faisant effectuer un virage à 90 degrés, la chambre 20 du côté du brin montant et la chambre 21 du côté du brin descendant. Elles sont disposées dans la partie centrale de la zone de liaison, entre le brin montant et le brin descendant de la bande.
Du fait de l’aspiration réalisée par l’exhausteur de fumées, l’écoulement des fumées est sortant dans les chambres 19, 21 disposées du côté de la zone 14 active et il est entrant dans les chambres 18, 20 disposées du côté de la zone 1 1 récupérative.
Comme illustré à la figure 7, chacune des chambres 18, 19 dans laquelle circule la bande comprend deux ouvertures 22, 23, respectivement 24, 25, disposées en vis-à-vis, face à la bande, par lesquelles entrent ou sortent les fumées. Dans chacune des chambres 20, 21 destinées à orienter le flux des fumées, l’une des ouvertures 23, respectivement 25 (celle en lien avec les chambres 18, 19 où circule la bande), est disposée face à la bande et une seconde ouverture 26, respectivement 27 est disposée à 90 degrés sur une face latérale de ladite chambre.
La zone de liaison 13 comprend deux gaines 28, 29 de liaison qui canalisent les fumées de la zone active 14 à la zone récupérative 1 1 . La première gaine 28 relie les chambres 18 et 21 et la seconde gaine 29 relie les chambres 19 et 20. Ces gaines comprennent une enveloppe extérieure métallique et un garnissage intérieur en matériaux réfractaires.
Sur sa partie supérieure, la zone 13 de liaison est reliée à une chambre 30 dans laquelle sont placés deux rouleaux déflecteurs 31 , 32 pour le cheminement de la bande. Deux retreints 33, 34 limitent la circulation des fumées dans la chambre 30 pour que celle-ci reste à une température modérée adaptée aux rouleaux déflecteurs.
La zone active 14 comprend une pluralité de brûleurs 15 selon l’invention disposés sur ses faces latérales. Sa température moyenne est d’environ 1350 °C. Les brûleurs sont placés en quinconce de chaque côté du four et en quinconce de chaque côté de la bande. Ainsi, les brûleurs sont disposés deux par deux sur des plans horizontaux successifs, mais la position des brûleurs est différente entre deux plans horizontaux. Sur un premier plan horizontal, un brûleur est disposé sur une face latérale du four et sur un côté de la bande et le second est disposé sur la face latérale opposée, et de l’autre côté de la bande. Nous avons l’inverse dans un second plan horizontal voisin du premier.
La distance horizontale entre l’axe des brûleurs et la bande est par exemple de 400 mm . La distance verticale entre deux brûleurs disposés sur une même face de la zone active et du même côté de la bande est par exemple de 750 mm.
La puissance nominale d’un brûleur est par exemple de 500 kW et est généralement comprise entre 400 kW et 800 kW. Elle peut être différente sur la longueur de la section de préchauffage. Cependant, tous les brûleurs ont souvent la même puissance nominale et ils fonctionnent en mode proportionnel pour moduler l’apport calorifique sur la longueur de la zone active.
Le dimensionnement du brûleur prend en compte différents aspects qui touchent à la fois à la capacité de la ligne (nombre de tonnes par heure de bande d’acier à réchauffer), à la mise en œuvre du mode de combustion sans flamme, du développement de la flamme souhaité dans le four selon la largeur de bande et les dimensions de la section transversale de la zone active, ainsi qu’à la prise en compte des conditions d’utilisation du brûleur.
Comme illustré sur les figures 8 et 9, pour cet exemple de réalisation de l’invention, le comburant passe au travers de quatre conduits 51 , 52. Pour une puissance du brûleur de 500 kW et de l’air préchauffé à 600 °C, ces conduits peuvent avoir un diamètre de 21 mm. Ils débouchent dans un petit mini- tunnel 53 par des trous dont les axes sont distants de l’axe central du brûleur de 100 mm. La longueur des conduits 51 , 52 doit être d’au moins trois fois leur diamètre pour établir correctement le jet d’air à l’échappement du conduit. Les vitesses d’air chaud sont généralement comprises entre 50 et 300 m/sec, et typiquement de 200 m/sec. L’orientation divergente des jets verticaux à 7° permet d’étaler la flamme. L’orientation convergente des jets horizontaux à 3° permet de la contracter. Plus la divergence est augmentée et plus il y a un risque de détériorer le niveau des NOx. En augmentant la convergence, il y a un risque de perturber le flux d’air et donc d’avoir une flamme instable. La plage pour laquelle le fonctionnement est optimum est ainsi assez mince, avec +/- cinq degrés pour les jets verticaux divergents et +/- deux degrés pour les jets horizontaux convergents.
Les trous d’air sont groupés par paire. Ils doivent être diamétralement opposés selon deux axes, vertical et horizontal . Il n’est pas nécessaire que les paires de trous soient identiques. On obtiendra un étalement de la flamme plus important si les trous d’air verticaux et divergents ont un diamètre plus important. Pour conserver la même vitesse à l’échappement des conduits de comburant convergents et divergents, le diamètre des trous d’air horizontaux et convergents est réduit proportionnellement à l’augmentation de celui des trous verticaux et divergents.
La sortie des jets d’air se situe en retrait par rapport au plan du diffuseur de 60 mm environ. Ce mini tunnel 53 permet d’initier le mélange de l’air avec les fumées et abaisse localement le taux d’oxygène partiel. Son diamètre est de 150 mm soit 1 .5 fois le diamètre sur lequel sont disposés les échappements des conduits d’air 51 , 52. Une autre utilité de ce tunnel est d’améliorer la stabilité de la flamme lorsque le four est froid .
L’injection du combustible est réalisée par deux conduits 54. Les jets de gaz sont diamétralement opposés et placés en partie haute et basse sur l’extérieur du diffuseur 60 sur un diamètre de 250 mm . Les deux conduits 54 sont convergents vers l’axe du brûleur selon un angle de 1 1 °. Cette particularité permet au gaz d’être mélangé aux fumées avant d’être aspiré par les jets d’air. Un principe similaire aurait été obtenu en disposant les conduits 54 horizontalement puisque le gaz est aspiré par le flux d’air. Le point de rencontre air/gaz se situe environ à 30 cm du diffuseur.
Les conduits 54 d’injection du gaz ont un rétreint à leur extrémité pour la mise en vitesse du jet dont le diamètre est de 15 mm . La vitesse de gaz à l’échappement est ici de 50 m/sec pour du gaz naturel . Elle est généralement comprise entre 20 et 100 m/sec. Les orifices d’échappement du gaz sont distants de deux à quatre fois la distance entre les deux orifices d’échappement de l’air d’une même paire, horizontale ou verticale. Vu l’angle d’inclinaison des injecteurs qui peut aller jusqu’à 15°, il convient de ne pas trop écarter les jets de gaz pour une question d’encombrement à l’extérieur du four.
Les conduits 54 d’injection du gaz débouchent dans une petite cavité permettant de les protéger du rayonnement de la flamme et du four, la mise en vitesse du gaz étant assurée par le rétreint en bout de conduit.
Pour la stabilité de flamme à froid, une canne de gaz 55 classique axiale, percée de trois rangées de trous radiaux, est alimentée en combustible au lieu des deux conduits 54 périphériques lors des phases de montée en température du four. En variante, la canne de gaz 55 axiale est alimentée en prémélange air/gaz. Le débit de combustible injecté par la canne de gaz axiale représente moins de 10 % du débit global de combustible. Le but est d’avoir un mélange le plus intime possible avec l’air. Le tunnel 53 du diffuseur au niveau de l’injection d’air permet de stabiliser la combustion . En revanche, nous perdons l’avantage du fonctionnement sans flamme. Pour cette raison, ce mode de fonctionnement n’est utilisé que lorsque le four a une température inférieure à 850 °C et avec un réglage de combustion légèrement oxydant.
Autour de la canne axiale 55 de gaz pour le fonctionnement à froid, un passage annulaire 56 d’air de combustion contribue au bon allumage du brûleur et à la stabilité de flamme à froid . Ce passage annulaire est alimenté en air comme les conduits 51 , 52 périphériques. Le débit d’air de combustion dans ce passage annulaire est d’environ 20 % du débit total d’air de combustion . Il est maintenu pour les deux modes de fonctionnement du brûleur, en mode flamme et en mode sans flamme. Le diffuseur peut être réalisé dans un matériau réfractaire usuel pour ce type d’application, de même nature que celui des brûleurs frontaux à flamme selon l’état de la technique.
Bien sûr, l’invention n’est pas limitée aux exemples qui viennent d’être décrits et de nombreux aménagements peuvent être apportés à ces exemples sans sortir du cadre de l’invention. De plus, les différentes caractéristiques, formes, variantes et modes de réalisation de l’invention peuvent être associés les uns avec les autres selon diverses combinaisons dans la mesure où ils ne sont pas incompatibles ou exclusifs les uns des autres.

Claims

25
REVENDICATIONS ection (1 ) de préchauffage à flamme directe pour une ligne continue de traitement de bandes métalliques (B) comprenant une zone de liaison (13) prévue pour une circulation des fumées de combustion provenant d’une zone active (14) équipée de brûleurs (15) vers une zone récupérative (1 1 ) de préchauffage de la bande par échange avec lesdites fumées, caractérisée en ce que les brûleurs sont aptes à fonctionner en mode dit sans flamme et en ce que ladite zone de liaison comporte une chambre de sortie
(19) apte à orienter l’écoulement des fumées de sorte qu’elles s’écoulent frontalement par rapport à la bande en sortie de la zone active et une chambre d’entrée (18) apte à orienter l’écoulement des fumées de sorte qu’elles s’écoulent frontalement par rapport à la bande en entrée de la zone récupérative, selon la direction d’écoulement des fumées. Section (1 ) de préchauffage selon la revendication 1 , dans laquelle la chambre de sortie (19) est disposée en sortie de la zone active (14), dans le sens d’écoulement des fumées et est agencée pour un soutirage de fumées, la chambre d’entrée (18) est disposée en entrée de la zone récupérative (1 1 ) et est agencée pour une injection de fumées, la zone de liaison (13) comprenant en outre deux chambres de virage (20, 21 ) agencées chacune pour faire effectuer à l’écoulement des fumées un virage à 90 degrés entre une ouverture d’entrée (26, 25) et une ouverture de sortie (23, 27), une première chambre de virage (21 ) communiquant directement avec la chambre de sortie (19) et une seconde chambre de virage
(20) communiquant directement avec la chambre d’entrée (18), et deux tunnels de liaison (28, 29) agencés pour une circulation des fumées, un premier tunnel de liaison (28) reliant directement l’ouverture de sortie (27) de la première chambre (21 ) avec une ouverture d’entrée (22) de la chambre d’entrée (18) et un second tunnel de liaison (29) reliant directement une ouverture de sortie (24) de la chambre de sortie (19) et l’ouverture d’entrée (26) de la seconde chambre (20).
3. Section (1 ) de préchauffage selon la revendication 2, dans laquelle les deux ouvertures de sorties (24,25) de la chambre de sortie (19) sont disposées en vis-à-vis et frontalement par rapport à une circulation de la bande dans la zone active (14) et les deux ouvertures d’entrée (22, 23) de la chambre d’entrée (18) sont disposées en vis-à-vis et frontalement par rapport à une circulation de la bande dans la zone récupérative (1 1 ).
4. Section (1 ) de préchauffage selon l’une des revendications précédentes, les brûleurs (15) sont de type latéraux à flamme directe, caractérisé en ce que lesdits brûleurs sont aptes à fonctionner en mode sans flamme.
5. Section (1 ) de préchauffage selon l’une des revendications précédentes, les brûleurs (15) présentant une direction axiale (A) au croisement d’un plan vertical (V) et d’un plan horizontal (H), et comprenant un diffuseur (60) traversé par des conduits (54) d’injection de combustible pour un fonctionnement en mode sans flamme et des conduits (51 , 52) d’injection de comburant, lesdits conduits (51 , 52) d’injection de comburant débouchant du diffuseur plus près de l’axe du brûleur que lesdits conduits (54) d’injection de combustible pour un fonctionnement en mode sans flamme, caractérisé en ce que les brûleurs ont des conduits (52) d’injection de comburant qui débouchent du diffuseur sur le plan vertical qui sont divergents et des conduits (51 ) d’injection de comburant qui débouchent du diffuseur sur le plan horizontal qui sont convergents vers l’axe du brûleur.
6. Section (1 ) de préchauffage selon la revendication précédente, dans laquelle le plan vertical (V) est parallèle à la bande.
7. Section (1 ) de préchauffage selon l’une des revendications 5 ou 6, dans laquelle les conduits (52) d’injection de comburant des brûleurs (15) qui débouchent du diffuseur (60) sur le plan vertical (V) sont divergents selon un angle compris entre 2 et 12 degrés, et de préférence de sept degrés. Section (1 ) de préchauffage selon l’une des revendications 5 ou 6, dans laquelle les conduits (51 ) d’injection de comburant des brûleurs (15) qui débouchent du diffuseur (60) sur le plan horizontal (H) sont convergents selon un angle compris entre 1 et 5 degrés, et de préférence de trois degrés. Section (1 ) de préchauffage selon l’une des revendications 5 ou 6, dans laquelle les conduits (54) d’injection de combustible des brûleurs (15) pour un fonctionnement en mode sans flamme sont convergents vers l’axe du brûleur. Section (1 ) de préchauffage selon l’une des revendications 5 ou 6, dans laquelle les conduits (54) d’injection de combustible pour un fonctionnement en mode sans flamme sont convergents vers l’axe du brûleur selon un angle compris entre cinq et quinze degrés et de préférence de onze degrés. Section (1 ) de préchauffage selon l’une des revendications 5 ou 6, dans laquelle les brûleurs (15) ont un conduit (55) d’injection de combustible pour un fonctionnement en mode flamme qui s’étend selon la direction axiale du brûleur et qui débouche du diffuseur (60) dans l’axe du brûleur. Ligne de traitement en continu d’une bande métallique, comprenant une section de préchauffage à flamme directe selon l’une des revendications précédentes.
PCT/FR2021/051637 2020-09-23 2021-09-23 Section de prechauffage a flamme directe pour ligne continue de traitement de bandes metalliques WO2022064149A1 (fr)

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