Brevet FR2010512A1 — publié le 19700220

La présente invention est relative aux fours industriels, et elle concerne plus particulièrement des procédés et des moyens perfectionnés permettant d'établir des conditions optimales de pression et de ventilation à l'intérieur de;-ces fours, tout en prévenant un fonctionnement indésirable des fours à la pression atmosphérique. Il est bien i:.; qu'au cours du fonctionnement des fours à arc électrique ou d'autres types, destinés à la fusion, & la coulée ou au raffinage des métaux, des volumes importants de poussières et de fumées sont produits. Il est désirable de les éliminer de façon qu'elles ne viennent pas nuire aux opérations effectuées dans le four, et iloest désirable aussi que leur évacuation ne permette pas aux poussières et aux famées évacuées de parvenir dans l'atmosphère de l'enceinte où se trouve le four. Dans des dispositifs classiques, l'oxyde de carbone et autres gaz combustibles contenus dans les fumées sont brûlés, les poussières étant captées dans des dispositifs de filtrage utilisant des sacs en tissu. Pour effectuer ce traitement de séparation, des poussières et des gaz, on a déjà utilisé des dispositifs connus comme dispositifs "d'évacuation directe". Us sont bien satisfaisant du point de vue du traitement des poussières, ainsi que de la combustion ou de l'oxydation des gaz, mais les organes d'aspiration puissants utilisés créent des conditions atmosphériques indésirables dans le four, au cours de certaines phases de son fonctionnement, en réduisant la pression qui y règne, ce qui a pour résultat une entrée d'air ambiant. - Le déplacement de l'air d'oxydation dans lé four, et 30 son écoulement jusque dans le dispositif d'évacuation, ont non seulement pour conséquence un refroidissement indésirable, mais peuvent aussi exercer un effet de décarbonisatiçn sur certains types de coulées, exigeant dans beaucoup de cas l'addition de carbone^.au bain, afin de maintenir la teneur en carbone désirée, 35 à l'orifice de coulée. Il est également nécessaire, dans le fonctionnement des fours à arc électrique, d'ouvrir les portes du four pour y introduire les additifs d'alliage, pour traiter ou éloigner les scories, ou pour y injecter de l'oxygène. L'entrée importante d'air qui se produit lors de ces opérations à portes 40 ouvertes donne naissance à des conditions telles que les pous- 10 15 20 25 69 16627 2 2010512 sières et les gaz s'échappent par les ouvertures du four, notamment celles qui se trouvent au voisinage de la voûte de celui-ci, par lesquelles passent les électrodes de carbone. Cette sortie de poussières et de gaz crée dés conditions indésirables 5 dans l'enceinte où se trouve le four. - ' ■ TJn des objets de l'invention est de réaliser un dispositif de ventilation des fours électriques à arc qui permettra \ine évacuation efficace des gaz et des fumées provenant de ceux-ci, tout en réalisant des conditions atmosphériques con-10 venables à l'intérieur du four. ' ' D'autres objets et avantages de l'invention ressorti-ront encore de la description qui va suivre, et qui vise une forme préférée de réalisation représentée dans les dessins an-nexés, dans lesquels : 15 La figure 1 est une vue partielle de profil d'un four électrique à arc équipé de moyens de ventilation de contrôle de pression réalisés conformément à l*invention. La figure 2 est une vue partielle en plan de ce mime four. • 20 La figure 3 est une vue partielle en élévation de celui-ci, et La figure 4 est un schéma de connexions pour les moyens de commande des registres. L'invention consiste essentiëlïément dans un arrange-25 ment qui. comporte un premier dispositif de conduit d'évacuation de gaz, recevant les gaz et les poussières passant par une ouverture principale ménagée dans la voûte du four, et un second dispositif de conduit d'évacuation de gaz, recevant les gaz provenant du. four et qui peuvent sortir par d'autres ouvertu-30 res de celui-ci, chacun de ces deux dispositifs dè conduit étant organisé de façon à recevoir également une certaine quantité d'air ambiant. L'ouverture principale se trouvera normalement ménagée dans la voûte du four, mais elle pourrait toutefois être disposée aussi en un autre point de celui-ci. 35 Les deux dispositifs de conduit sont organisés de façon, à débiter ensemble dans un système collecteur de poussières et de fumées tel que celui décrit dans le Brevet Etats-Unis N° 3 173 980 du 16 Mars 1965- Dans un tel système, le transport des gaz et des fumées provenant du four jusqu'aux moyens de 40 filtrage et Ti'évacuation de ceux-ci s'effectue sans imposer une 69 16627 3 2010512 aspiration substantielle, ni créer une réduction de pression notable à l'intérieur du four. Dans la mise en oeuvre de l'invention, chacun des deux dispositifs de conduit comporte des registres manoeuvrés 5 • automatiquement ou à la main, et qui peuvent être réglés de façon à créer les conditions d'écoulement de gaz les plus favorables. Le registre, dans le premier conduit, est disposé pour être actionné manuellement ou automatiquement grâce à des 10 moyens répondant à la pression dans le four, de façon qu'au cours du cycle de fusion les conditions de pression optimales puissent être maintenues pendant la fusion. Fendant-le raffina-■ g* et la scorification, la fonctionnement de moyens de contrôle sélectifs, dans les circuits de commande du registre prévu 15 dans le premier dispositif de conduit, peut s'effectuer de façon $ae ce registre soit fermé ou partiellement fermé, alors que les registres appartenant au second système de conduit •frrt ouverts. Les gas s'échappant par les autres ouvertures 4m femr, telles que par exemple les orifices de passage des 20 électrodes, seront alors recueillis par le second dispositif de conduit. L'invention trouve une application spécialement utile d»Tig les fours électriques à arc destinés à la fusion de l'acier inoxydàtle ou du fer. Elle sera décrite ci-après telle 25 qu'appliquée à tel four, d'autres applications étant toutefois possibles pour cette invention. Dans la fusion de certains types de métaux dans un four électrique à arc, il est désirable de créer une atmosphère réductrice au-dessus du bain, au cours de la période de 30 raffinage. JLinsi, dans le cas de l'acier inoxydable, on utilise des scories de carbure, et une atmosphère oxydante doit être évitée. Dans la fusion du fer, le carbone oxydé provenant du bain doit être remplacé et, par conséquent, une oxydation est encore indésirable. Pendant le fonctionnement du four, toute-35 fois, des quantités importantes de gaz sont émises, et ces gaz qui présentent une teneur élevée en oxyde de carbone doivent être oxydés. De même, les hydrocarbures émis doivent ^être brûlés. Dans le Brevet Etats-Unis ïï"° 3 173 980 précité, on a 40 déjà décrit un système de ventilation-et de conduits grâce au- 69 16627 4 2010512 quel les poussières et les fumées peuvent être transportées en vue de leur filtrage et de leur évacuation. Ce dispositif de conduits comporte des moyens propres à créer une aspiration puissante, à l'extrémité de départ. En vue du fait que la pré-5 sente invention n'est pas limitée à l'utilisation de ce système de ventilation spécifique, on n'a représenté dans les figures 1 ec 2 que son extrémité d'entrée, désignée par B. lies figures 1 et 2 représentent un four électrique à arc, désigné par son ensemble par 10, d'un type communément 10 utilisé pour la fusion et le raffinage de l'acier et du fer. Son corps 11 comporte une goulotte 14 de coulée pour le métal, et une porte 12 pour les scories. Il peut comporter aussi d'autres ouvertures, telles qu'une porte de visite. Au moyen d'un dispositif quelconque approprié, et non représenté, le four 15 peut être incliné ou autrement manipulé en vue de son chargement, de la scorification, de la coulée, et autres opérations. La voûte 15 du four comporte une ouverture 16 destinée au départ des poussières et des fumées prenant naissance à l'intérieur de celui-ci durant son f©nctionnement. Cette voû-20 te comporte également des orifices 17 destinés au passage des trois électrodes de carbone 18 pénétrant dans le four. Ces électrodes sont disposées et supportées d® façon à leur permettre d'être montées et descendues par rapport à la voûte du four. Le dispositif 20, destiné à la prise de la pression dans le 25 four, traverse également la paroi de celui-ci. Ainsi qu'on l'a mentionné, le dispositif de ventilation conforme à l'invention comprend un premier conduit d'évacuation des gaz, destiné à recevoir les quantités importantes de fumées et de gaz sortant par l'ouverture 16 du four, et un 30 second dispositif de conduits qui collecte les gaz provenant des autres ouvertures du four. Chacun de ces dispositifs de conduits ou de ventilation est équipé de registres susceptibles d5être sélectivement actionnés. Le premier dispositif de cosiduit d'évacuation des gaz 35 comprend un coude 22 çpi3 du fait d© la température très élevée ■ des gaa passant par l'ouverture 16 sênagêe dans la voûte du four, peut être environné par une chemise d'eau» L'orifice d'entrée 23 de ce coude 22 se trouve au voisinage immédiat, mais toutefois légèrement écarté-, de la votite du. four» Le diamètre inté-40 rieur de ee -coude 22 est de préférence plus grand que celui de BAO ORfGfNAL 69 16627 5 2010512 l'ouverture 16 du four. Le second dispositif de conduit 24- est constitué par une structure composite, et comporte des parois gui délimitent des ouvertures d'entrée latérales 25, 25a,» et une ouverture cen-5 traie 26. Toutes ces ouvertures embrassent plus ou moins les électrodes 18, et se trouvent à une position telle qu'elles recevront tous les gaz s * échappant soit par les orifices 17 de la voûte, soit par d'autres ouvertures du four telles que par exemple la porte 12 pour les scories, et la goulotte de coulée 10 14-. Les gaz passent dans le corps principal du second dispositif de conduit, puis parviennent dans le système d'évacuation. D. Des écrans 26' peuvent être prévus dans le conduit 24-, pour diriger les gaz. Des modifications appropriées pourront.être apportées à ce système de conduit, en considération de toutes 15 autres ouvertures que peut comporter le four. Les systèmes de conduits 22 et 24- sont supportés, par rapport au four, dans une structure 27 appropriée. Les ouvertures de départ de ces systèmes de conduits 22 et 24- sont rassemblées dans une plaque frontale 30, ainsi que le montre bien 20 la figure 3* L'embouchure du système d'évacuation D embrasse la totalité de la surface de ladite plaque frontale, et par conséquent les orifices des conduits qui y parviennent, de sorte que tous les gaz sortant par ces ouvertures passeront dans le système D. 25 Les dispositifs de conduits 22 et 24- sont équipés de registres de formes et dimensions appropriées. Le conduit 22 comporte un registre 32, montré à sa position de pleine ouverture dans les figures 1 et 3» et en position de fermeture complète dans la figure 2. Les registres 33 et 33A pour.le dispo-30 sitif de conduit 24- sont également représentés en position d'ouverture dans les figures 1 et 3r et en position de fermeture dans la figure 2. Tous ces .registres sont montés de façon à pouvoir pivoter, et ils peuvent être commandés automatiquement ou à la main. 35 La figure 4- représente un dispositif de contrôle des tiné à être utilisé en combinaison avec le dispositif de ventilation décrito On comprendra que d'autres dispositifs de contrôle peuvent être aisément réalisés, en vue de la commande du dispositif de ventilation qui fait l'objet de l'invention. 40 Dans la figure 4-, les dispositifs.de conduits 22 et BAD ORIGINAL 69 16627 6 2010512 24 ont été très schématiquement représentés, le registre 32 du conduit 22 est commandé par une soupape 4CK.de contrôle de la pression dans le four. Des vannes 42 et 42Ô. sont prévues pour commander les registres 33 et 33A. respectivement. 5 les vannes 42 et 42A sont reliées par l'intermédiaire de canalisation individuelles 44 et 44A, ainsi que par une canalisation commune 46, à un tableau de commande 48. Un sélecteur 50 appartenant à ce tableau de commande est prévu pour être conduit soit à la position "fusion", soit à la position 10 "raffinage-scorification". le dispositif 20 de mesure de pression dans le four est relié par une canalisation 52 à un transmetteur 54 de la pression du four. La sortie de ce transmetteur, par l'intermédiaire d'une source de courant continu 56, agit sur le contrô-15 leur 56 de la pression du four. Un transformateur 60 à voltage constant est relié à la source de courant qui assure le fonctionnement du contrôleur de pression 58. Le tableau dë commande 48 est relié par une canalisation 62 au contrôleur de pression, et une autre canalisation 20 64 assure la connexion entre le contrôleur de pression et la soupape 40. Lorsque le sélecteur 50 appartenant au tableau de commande 48 est conduit à la position "fusion", les registres 33 et 33A sont fermés jusqu'à une position de pré-réglage détermi-25 née, par le fonctionnement des vannes 42 et 42A. Le registre 32 est commandé par la soupape 40, et le fonctionnement de cette soupape est déterminé par les conditions de pression qui doivent être maintenues dans le four. Ainsi, le registre 32 agit comme organe de contrôle de la pression du four, et il est commandé -30 automatiquement au cours du cycle de fusion par le circuit décrit et représenté. A cet égard, on doit observer que l'utilisation d'un registre et de ses organes de commande associés, en vue du contrôle automatique de la pression d'un four, n'est pas nouvelle et n'appartient pas à l'invention, si ce n'est dans 35 le cadre de la combinaison décrite. Au cours du cycle de raffinage et de scorification, les registres 33 et 33A sont ouverts par les vannes 42 et"4-2A, alors, que le registre 32 est fermé® Ainsi qu'on l'a mentionné, ceci permet de . recueillir les gaa et les poussières s'échappant par les ouvertures secondaires BAD ORtërtNM* 16627 7 2010512 sion sensible ne sera créée dans Je four et, par conséquent, des quantités importantes d'air ne pourront pas pénétrer dans celui-ci pour y causer une oxydation indésirable du métal fondu et des scories. On comprendra que beaucoup de modifications pourront être apportées aux dispositifs ci-dessus décrits, et représentés, comportant les caractéristiques de l'invention, sans pour cela sortie du cadre de celle-ci. 69 16627 8 2010512 BEVmSIOATIQNS 1 - Dispositif perfectionné de contrôle de la pression et de la ventilation des fours industriels comportant des ouvertures primaire et secondaire^ ce dispositif comprenant un premier 5 conduit dont l'ouverture d'entrée fait face à ladite ouverture primaire et un second conduit dont l'ouverture d'entrée est disposée de façon à recevoir 1sair ambiant et les gaz sortant par les ouvertures secondaires, le premier et le second conduit délimitant les ouvertures de sortie qui communiquent avec un 10 système collecteur assurant 1* évacuation , un premier registre dans le premier conduit, des moyens pour actionner ce premier registre entre une position dfouverture et une position de fermeture , en réponse aux variations de la pression des gaz à l'intérieur des fours, un second dispositif de registres dans 15 le second conduit, et des moyens de commande destinés à la manoeuvre de ce second dispositif de registres, lesdits moyens de commande, à l'une de leurs positions, prenant le pas sur les moyens de commande du registre répondant à ladite pression. 2 - Four Industriel suivant la Eevendication 1, caractérisé par 20 le fait que le premier registre est maintenu en position de fermeture5 et le second dispositif de registres est maintenu en position d'ouverture, lorsque lesditBomoyens de commande occupent la position ci-dessus mentionnée» 3 - Pour industriel suivant la Eevendication 1, dans lequel le 25 second dispositif de conduit délimite une pluralité d'ouvertures d'entrée placées à une certaine distance par rapport aux ouvertures de sortie secondaires du four. 4- Four industriel suivant la Eevendication 1, caractérisé par le fait que lesdits premier et deuxième dispositifs de conduits 30 s'étendent jusqu'à des ouvertures de sortie placées côte à côte, une ouverture d'entrée commune appartenant audit système collecteur- étant disposée de façon à comsuniquer avec chacune de ces ouvertures de sortie » ■5 =» Four industriel suivant la Revea&ication 1, caractérisé par 35 le fait que 1 'orifice d'entrée du preaierv-dispositif de conduit surmonte ouverture principale dra four, ménagée à sa partie supêrie^2?e j et est placé à proximité directe de celle-ei. ?6AD ORIGINAL ÎW 69 16627 9 2010512 6 - Four industriel suivant la Revendication 1, du type à arc électrique, caractérisé par le fait que ses ouvertures secondaires comportent les orifices prévus pour le passage des électrodes jusque dans le four, les ouvertures d'entrée pour le second 5 dispositif de conduit étant disposées à une certaine distance desdits orifices pour le passage des électrodes. 7 - Four industriel suivant la Revendication 6, caractérisé par le fait que les ouvertures secondaires comportent également des ouvertures ménagées dans la porte du four. 10 ' 8 - Four industriel suivant la Revendication 1, du type à arc électrique, assurant un cycle de fusion et un cycle de raffinage et de scorification, les moyens de commande des registres, répondant à la pression qui règne dans le four,, agissant sur ^ le premier régistre au cours du cycle de fusion, afin d'assurer le contrôle de la pression à l'intérieur du four, lesdits moyens de commande étant conduits à la position précisée dans la Revendication 1 au cours du cycle de raffinage et de seorification, afin d*a»surer la fermeture du premier registre, et l'ouverture 2^ du second dispositif de registres. " 9 - Four industriel suivant la Revendication 1, caractérisé par le fait qu'au moins certaines de ses ouvertures primaire et secondaires sont disposées dans la voûte du four. 10- Prodédé pour le fonctionnement d'un four industriel du type ^ décrit dans l'une des Revendications 1 à 9, comportant les opérations d'ouverture du registre appartenant au premier dispositif de conduit, et de fermeture du disjositif de registre appartenant au second dispositif de conduit, au cours du cycle de fusion dans le four, ainsi que les opérations de fermeture du registre ^appartenant au premier dispositif de conduit, et d'ouverture du dispositif de registres appartenant au second dispositif de conduit, au cours du cycle de raffinage et de scorification dans le four. 11 - Procédé suivant la Revendication 10, caractérisé par le fait que le four est du type à arc électrique, le âecond dispositif de conduit agissant pour recueillir les gaz passant par les ouvertures du four, au moins certaines de ces ouvertures comprenant les orifices prévus pour le passage des électrodes utilisées dans 40 le f0*r- 2010512 12 -Procédé suivant la Revendication: 11, caractérisé par le fait-qu'on prévoit des moyens collecteurs communs destinés à recueillir des gaz provenant des ouvertures de sortie du premier et du second dispositifs de conduits. 16627 BÀD ORIGINAL