Brevet FR2005032A1 — publié le 19691205

La présente invention est relative à un dispositif permettant de pré chauffer ou de fondre des mitrailles dans un four d'affinage, et plus particulièrement dans un convertisseur à fond plein. Il est bien connu que dans les procédés d'affinage pneumatique de fonte au convertisseur, il y a un intérêt technique et économique à constituer au moyen de mitrailles appropriées une partie de la charge introduite dans le convertisseur. On peut ainsi réduire la quantité d'éléments à oxyder contenus dans le métal, diminuer le prix de revient total des matériaux constituant la charge introduite dans le convertisseur, et réduire la durée de l'affinage. Cette quantité de mitrailles, lorsqu'elle est introduite à température ambiante a cependant une limite, actuellement de l'ordre de 29 de la charge totale, en relation avec la chaleur sensible et avec la chaleur chimique de la fonte liquide de la charge du convertisseur. il s'ensuit que si l'on désire augmenter au delà de cette limite la quantité de mitrailles à introduire, tout en conservant en équilibre le bilan thermique du convertisseur, on est amené à préchauffer ou à fondre la partie des mitrailles excédant cette limite. Â cette fin, il a déjà été proposé de préchauffer les mitrailles dans un récipient approprié séparé, ce qui permettrait certes d'éviter un abaissement inacceptable de la température du bain dans le convertisseur, mais greverait cependant le prix de revient de la fonte, d'une façon rapidement exagérée à cause des difficultés technologiques de l'opération en elle-mtme. Parmi les autres facteurs susceptibles de limiter 1'em- ploi de mitrailles cone matière première pour la fabrication de l'acier par affinage de fonte, on doit également envisager le temps nécessaire pour fondre ou amener une quantité déterminée de mitrailles à une température considérée comme minimum. En d'autres termes, présenté sous cet aspect, le problème revient à savoir s'il est possible de concevoir et de réaliser un générateur calorifique capable de produire dans un espace localement restreint un débit suffisant de calories à des températures appropriées. Par ailleurs, ce générateur doit entre maniable, amovible, réglable, de manipulation facile, robuste, d'entretien peu cofteux, etc... La présente invention a précisément pour objet un dispositif du type brûleur à oxygène et à combustible liquide qui tout en remplissant les conditions ci-dessus indiquées, permet de préchauffer ou de fondre des mitrailles à une allure telle que lion peut incorporer de 35% à 45%o dela charge totale de mitrailles dans un convertisseur de forte capacité (environ 200 tonnes et plus) sans que la durée totale de l'opération ne devienne préjudiciable à son économie. Par rapport aux dispositifs déjà existants et notamment par rapport aux beurs à oxygène et à gaz combustible déjà utilisés à cet effet, le dispositif de la demande permet une augmentation relative, en quantité de mitraille, près de deux fois supérieure à ce que ces bradeurs permettraient d'obtenir. De plus, par sa-conception même, ce brftleur (comme on le verra plus loin), présente l'avantage très important d'être refroidi de façon très efficace et originale, ce qui, neume on période de travail, réduit considérableaent le gradient thermique auquel est soumise la partie la plus sensible et la plus exposée dudit dispositif, et, par voie de oons6quence, réduit les contraintes mécaniques d'origine thermique, et accroit sa longévité dans de notables proportions. Le dispositif brûleur objet de la présente Invention, constitué d'un corps de brûleur, contenant au moins inde cana- lisation destinée à être raccordée par une extrémité à une source d'oxygène, ou de gaz & forte teneur en oxygène, au soins une canalisation destinée à être raccordée par une extrémité à une source de combustion liquide, un dispositif refroidisseur, par circulation d1un fluide tel que de l'eau, lesdites canalisations étant raccordées par leur autre extrémité (c8té sortie du brûleur) à une tette dé sortie, muniedes orifices appropriés pour laisser passer le comburant et le combustible, ladite tête de sortie étant par ailleurs raccordée par sa périphérie à une enveloppe extérieure constituant le corps du brûleur, est essentiellement caractérisé-en ce que les orifices dont est pourvue la tête du brûleur sont distribués de la façon suivante:: a - au centre un orifice destiné à laisser passer un comburant b - à la périphérie, un certain nombre d'orifices éga lement destinés à laisser passer du comburant et distribués de préférence sur une circonférence cen trée sur l'orifice repris sous a, ci-dessus. c - entre l'orifice central et les orifices périphéri ques, et de préférence en meAme nombre que ces der niers, des orifices destinés à laisser passer un combustible liquide et répartis également de préfé rence sur une même circonférence centrée sur ltori- fice repris sous a ci-dessus. Suivant une modalité avantageuse de ce dispositif, chaque orifice à combustible est disposé entre l'orifice central et deux orifices adjacents (de préférence à égale distance de ceux-ci) parmi ceux repris sous b ci-dessus. De cette façon, tout jet de combustible sortant de la tête du bradeur est contenu dans et guidé par un ensemble de trois jets de comburant, ce qui facilite la pulvérisation et la combustion de ltun par l'autre. Par ailleurs la disposition de l'ensemble des orifices à comburant ainsi que leur section totale présente l'avantage de réduire la partie de la te te de brflleur non susceptible d'entre atteinte efficacement par le dispositif de refroidissement et par conséquent de réduire son échauffement. Par ailleurs, l'ensemble des sections de passage prévues pour le comburant est avantageusement tel qu'en l'absence de combustible, Te brûleur peut servir de lance à oxygène par exemple pour effectuer une opération d'affinage dans des conditions économiquement et technologiquement acceptables. Une autre particularité avantageuse du dispositif de l'invention consiste dans le fait que les orifices à comburant (central et périphériques) présentent un profil convergentdivergent, ont des axes divergents l'un par rapport à l'autre dans le sens de mouvement des fluides et sont légèrement divergents dans le même sens par rapport aux axes des orifices à combustible. Cette particularité permet, lorsque l'on confère au comburant une vitesse de sortie suffisamment grande, de pulvériser et de briller le combustible à une distance suffisante de la face du brûleur pour que tout danger de retour de flamme soit inexistant et que le rayonnement de la flamme sur ladite face soit faible, La disposition ainsi adoptée pour les orifices à comoustible et à comburant, permet un refroidissement particulièrement efficace du nez du brûleur, puisque ce refroidis se- ment est effectué par l'extérieur (action du fluide refroidissant sur les orifices périphériques à comburant) et par l'intérieur, par l'action du jet d'oxygène et de fuel chacun en ce qui concerne son conduit de sortie. Egalement suivant le dispositif de l'invention, les orifices à combustible sont obturés au moyen de pastilles fixées de façon amovible (par exemple par vissage) dans lesdits orifices, lesdites pastilles présentant un ou plusieurs ajutages calibrés, permettant le passage du combustible en jets fins dont le nombre et le diamètre peuvent être modifiés à volonté en changeant les pastilles. De cette façon, il est possible de régler la position et la disposition desdits jets aussi bien que de remplacer une pastille usée par une autre, neuve, sans devoir effectuer de manipulation pénible du brûleur, lesdites pastilles étant à cet effet munies, coté extérieur de trous borgnes dans lesquels peuvent s'engager des tenons similairement disposés sur une clé appropriée, ce qui permet de visser et dévisser les pastilles sans pratiquement toucher au brûleur. L'expérience a montré que le refroidissement central du brûleur est suffisant pour que les pastilles ne se coincent pas dans leurs alvéoles par suite de 1' échauffement de la tête du br6leur, Àfin de réduire encore ce risque, les pastilles sont en un métal dont le coefficient de dilatation thermique est inférieur à celui du métal dont la tête du brûleur est constituée0 Afin de supprimer tout danger de coup de feu à l'intérieur du brûleur, les canalisations à combustible et à comburant sont séparées entre elles par l'eau circulant dans le dispositif de refroidissement. La section de passage offerte à l'eau de refroidissement est par ailleurs déterminée de façon à emporter le maximum de calories hors du nez du brûleur. Les schémas ci-après, donnés à titre d'exemple non limitatif, présentent un type de brûleur suivant l'invention. La figure 1 représente en deux demi-coupes, une dans l'axe d'une tuyère à 02 (partie gauche de la figure), l'autre dans l'axe d'un gicleur à fuel (partie droite de la figure), l'extrémité d'une lance pouvant servir à préchauffer des mitrailles. La figure 2 représente une coupe transversale du mame brûleur. Sur ces deux figures les mêmes repères correspondent aux mêmes parties du brûleur0 Le brûleur est constitué d'un conduit central 1 destiné à amener du comburant (02). Ce conduit 1 est terminé c8té sortie par un orifice central 2 entouré de plusieurs orifices périphériques 3 (par exemple 6 orifices) par lesquels le comburant sort également du brûleur.La face frontale 4 du brûleur est raccordée à une enveloppe extérieure 5, laquelle entoure complètement le conduit 1. L'espace entre 1 et 5 est utilisé pour la circulation d'un fluide de refroidissement, lequel arrive par 6, descend jusqu'en 7 et remonte par 8 en circulant successivement sur les deux faces du guide cylindrique 9. Entre 9 et 1, on a ménagé un espace suffisant pour permettre l'amenée de canalisation à combustible 10 (par exemple 6 canalisations) dont l'extrémité ll est ftx6* à la partie centrale 12 de la tête du brtleur. Un ajutage de sortie 13 relié à chaque extré iité 11, et muni de gicleurs appropriés 14-est disposé entre l'orifice 2 et les orifices 3.Les orifices 2 et 3 sont légè renient divergents, et ont un profil en long en forme de convergent-divergent. Les ajutages 13 sont également légèrement divergents par rapport à l'axe du brûleur0 Le brûleur suivant l'invention, dont les sections de passage de comburant, sont comparables à celles nécessaires pour effectuer une opération d'affinage de fonte au convertisseur, permet1 suivant les pressions utilisées, une sortie de combustible dont le débit peut varier de 3000 à 35 000 litres à l'heure. Le débit d'oxygène correspondant s'établis sant de 6000 m3/h à 50 000 m3/h, il s'ensuit que le brûleur décrit dans 11 invention, permet de produire des calories au taux 30ego6 à 250.106 kcal/heure, ce qui représente un débit plus que suffisant pour préchauffer rapidement (environ 10 minutes) une quantité de mitrailles voisine de 100 tonnes, à une température de l'ordre de 1000 C ou même & la température de fusion. Bien entendu, l'invention n'est pas limitée au mode de réalisation représenté, elle est susceptible de nombreuses autres variantes accessibles à lthomme de l'art suivant les applications envisagées, sans que l'on s'écarte de l'esprit de l'invention. REvElEDICAgIOliS 1) Dispositif brûleur à combustible liquide, contenant au moins une canalisation destinée à etre raccordée par une extrémité à une source d'oxygène, ou de gaz à forte teneur en oxygène, au moins une canalisation destinée à Qtre raccordée par une extrémité à une source de combustible liquide, un dispositif refroidisseur, par circulation d'un fluide tel que de l'eau, lesdites canalisations étant raccordées par leur autre extrémité (c8té sortie du brûleur) à une tête de sortie, munies des orifices appropriés pour laisser passer le comburant et le combustible, ladite texte de sortie étant par ailleurs raccordée par sa périphérie à une enveloppe extérieure constituant le corps du brûleur, essentiellement caractérisé en ce que les orifices dont est pourvue la tête du brûleur sont distribués de la façon suivante a - au centre un orifice destiné à laisser passer un comburant b - à la périphérie, un certain nombre d'orifices éga lement destinés à laisser passer du comburant et distribués de préférence sur une circonférence cen trée sur l'orifice repris sous a ci-dessus c - entre l'orifice central et les orifices périphéri ques, et de préférence en même nombre que ces der niers, des orifices destinés à laisser passer un combustible liquide et répartis également de pré férence sur une même circonférence centrée sur l'orifice repris sous a ci-dessus. 2) Dispositif suivant la revendication I, caractérisé en ce que chaque orifice à combustible est disposé entre lto- rifice central et deux orifices périnhériques adjacents (de préférence à égale distance de ceux-ci). 3) Dispositif suivant l'une ou l'autre des revendications 1 à 2, caractérisé en ce que l'ensemble des sections de passage prévues pour le comburant est du meme ordre de gran deur que celui correspondant d'une lance à oxygène destinée à effectuer une opération d'affinage de fonte dans des condi- tions technologiques et économiques normales 4) Dispositif suivant l'une ou l'autre des revendications 1 à 3, caractérisé en ce que les orifices central et périphériques destinés au comburant, présentent un profil convergent-divergent, ont des axes divergents l'un par rapport à l'autre, et sont légèrement divergents par rapport aux axes des orifices à combustible0 5) Dispositif suivant l'une ou l'autre des revendications 1 à 4, caractérisé en ce que les orifices à combustibles sont obturés au moyen de pastilles amovibles, présentant un ou plusieurs ajutages calibrés, permettant le passage du combustible en jeys fins dont le nombre et le diamètre peuvent titre modifiés à volonté par changement de pastille.