Brevet FR2015817A1 — publié le 19700430

La présente invention concerne un procédé d'introduction d'huiles hydrocarbonées dans le cratère d'un four de réduction à arc submergé par l'intermédiaire d'un canal sensiblement vertical mélangé dans l'électrode , ~qui consiste à mélanger l'huile avec des réactifs solides désagrégés à utiliser dans le procédé métallurgique du four,à charger le mélange obtenu par une- conduite qui, au moins par son extrémité inférieure, pénètre dans le canal vertical, l'ouverture de l'extrémité inférieure de la conduite étant sensiblement plus petite que la section droite du canal, à laisser tomber le mélange depuis l'extrémité inférieure de la conduite pour atteindre l'intérieur du four après une chute libre à travers le canal, et à faire circuler un gaz vers le bas à travers ledit canal. -L'invention concerne également une électrode creuse à utiliser dans le procédé ci-dessus, comprenant une goulotte d'alimentation mélangée au centre dans le canal vertical et au-dessus de la zone à température élevée de l'électrode, l'orifice d'évacuation de la goulotte étant sensiblement plus petit que la section droite du canal de l'électrode, et une conduite reliant la goulotte à une source de la matière à charger par la goulotte. L'invention concerne un procédé d'introduction d'huiles hydrocarbonées dans un four électrique à arc submergé, et plus spécialement un procédé d'introduction des huiles dans un tel four au moyen d'une électrode verticale creuse. Ltinvention concerne en outre un moyen permettant de mettre en oeuvre ce procédé. Dans la réduction électrothermique des minerais et dans la production du carbure de calcium, l'agent réducteur est habituellement le coke. Comme on le sait, il peut être parfois avantageux, pour une question économique, de substituer des hydrocarbures au coke dans une certaine mesure. Divers procédés ont été proposés antérieurement pour l'introduction d'hydrocarbures dans un four au moyen d'un canal longitudinal situé dans l'élec- trode, comprenant l'introduction des huiles dans le cratère du four. Cependant, une telle introduction d'huiles hydrocarbonées dans le cratère du four a fait apparaître les graves difficultés actuelles, et à la connaissance de la Demanderesse, aucun des procédés précédemment proposés ne s'est révélé approprié en pratique. LTne difficulté majeure réside dans le fait que le canal à travers lequel les huiles sont chargées se bouche rapidement en raison du carbone formé par le craquage de l'huile Suivant un procédé proposé antérieurement, les hydrocarbures sont introduits par une conduite qui, dans le cas d'une électrode pouvant se consumer d'elle-même est noyée dans ltélectrode, et; descend par conséquent à mesure que cette dernière se consume. La conduite, qui est habituellement en acier, fond à l'extrémité inférieure.Si on laisse une huile hydrocarbonée, par exemple une huile combustible lourde, s'écouler à travers la conduite, cette dernière s'obstrue après une courte période de temps, étant donné que l'huile est détruite par la chaleur. Suivant ia dimension du four,la température de l'électrode et d'autres facteurs, l'obstruc- tion de la conduite se produit à une distance plus ou moins éloignée de l'extrémité de l'électrode, ou bien la conduite peut éventuellement être obstruée en raison du fait que des produits de craquage formés dans le cratère se déposent sur 11 extrémité de l'é lectrode pour obstruer l'extrémité inférieure du canal ménagé dans l'électrode.Dans tous les essais effectués par la Demanderesse en utilisant cette introduction classique, le résultat a été une obstruction totale au bout de deux minutes. On a proposé de faciliter l'introduction d'huiles dans le cratère à travers un canal ménagé dans l'électrode en refroidissant l'électrode, par exemple en faisant circuler de'l'eau à travers des conduites prévues dans l'électrode. Ce moyen de résoudre les problèmes entrain cependant.tant de difficultés et d'inconvénients, en particulier lorsque l'électrode est du type pouvant se consumer d'elle-même, qu'il est tout à fait inapproprié. La présente invention se propose en conséquénce, - d'éviter pratiquement le craquage de l'huile située dans le canal de l'électrode; - de faciliter l'élimination de tous dépôts carbonés pouvant apparaître dans les zones chaudes du canal. D'autres buts et caractéristiques de l'invention ressortiront de la description qui va suivre. Suivant l'invention, l'introduction d'huiles hydrocarbonées dans les zones chaudes d'un four à arc submergé par l'intermédiaire d'un canal vertical ménagé dans son électrode est effectuée en mélangeant huile avec des réactifs solides désagrégés à utiliser dans le procédé métallurgique utilisant un four et en chargeant le mélange par une conduite qui, au moins à son extrémité inférieure, pénètre dans le canal vertical, l'ouverture de l'extré- mité inférieure de la conduite étant sensiblement plus petite que la section droite du canal, en laissant le mélange tomber depuis l'extrémité inférieure de la conduite pour atteindre l'intérieur du four après une chute libre à travers ledit canal et en faisant circuler un gaz vers le bas à travers le canal. Le diamètre de l'cri4ice d'extrémité de la conduite est inférieur à la moitié du diamètre interne du canal. te rapport entre les diamètres dépend de la hauteur de l'électrode et de la consistance de la matière à charger par l'électrode. Dans certains cas, le diamètre de ltouverture d'extrémité de la conduite est de préférence égal au tiers du diamètre interne du canal. De préférence, le mélange d'huile et des réactifs solides désagrégés en cours d'admission à travers la conduite a une consistance analogue à celle d'une pâte. Pour obtenir cette consistance, on peut, si on le désire,incorporer du coke désagrégé dans le mélange avant son introduction dans la conduite. te gaz circulant à travers le canal ménagé dans l'électrode simultanément au mélange contenant l'huile, gaz qui est désigné ciaprès par " gaz de lavage", peut avantageusement être un gaz produit par le procédé utilisant le four. Suivant l'invention, des composants gazeux pouvant oxyder la matière carbonée à hautes température sont ajoutés au gaz de lavage dans la mesure nécessaire pour brûler tous dépôts carbonés situés dans le canal, pour combattre toute tendance qu'ont ces dépôts à'se former et à se développer. Ces composants d'oxydation du gaz de lavage sont, par exemple, 1'aAiydride carbonique ou la vapeur d'ea-.. l'invention fourni également une électrode creuse à utiliser dars un ou de réduction 9 arc submergé, dans lequel un agent réducteur doit être chargé Far un canal vertical ménagé dans l'électrode, et l'e'lectrcde creuse est caractérisée par une goulotte d'alimentation férue a centre du canal vertical et audessus de la zcne à haute température de l'électrode, l'orifice d'évacuation de la goulotte étant sensiblement plus petit que la section droite du canal de l'électrode, et une conduite reliant la goulotte à une source de la matière à charger par la goulotte. Cette conduite est de préférence un tube souple, comme on l'expliquera plus en détail ci-après. Le diamètre de ltorizice d'extrémité de la conduite est inférieur à la moitié du diamètre interne du canal. Le rapport entre les diamètres dépend de la hauteur de l'électrode et de la consistance de la matière à charger à travers l'électrode. Dans certains cas, le diamètre de l'orifice d'extrémité de la conduite est de préférence égal au tiers du diamètre interne du canal. On va décrire l'invention en se référant à la figure unique du dessin annexé qui montre schématiquement une électrode creuse selon l'invention. L'électrode est du type se consumant d'elle-même et est désignée par le numéro de référence 1, tandis que le numéro de référence 2 désigne une chemise extérieure et le numéro de référence 3 indique des contacts du courant d'électrode. te canal longitudinal de l'électrode représentée est désigné par le numéro de référence 4 et dans ce cas il consiste en un tube en acier. Ce tube, ainsi que la chemise 2, fondent ou brûlent à leurs extrémités inférieures à mesure que l'électrode est abaissée au cours du fonctionnement, et leurs bords inférieurs sont désignés par 4a et 2a respectivement. ta conduite d'alimentation est généralement désignée par le numéro ae référence 5. Cette conduite est agencée concentrique- sent dans le canal 4, et le passage annulaire existant entre la conduite 5 et les parois du canal 4 est fermé au voisinage du sommet de l'électrode par, une matière de garnissage 6. Une conduite d'zlimentation extérieure à l'électrode l est indiquée par le numéro de référence 7, un manomètre par le.numéro de référence 8 et un rotamètre par le numéro de référence 9. le gaz de lavage est admis par une conduite 10 munie d'un manomètre 11. La conduite 5, comme représenté, est constituée d'une goulotte d'alimentation 5a et d'un tube souple 5b, relié à la goulotte 5a par un raccord 5c. Le moyen permettant de maintenir la goulotte 5a en position concentrique par rapport au canal 4 est doit gné par le numéro de référence 5d. La goulotte d'alimentation Sa est de préférence située au-dessus de la zone à haute température de l'électrode 1. On parvient ainsi à ce que l'huile hydrocarbonée ne paisse éventuellement pas être chauffée jusqu'à une température ae craquage pendant qu' elle se trouve dans 12 conduite 5. Ainsi1 le craquage ne peut pas se produire avant que la charge contenant l'huile ait atteint une région située à une certaine distance au-dessous de la goulotte 5a, et étant donné que la vitesse dans le sens descendant de la charge accélère, la charge n'est expcsée à des températures de craquage que pendant une très courte période de temps. En outre, le gaz de lavage aide à empêcher les produits de craquage, s'il risque de s'en produire dans le canal 4, de se déposer sur les parois du canal 4. Grâce au procédé et à l'électrode creuse de l'invention, le craquage de l'huile chargée à travers l'électrode est réduit au minimum. Fn utilisant un tubage souple 5 relié à la goulotte 5e, toute la conduite j peut 4.re facilement agencée pour suivre les mouvements verticaux de l'électrode 1 pendant le fonctionnement. En outre, e te souple 5c permet à toute la conduite 5 comprenant la goulotte 5a d'être facilement enlevée du canal 4 lorsqu'on le désire, par exemple lorsque, par intervalles, la chemise extérieure 3 doit s'étenare vers le haut. Ceci constitue un avantage considérable, en particulier dans le cas d'un haut-fourneau.Ainsi, dans un four de carbure de calcium de 40 MW par exemple, la zone à tom- pérature élevée de l'électrode s'étend de 3 à 4 mètres environ vers le haut à partir de l'extrémité de l'électrode, alors que la hauteur est totale de l'électrode peut être de 15 à 20 mètres, et il/alors avant tageux de placer la goulotte 5a à plusieurs mètres au-dessous du sommet de l'électrode, cas où la matière à charger par l'électrode creuse cre- sente un degré relativement élevé de fluidité, la charge peut être pompée par n'importe quelle pompe doseusé appropriée. Cependant, @ a observé que cette charge fluide peut avoir tendance à s'étaler pendant une chute libre, de façon qu'une quantité plus ou moins im- portante de la charge peut frapper les parois internes du canal, avant le hauteur de la chute libre. il peut en résulter un craquage des hydrocarbures sur les parois du canal 4 dans la région de haute température, et finalement, une obstruction du canal 4. Par conséquent, suivant l'invention, la matière à charger par l'électrode doit avoir de préférence une consistance plus épaisse, c'est-àdire analogue à une pâte. Une telle consistance peut être obtenue en augmentant la proportion de composants solides dans la matière, Si on le désire, une partie des matières solides peuvent consister en coke désagrégé. La consistance de la matière de charge peut également être modifiée en utilisant des hydrocarbures plus visqueux. Par consistance analogue à une "pâte", on entend un état compris entre l'état solide et l'état liquide. Lorsqu'on charge un tel mé lange semi-solide, on préfère utiliser une pompe à vis au lieu une pompe doseuse. Ce qui suit est une brève descrlption de quelques essais effectués dans des conditions permettant en particulier une étude approfondie de la tendance à l'étalement sus-mentionnée. On dispose un tube en matière plastique transparente a' une longueur de 1 mètres et ayant un diamètre interne ae 10 cm en position verticale pour correspondre au canal 4. Une courte conduite ayant un diamètre interne ae 16 mm est disposée à l'intérieur au tube concentriquement à ce dernier au voisinage de l'extrémité supérieure du tube. Ainsi, cette courte conduite correspond à la goulotte 5a du dessin. Au moyen d'une vis d'alimentation, on comprime un mélange pâteux de chaux en poudre, de coke en poudre et d'huile combustible à travers la courte conduite à un taux de 210 kg/heure. La matière tombe de 10 à 11 mètres à travers le tube en matière plastique sous la forme de morceaux sans venir au contact des parois internes du tube. On comprime le même mélange en âte à travers la goulotte à un taux de 375 kg/heure, et dans ce cas également, la patte sort de la goulotte sous forme de morceaux pour tomber à travers le tube sans venir au contact des parois internes du tube. On a effectué des essais analogues en utilisant diverses proportions d'huile et de matières solides, et en utilisant également diverses proportions de coke et de chaux en poudre. Ainsi, 1' un des mélanges essayés consiste en huile et coke et chaux en poudre en des proportions telles qu'il existe une correspondance stoechiométrique avec l'équation CaO + 3C = CaC2 + CO, l'huile et le coke étant tous deux des sources de carbone. Dans tous les essais, la matière analogue à une pgte tombe librement de 10 à 11 mètres à travers le tube en matière plastique sans venir au contact des parois du tube. Suivant les observations de la Demanderesse. une chute libre de 10 à 11 mètres peut à peine être obtenue en utilisant un fluide analogue à de l'huile ou une suspension d'une fluidité analogue. Bien que cette matière liquide, lorsqu'elle tombe verticalement à partir de la goulotte, tombe librement de 7 à 8 mètres à travers le tube en matière plastique, on a observé que le risque d'obtenir un tel contact indésirable est, au cours d'un essai long, considérablement plus grand en utilisant une charge analogue à un fluide qu'en utilisant une charge analogue à une patte. En plus des avantages déjà mentionnés ci-dessus, l'invention combine les avantages importants suivants lorsqu'on utilise la forme de charge analogue à une p te 1. On peut utiliser les matières désagrégées généralement obtenues inévitablement pendant la préparation et la manipulation des ma- tières de départ pour le procédé utilisent un four métallique, comme des fines de coke, de chaux et de minerai. 2. Une autre désagrégation de ces fines n'est pas indispensable, du fait que la matière analogue à une pate est avantageusement chargée au moyen d'un appareil dans lequel la dimension des grains ne cons titue pas un facteur critique. 3. Il est habituellement inutile de chauffer l'huile. 4. Tous les problèmes dus au dépôt des matières solides dans les conduites d'alimentation, etc., lorsque le fonctionnement est interrompu pour une raison quelconque (par exemple lorsque la chemise extérieure de l'électrode doit être munie d'un prolongement) sont évités. Lorsque la matière analogue à une pâte de l'invention est introduite dans l'électrode creuse, où la goulotte 5a est disposée au-dessus de la région de haute température de l'électrode, la matière peut atteindre une vitesse très rapide avant de pénétrer dans la zone de haute température, étant donné qu'on peut choisir une hauteur maximale de chute libre. Ainsi, l'intervalle de temps pendant lequel la matière est exposée aux températures de craquage de la région inférieure de l'électrode peut être réduit à une fraction de seconde. L'huile hydrocarbonée qui est utilisée suivant l'invention est habituellement une huile minérale, comme une huile combustible ou autre huile lourde convenant pour le procédé en question et le caractère piteux désiré. te procédé et l'électrode creuse de l'invention sont destinés à introduire une matière contenant une huile à travers une électrode creuse verticale dans n'importe quel four électro-thermique, le procédé se prêtant à l'utilisation d'huile comme partie des réactifs de réduction. La production de carbure de calcium à de partir de chaux et/coke, et la production de fer à partir de minerai de fer et de coke constituent des exemples de tels procédés. R E V E N D I C A T I O N S 1. Procédé d'introduction d'une huile hydrocarbonée dans le cratère d'un four de réduction à arc submergé à travers un canal sensiblement vertical ménagé dans l'électrodes procédé carac- -térisé en ce qu'il consiste à mélanger l'huile -avec des réactifs solides désagrégés à utiliser dans-le procédé tiétefl'urgique utili sant le four, à charger le mélange obtenu à travers- une conduite qui, au moins par son extrémité inférieure, pénètre dans le canal vertical, l'ouverture de l'extrémité inférieure de la conduite étant sensiblement plus petite que la section droite du canal9 a permettre au mélange de tomber depuis l'extrémité inférieure de la conduite pour atteindre l'intérieur du four après une chute libre à travers le canal, et à faire circuler -un gaz vers le bas à Tra- vers ce canal. 2.-Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'au gaz circulant vers le bas dans le canal on ajoute des substances capables d'oxyder une-matière carbonée à hautes températures. 3. Procédé d'introduction d'une huile hydrocarbonée dans le cratère d'un four de réduction à arc submergé à travers un canal sensiblement vertical ménagé dans l'électrode, procédé caractérisé en ce -qu'il consiste à mélanger l'huile avec des réactifs solides désagrégés à: utiliser dans le procédé métallurgique utile sant le four pour obtenir un mélange à travers une conduite qui, au moins par son extrémité inférieure, pénètre dans le canal vertical, l'ouverture de l'extrémité inférieure de la conduite étant sensiblement plus petite que la section droite du canal, en permettant au mélange de.tomber depuis l'extrémité supérieure de la conduite pour atteindre l'intérieur du four après une chute libre à travers le canal, et à faire circuler un gaz vers le bas à travers le canal. 4. Procédé selon la revendication 3, caractérisé en ce qu'au gaz circulant vers le bas à travers le canal on ajoute de la vapeur d'eau. 5. Procédé selon la revendication 3, caractérisé en ce que de l'anhydride carbonique est ajouté au gaz circulant vers le bas dans le canal. 6. Procédé selon la revendication 3, caractérisé en ce qu'on ajoute du coke en poudre au mélange. 7. Electrode creuse à utiliser dans un four de réduction à arc submergé, dans laquelle un agent réducteur doit être chargé à travers un canal vertical (4) prévu dans 11 électrode, électrode caractérisée en ce qu'-ellePoomprend une goulotte d'alimentation (5a) prévue au centre du. canal vertical et au-dessus de la zone de haute température de l'électrode, l'orifice de sortie de la goulotte étant sensiblement plus petit que la section droite du canal (4) de 11 électrode, et une conduite (5b) reliant la goulotte (5a) à une source de la matière à charger à travers la goulotte. 8. Electrode creuse selon la revendication 7, caractérisée an ce que la conduite (5b) reliant la goulotte à une source de la matière à charger dans la goulotte est un tube souple.