Brevet FR2085848A1 — publié le 19711231

t 2085848 La présente invention concerne -un procédé et une installation convenant particulièrement bien pour l'équilibrage des pressions de gaz de chambres à sas et de l'enceinte de four de fours à cuve, en particulier de hauts fourneaux, 5 procédé dans lequel le gaz de haut fourneau brut, provenant de l'enceinte du four est tout d'abord épuré puis fourni à la chambre à sas. les fours à cuve connus, tels que par exemple les hauts fourneaux, possèdent à leur tête un moyen d'é-10 tanchéité qui se compose de deux ou de plusieurs cloches et de deux ou plusieurs cuvettes de gueulard. Deux cloches sont disposées l'une au-dessus de l'autre ; la cloche supérieure est plus petite et elle sert à répartir la matière de la charge sur la cloche inférieure, plus grande. La grande cloche a un diamètre qui est détermi-15 né par le diamètre supérieur du fourneau et la matière de la charge est répartie sur la surface de charge circulaire. La fonction de répartition de la cloche joue par conséquent un rôle qui est déterminant pour le choix des différents diamètres de cloches. Il n'est pas favorable, en raison de la sillicitation thermique de choisir pré-20 cisément"pour la cloche inférieure vin diamètre plus grand. Toutefois, la répartition de la matière détermine la marche du fourneau et par conséquent le résultat du travail. La fonction de répartition présente une importance plus grande que celle de la fonction d'étanchéi-té. 25 Néanmoins, une bonne étanchéité au gueulard des hauts fourneaux à gagné de l'importance en raison de l'augmentation de pression à laquelle on en est venu ces derniers temps. La pression des gaz relativement élevée dans l'enceinte des hauts fourneaux et d'autres fourneaux qui fonctionnent même avec des 30 dépressions (fours de cuisson des briques) apporte une aide au déroulement des phénomènes physico-chimiques. C'est ainsi qu'une pression relativement élevée aux hauts-fourneaux influence d'une manière positive l'opération de réduction du fer. Toutefois, des exigences plus sévères sont imposées à l'action d'étanchéité des fer-35 metures de gueulards. Dans le cas des fermetures de gueulard à deux cloches, les deux cloches de gueulard ne peuvent être manoeuvrées que si les pression ont la même valeur, au dessus et au-dessoug dans la chambre à sas formée par une cuvette de gueulard. 40 Par suite, quand on ouvre la cloche supérieure, il faut que, dans COPY 71 11965 2 2085848 la cuvette de gueulard se trouvant au-dessous, règne la pression atmosphérique, c'est-à-dire que la pression qui existait auparavant ait été abaissée au moyen d'une décharge des gaz. D'un autre côté, il faut que la 5 pression dans la chambre à sas soit à peu près de même grandeur que la pression dans l'enceinte au four si la cloche inférieure de gueulard doit pouvoir être ouverte avec une dépense d'énergie économiquement acceptable. Pour chaque chargement de l'enceinte du four, ainsi que pour le chargement de la grande cloche, il" est nécessaire 10 qu'il y ait une égalisation de pression dans la chambre à sas se trouvant entre les deux cloches. le gaz utilisé à cet effet peut être par principe le gaz provenant au fourneau ou un gaz étranger. Le gaz de haut fourneau est fortement chargé de poussière, mais il est-peu coûteux et ne nécessite qu'une faible dépense en installa-15 tions supplémentaires. La poussière entraînée dans le gaz de gueulard de haut fourneau produit une usure importante aux sièges d'étancbéité ies cloches et des cuvettes de gueulard. Si l'on ne réusit pas à établir un é quilibrage très poussé des pressions entre la pression de la chambre à sas et la pression de l'enceinte du four-20 neau ou la pression atmosphérique, de telle manière que la pression dans la chambre à sas soit un peu inférieure à la pression dans l'espace voisin, du gaz de gueulard charge de poussière est soufflé à travers les fentes existant entre la cloche et la cuvette. Il est possible, avec une formation de fentes appropriée que la vitesse du 25 gaz augmente jusqu'à atteindre la valeur de la vitesse du son. Cet état existe dans chaque cas sur l'étendue de l'intervalle de temps dans un cycle qui prévoit dans chaque cas les opérations cadencées "alimentation" "accumulation sur la cloche de distribution" et " chargement du fourneau". Les intervalles de temps intermédiaires 30 peuvent présenter des longueurs considérables. Le gaz s'écoulant rapidement augmente, en raison de la poussière qu'il entraîne l'action d'usure. La plupart du temps un tel écoulement ne peut pas être empêché , ne serait-ce que parce que les cloches de gueulard se déforment sous l'action de la sollicitation thermique. L'équili-35 brage précis des pressions constitue par conséquent une mesure importante pour le maintien de l'action d'étanchéité aux fermetures de gueulard. Il est en outre très difficile d'obtenir unéquilibrage des pressions suffisamment rapide et aussi suffisamment précis dans une fermeture de gueulard à deux ou à plusieurs cloches. Le gaz qui 40 provient du fourneau doit être soumis tout au moins à -un dépoussiè- 71 11965 3 2085848 rage préliminaire pour que ne soient pas détériorées les soupapes qui déterminent la pression dans la conduite» Il se produit par conséquent en régie générale dans le dispositif de dépoussiérage,une chute de pression qui ne peut pas être évitée. Cela justifierait l'uti-5 lisation d'un gaz étranger exempt de poussière. Un gaz étranger exempt de poussière et existant sous -une pression élevée dans le réseau de l'usine, par exemple de l'azote, offre des avantages pour une exploitation insensible aux dérangements dans la mesure où il s'agit de l'usure des 10 organes de fermeture. Toutefois, les dépenses de réglage et de production sont très élevées parce qu'il faut prendre des mesures de sécurité pour protéger les chambres à sas, c'est-à-dire pour empêcher qu'elles soient soumises à des pressions dépassant de beaucoup les valeurs prévuès par construction. Il demeure une incertitude au su-15 jet de la sécurité même quand on prend des mesures de sécurité coûteuses, et cela en raison de l'exploitation brutale du haut fourneau. Quand on utilise le gaz de gueulard produit par le fourneau pour augmenter la pression dans la chambre à sas, on a jusqu'à présent procédé à une épuration de ce gaz, parce 20 qu'autrement, il se produirait des usures trop importantes. Suivant la nature de l'épuration exécutée dans les différents dispositifs de dépoussiérage dont on. dispose, il se produit une chute de pression par rapport à la pression du gaz du fourneau. Dans une partie des fourneaux construits, on se contente de la pression dont on dispose. 25 Mais dans une autre partie, on a prévu une compression supplémentaire pour laquelle, de nouveau, il n'est permis d'utiliser, pour différentes raisons que du gaz de haut fourneau épuré. les deux procédés prévus pour 1'équilibrage des pressions dans la chambre à sas possèdent des in-30 convénients déterminés. Dans le premier cas, il se produit aux sièges d'étancl éité des cloches et des cuvettes les vitesses de gaz élevées mentionnées plus haut. Même quand on se sert de clapets d'étanchéité dont les sièges d'étanchéité se trouvent en dehors du chemin de la matière du chargement, la poussière est embarrassante. Il 35 existe par suite toujours une usure qui se produit dans une mesure plus ou moins grande. Dans le second cas, la compression supplémentaire devenant nécessaire conduit à des dépenses d'exploitation courantes élevées et elle met en péril des parties de l'installation étant donné que pour des raisons tenant aux dimensions du compres-40 seur ainsi qu'aux temps relativement courts dont on dispose pour 71 11965 4 2085848 l'équilibrage des pressions, il faut travailler avec des pressions dépassant la pression pour laquelle la fermeture de gueulard a été construite. L'usure est particulièrement grave 5 quand on emploie pour la répartition de la matière dans l'enceinte du four les fermetures de gueulard qui sont utilisées pour les cloches. la présente invention a pour but de réaliser un procédé et des moyens grâce auxquels on puisse obte-10 nir un équilibrage précis des pressions. Il est connu de supporter simplement, avec tous ses inconvénients, la différence entre les pressions. Il est connu aussi d'intercaler dans le réseau de gaz épuré un compresseur qui donne à la pression une valeur suffisamment élevée pour 15 que soit obtenue en même temps que s'effectue l'ouverture des orga-nés de fermeture, l'accélération nécessaire du gaz. Le procédé de l'invention est caractérisé en ce qu'on remplit la chambre de sas, dans un premier stade de pression avec du gaz de haut fourneau épuré provenant immé-20 diatement de l'épurateur et, dans un second stade de pression, on ajoute une quantité de gaz de haut fourneau d'un volume relativement faible, mais à la pression de l'enceinte du four, en vue d'un équilibrage complet des pressions entre la chambre de sas et l'enceinte du fourneau. Même quand pour le volume de gaz plus petit du second 25 stade, on emploie tua compresseur, ce compresseur est très petit et il est possible de mettre en oeuvre du gaz épuré déjà existant. Si l'on emploie du gaz brut de l'enceinte du four, il se présente,'"é'n raison de la faible quantité de ce gaz, des conditions beaucoup plus favorables. Ces conditions permettent toute une série d'amélio-30 ration. C'est un avantage particulier que de pouvoir accélérer une quantité de gaz restant d'une pression plus élevée. Le procédé suivant l'invention pour l'équilibrage des pressions tire profit de la connaissance acquise conformément à laquelle après le remplissage de la chambre 35 de sas avec du gaz de haut fourneau épuré provenant du .réseau de conduite en aval de l'épuration sous pression} mais en amont de l'organe de commande de la pression du fourneau la différence de pression par rapport à la pression du fourneau a une valeur maximale de 2000 mm de colonne d'eau et la plupart du temps seulement de 40 500 à 1000 mm de colonne d'eau. La fraction de volume de gaz qui 71 11965 5 2085848 10 15 20 est nécessaire pour que soit obtenue dans la chambre de sas une pression égale à celle qui règne dans l'enceinte du four n'est alors que de quelques mètres cubes, ainsi que l'on pourra s'en rendre compte, à l'aide du calcul présentée ci-dessous. Volume de la chambre de sas, déduction faite du volume des matières de chargement. V = 20 m Température du gaz t = 50°C Pression de service - o =3,0 K/cm2 abs Différence de pression 4 P = 1000 mm de colon ne d'eau Pression atmosphérique = 1,0 K/Cm2 abs Volume différentiel pour atteindre la 7 pression à la tête du fourneau A^o (Nnr ) a) Quant-ité de gaz jusqu'à ce que soit attvJite la pression p = 2,9 K/oma al» V — 20 3 1 ~ "323—' ITïï * 49'05 ïïm b) Quantité de gaz jusqu'à ce que soit atteinte la pression p = 5»° K/Cm2 ab8 vo? = 20. = 50,70 Nm3 2 52T" 17ÏÏ V0 = V02 - V01 = lx65_Nm^ le calcul part d'une pression dans 25 l'enceinte du four de ZK/Qm2 eff. Il est par conséquent seulement nécessaire dans le second stade de pression de procéder à un remplissage de 1,65 Nnr5 avec une pression de 2K/ 2 eff. Pratiquement, cm le remplissage ne représente qu'une impulsion à déclencher temporairement, la quantité de gaz étant limitée automatiquement. 30 II est en outre avantageux de préle ver, en tant que gaz de haut fourneau du second de pression, du gaz brut provenant de l'enceinte du fourneau et qui a été emmagasiné avant l'addition, et qui est ainsi calmé» Gela évite l'inconvénient qui provient de l'action, résultant de l'usure, des différentes 35 particules, de poussière et cela simplement par séparation de ces dernières. La séparation s'effectue alors que le gaz est à l'état de repos. Cette particularité de l'invention est tout à fait précieuse. En effet, quand les particules de poussière participent à l'accélération élevée, elles forment lors des vitesses d'écoulement qui 40 sont au début très élevées (bien supérieures à 100 m/s) des corps 71 11965 6 2085848 frottants dangereux, la grande énergie cinétique des particules de poussière dont le diamètre de grain peut atteindre jusqu'à 10 mm produit en particulier de grandes actions d'abrasion aux coudes des tuyaux et aux résistances rencontrées, telles que celles9 par exem-5 pie qui sont offertes par les soupapes. Certaines poussières, telles que le poussier de cokes, se distinguent en outre par une grande dureté. Une séparation simple obtenue par calmage de l'écoulement se trouve ën outre aidée si l'on procède 10 à un emmagasinage de gaz brut dont la quantité soit de plusieurs fois supérieure à celle qui est nécessaire pour -une opération d'équilibrage des pressions. La séparation entre les particules de poussière^jr le gaz brut peut être favorisée en outre, d'une ma-15 nière supplémentaire» si, dans le second stade de pression, on maintient dans l'espace d'emmagasinage une vitesse d'écoulement plus faible. L'invention s'étend à une installation pour l'exécution du procédé caractérisée par une enceinte pour 20 l'emmagasinage du gaz de haut fourneau brut qui est raccordée à l'enceinte du fourneau et à partir de laquelle une conduite pouvant être fermée se dirige vers la chambre de sas de la fermeture du gueulard cette conduite pouvant être alimentée en outre en gaz épuré au moyen d'un épurâteur de gaz de haut fourneau. 25 L'enceinte d'emmagasinage a pour fonction propre d'emmagasiner du gaz brut, mais elle sert en outre d'accumulateur d'énergie. Le dernier reste de la quantité prévu de gaz de sas peut être poussé, accéléré, dans la chambre de sas. Le remplissage de la chambre de sas peut être facilité à l'aide d'une 30 onde de pression. Pour augmenter la s écurité de fonctionnement, on se sert en outre de deux conduites d'alimentation montées en parallèle, venant respectivement de l8épurâteur et de 1'accumulateur de gaz brut. Chacune de ces conduites est munie d'un 35 organe d'arrêt avant son entrée dans la chambre de sas. S'il se produit des défauts, on peut passer d'une soupape d'entrée à l'autre. Le montage en parallèle permet toutefois aussi de commander la succession des ondes de pression du gaz épuré et du gaz brut grossièrement dépoussiéré. 40 Suivant une autre caractéristique 71 11965 7 2085848 de 1®invention„ le rejet de la poussière est produit par un accumulateur de gaz brut qui est muni de récipients de captation pour la poussière contenue dans le gaz. Il est recommandés soit d'arrêter la poussière à l'aide des récipients^ soit de la ramener seule-5 ment dans un tuyau ascendant servant au passage du gaz brut. Il est possible aussi de ramener dans la tête du fourneau la poussière, prise à un autre endroit et d'utiliser à cet effet un tuyau séparé. 1°invention prévoit en outre des diamètres, fortement différents pour la conduite de gaz épuré et pour 10 la conduite de gaz brut de l'accumulateur., la conduite de gaz épuré ayant la section droite la plus grande» le gaz brut s'écoule par suite avec une vitesse fortement abaissée» Les particules de poussière tombent ainsi plus facilement du gaz bruto La description qui va suivre et les 15 dessins annexés se rapportent à un exemple de réalisation de l'invention, dessins dans lesquels ; = la figure 1 montre une vue en élévation verticale de l'installation appliquée à une fermeture de gueulard de haut fourneau dont la chambre de sas est munie de cla-20 pets. ~ la figure 2 montre une vue en élévation verticale de l'installation appliquée à une fermeture de gueulard à cloches. - la figure 3 est un diagramme pour 25 le volume de gaz AV© (Nm3) le volume de remplissage de la chambre de sas étant constant, en fonction de différences de pression différentes par rapport à la pression du gueulard du haut fourneau. - la figure 4 est un diagramme pour le volume de gazAV» (Nm3), la différence de pression p (lîm de co- 30 lonne d'eau) en fonction du volume de remplissage de la chambre de sas V (Nm3). Conformément à la figure 1, la chambre de sas 1 et l'enceinte 2 d°un haut fourneau sont disposées l'une au-dessus de l'autre afin que l'amenée de la matière de la 35 charge s'effectue depuis l'atmosphère libre jusque dans l'enceinte du four 2 d'une manière ne provoquant pas de perte de la pression du gaz. La matière arrive dans la chambre de sas 1 en passant à travers une ouverture qui est représentée fermée par le clapet d'étanchéité 3. Dans la chambre de sas, elle est retenue sur les 40 clapets 4 et 5, jusqu'à ce qu'elle soit vidée à travers une ouver- 71 11965 e 2085848 ture qui est représentée fermée par le clapet d1étanchéité 6. La répartition de la matière s'effectue sur la cloche de distribution 7 qui est disposée dans la tête du four. Il peut être prévu aussi d'autres orifices de répartition. 5 Le gaz de haut-fourneau qui prend naissance dans l'enceinte 2 du fourneau est évacuée à travers les tuyaux d'écoulement 8, 9, 10 et 11. Les tuyaux d'écoulement 8, 9, 10 et 11 disposés sur le pourtour de la tête du four aboutissent à des soupapes à explosion 14. Un autre tuyau d'écoulement 12, muni 10 pareillement d'une soupape de sûreté 13, sert à l'échappement des gaz lors de l'arrêt du haut fourneau ou de sa mise en marche. Le gaz brut arrive, en passant à travers le tuyau 15 d'écoulement des gaz, dans les épurâteurs 16. Le gaz de haut fourneau épuré s'écoule à travers la paroi d'étranglement 17 vers les appareils utilisateurs 15 du gaz épuré. A partir de la chambre de sas, le gaz de sas peut être évacué à travers la conduite de sortie 19 et la soupape 20, quand il faut ouvrir le clapet d'étanchéité. 3 pour permettre l'admission de la matière de la charge. Le gaz épuré qui ne s'est pas encore détendu peut être réglé devant la paroi d'étranglement 17," 20 dans la conduite 18 au moyen de l'organe de fermeture 21. Une impulsion pilote prend naissance seulement lorsqu'en vue de l'équilibrage de la pression entre la chambre de sas 1 et l'enceinte 2 du four, la différence entre la pression doit être compensée. Le gaz brut qui s'écoule à travers 25 les tuyaux d'écoulement 8, 9, 10, 11"et 15 pour arriver dans l'épu-rateur 16, subit une chute de pression qui dépend de la nature particulière de ce dernier. Le gaz brut se trouve par conséquent à disposition avec une pression plus faible à l'organe de fermeture 21, A cet effet, l'invention prévoit l'enceinte 22 formant magasin 30 qui est alimentée en gaz brut par l'intermédiaire de la conduite 23. Le gaz brut ne peut pas traverser le magasin-22, car il est arrêté par l'organe de fermeture 24. Pendant la période d'arrêt, les particules de poussière tombent de la masse de gaz brut sur les tôles labyrinthes 25 ou sur des moyens de captation analogues 35 munis de saillies 26. Quand la conduite 23 prend une direction oblique, la poussière tombe dans les tuyaux 9 d'écoulement du gaz et revient dans l'enceinte 2 du fourneau. S'il devient nécessaire de procéder à un équilibrage des pressions, on ouvre l'organe de fermeture 21 40 pour le gaz épuré qui, le clapet de retenue 27 étant ouvert, remplit 71 11965 9 2085848 la chambre de sas 1. Dès que l'onde de pression de gaz épuré commence à diminuer, l'organe de fermeture 24 s'ouvre et le gaz brut dépoussiéré pénètre dans la conduite 28. Avant que du gaz brut non épuré ne s'écoule, l'organe de fermeture 21 se ferme de nouveau afin 5 que soit évité tout danger de sorte qu'il se déroule toujours un cycle après l'ordre de l'impulsion de l'appareil de commande 29 mesurant les différences de pression. La soupape 30 prévue sur la conduite branchée 31 sert à la désaération du réseau de conduites aux arrêts. 10 La répartition des quantités de gaz n'a pas besoin d'être effectuée au moyen d'une conduite commune 28. Mais il est avantageux de monter en parallèle la conduite 18 de gaz épuré et la conduite 32 de gaz brut. Les conduites 18 et 32 peuvent être 15 de diamètres différents. La conduite 32 de gaz brut peut avoir un diamètre beaucoup plus grand, correspondant à une section droite 33. La fixation des diamètres s'effectue suivant la vitesse d'écoulement et conformément aux pressions souhaitées. Conformément à la figure 2, la fer-20 meture de gueulard se compose des trois cloches de gueulard 34, 35 et 36. En même temps que les cuvettes de gueulard 37 et 38, il est formé dans chaque cas une chambre de sas 1. La conduite 18 de gaz épuré et la conduite 32 de gaz brut conduisent le gaz séparément dans la chambre de sas. L'opération d'équilibrage des pressions est 25 par ailleurs la même que celle qui a été précédemment décrite. Sur les figures 3 et 4, on péut faire la lecture de valeurs pour le volume de gaz restant du second stade de pression, et cela pour des pressions différentes du gaz épuré. On obtient des différences de pression différentes suivant 30 que l'on se sert d*épurâteurs différents. On trouvera sur la figure 4, le volume de gaz restant résultant, aux différentes pressions, de la grandeur de la fermeture de gueulard. Bien entendu, l'invention n'est pas limitée aux exemples de réalisation ci-dessus décrits et représen-35 tés, à partir desquels on pourra prévoir d'autres modes et d'autres formes de réalisation sans pour cela sortir du cadre de l'invention. 71 11965 iû 2085848 REVERDI C A I-1 O N 3 - 1°) Procédé pour l'équilibrage des pressions de gaz de chambres de sas et d'enceinte de four de fours à cuve tels que des hauts fourneaux, dans lequel le gaz brut prove-5 nant de l'enceinte du four est tout d'abord épuré puis amené dans la chambre de sas, procédé caractérisé en ce que la chambre de sas, dans un premier stade de pression est rempli avec du gaz de haut fourneau épuré provenant directement de l'épurateur, et, dans un second stade de pression, est ajoutée une quantité de gaz de haut 10 fourneau ayant un volume relativement faible, mais à la pression de l'enceinte du fourneau, en vue d'un équilibrage complet des pressions entre la chambre de sas et l'enceinte du four. 2°) Procédé suivant la revendication 1, caractérisé en ce. qu'est prélevé, en tant que gaz de haut four-15 neau pour le second stade de pression, du gaz brut provenant de l'enceinte du fourneau, qui est emmagasiné avant d'être ajouté et est calmé pendant cet emmagasinage. 3°) Procédé suivant l'une quelconque des revendications 1 et 2, caractérisé en ce qu'il est emmaga-20 siné une quantité qui est de plusieurs fois supérieure à celle qui est nécessaire pour une opération d'équilibrage des pressions. 4°) Procédé suivant l'une quelconque des revendications 1 à 3, caractérisé en ce qu'est maintenue dans l'accumulateur, pendant le second stade de pression, une vites-25 se d'écoulement plus faible. 5°) Installation pour l'exécution du procédé suivant l'une quelconque des revendications 1 à 4, caractérisé en ce qu'elle comporte une enceinte d'accumulateur, raccordée à l'enceinte du fourneau, pour le gaz de haut fourneau brut, et à 30 partir de laquelle une conduite, pouvant être fermée se dirige vers la chambre de sas de la fermeture de gueulard, cette conduite pouvant être alimentée en outre en gaz épuré au moyen d'un épurâteur de gaz de haut fourneau. 6°) Installation suivant la reven-35 dication 5, caractérisée par deux conduites d'alimentation montées en parallèle et venant respectivement de l'épurateur et de l'accumulateur de gaz brut, ces deux conduites étant munies d'organes de fermeture qui sont disposés en amont du clapet de retour dans la chambre de sas. 40 7°) Installation suivant l'une quel 71 11965 11 2085848 conque des revendications 5 et 6, caractérisée par un accumulateur de gaz brut qui est muni de moyen de captation pour la poussière contenue dans le gaz. 8°) Installation suivant l'une quelconque des revendications 5 à 7S caractérisée par des diamètres fortement différents des conduites respectives pour le gaz épuré et pour le gaz brut , la conduite pour le gaz brut présentant la section droite la plus grande.