Brevet FR2070732A1 — publié le 19710917

La présente invention concerne un procédé pour la conduite d'un cubilot avec au moins deux rangées de tuyères pour 1Tamenée de l'air avec souffleries et dispositifs de mesure des quantités d'air séparés, et consiste en ce que des cokes de petite granula-5 tion, de préférence du coke concassé de calibre 60 à 80 mm, y sont employés, cependant que les rangées de tuyères sont disposées avec un écartement l'une de l'autre qui correspond à peu près à la largeur utile du cubilot, et que d'autre part le rapport des quantités d'air d'une rangée de tuyères à celle de la rangée de tuyères 10 qui lui est superposée est d'environ l/o,2 à 1/0,5» Dans une autre réalisation avantageuse du procédé, le rapport des quantités d'air d'une rangée de tuyères à celle de la rangée de tuyères qui lui est superposée est de 1/0,3. Même dans le cas d'un chauffage supplémentaire au moyen de com-15 bustibles gazeux, liquides ou solides, il y aura avantage à prévoir, au-dessus du chauffage supplémentaire, une arrière-combustion. Il est dans bien des cas avantageux de ne prévoir qu'une soufflerie, mais avec une amenée d'air aux rangées de tuyères indépen-20 damment l'une de l'autre et réglable, parce que dans ce cas les systèmes des différentes rangées de tuyères ne s'influencent pas mutuellement. On connaît un procédé pour la fusion ininterrompue du fer (brevet allemand 688.094) dans lequel il est prévu deux rangées de 25 tuyères et où on ne produit sciemment que du GO dans le plan des tuyères supérieures. Il faut donc que dans le plan des tuyères supérieures ce C0 soit repris et brûlé, cependant qu'en même temps du coke, donc du carbone, doit encore être brûlé. La production de chaleur principale a donc lieu ici dans le plan des tuyères 30 supérieures, ce qui présente l'inconvénient connu que la matière en fusion se refroidit à nouveau au-dessous de ce plan. Le fait qu'on peut régler l'amenée d'air aux deux plans de tuyères indépendamment l'un de l'autre ne change rien à ces inconvénients. Il est également connu, d'après le texte du brevet allemand 35 1.064.201, de prévoir deux rangées de tuyères au-dessus de l'espace du laitier et d'élargir l'espace du four avec des passages coniques. Là aussi il est proposé de raccorder les tuyères de chaque plan à des canalisations d'air indépendantes. Par le fait qu» on affine par la rangée de tuyères inférieure, on obtient un fer 40 faiblement carboné, ce qui constitue aussi la solution du problème 70 43655 2 2070732 posé ici. H faut enfin'observer que par la proposition de prévoir au-dessus des tuyères un plus grand diamètre du four, le temps de passage aussi est augmenté ce qui a pour conséquence que la matière additionnelle obtient un meilleur réchauffage. De cette fa-5 çon on peut opérer avec des quantités de coke moindres, ce qui favorise dans une certaine mesure une plus faible teneur en carbone • La présente invention s'est donné pour tâche de favoriser le processus de combustion par l'emploi de coke en petits morceaux, 10 cependant que la réaction Boudouard endothermique est compensée aussi largement que possible, et cela par une arrière-combustion dirigée des gaz CO à l'aide d'air secondaire. La solution de ce problème est obtenue selon l'invention par le fait qu'on amène cet air secondaire au-dessus des tuyères pour 15 la combustion du cokep qu'on emploie du coke de petite granulation et que les rangées de tuyères sont prévues dans un écart e'ment l'une de l'autre qui correspond à peu près à la largeur intérieure du four; on a dans ce cas avantage aussi à régler de façon appropriée le rapport des quantités d'air d'une rangée de tuyères à' 20 celles de la rangée de tuyères qui lui est superposée. Le procédé selon 1'invention offre cet avantage surprenant que, avec une température de combustion maxima plus élevée, la chute de température considérable des gaz du four, qui "se produit par la réaction Boudouard, est compensée par une arrière-combustion, en 25 conséquence de quoi se produisent aussi des effets positifs sur la température du fer. Comme l'intensité de cette réaction Boudouard dépend fortement de la grandeur de la surface spécifique du coke -plus grande est en effet cette surface, plus rapidement se fait la réaction - les fonderies demandent toujours pour leurs cubilots 30 du coke en gros morceaux, bien que justement ce coke en gros morceaux ne convienne pas pour la zone de combustion à cause de la décentralisation du processus de combustion, et pa.r suite de la basse température maxima des gaz du four; dans ces cas, c'est au contraire du coke en petits morceaux qui serait avantageux. 35 Si l'on procède conformément à la méthode de l'invention, on peut alors employer, pour l'arrière-combustion dirigée utilisée des gaz C0, employer du coke avec les propriétés désirables de la zone de combustion, c'est-à-dire du coke en petits morceaux, et compenser à nouveau par une arrière-combustion, la réduction plus 40 forte, ainsi provoquée, de G0 , de sorte qu'à température de fer # 70 43655 3 2070732 égale on pourra travailler avec des taux de coke plus faibles. Si l'on travaille avec des combustibles liquides ou gazéiformes contenant des hydrocarbures comme chauffe supplémentaire dans des cubilots, les effets nuisibles de tels phénomènes de réduction 5 apparaissent encore plus fortement au premier plan, parce que les 2 2 produits de combustion CO et HO sont réduits dans une plus forte proportion par le coke en ignition, ce qui finalement aboutit à ce que la température du fer baisse de façon indésirable. Il se présente ici, quand on travaille suivant le procédé de l'invention, 10 des avantages considérables, parce que cette baisse de température est évitée. Le fer liquide s'écoulant du cubilot présente des températures qui, dans des conditions d'autre part comparables, dépendent essentiellement de la quantité de chaleur disponible dans le four 15 et de la quantité de fer fondue par unité de temps. Plus grand est le quotient de ces deux grandeurs, plus on a des températures de fer élevées. Si dans un tel four il se développe des phénomènes de réduction endothermique, la quantité de chaleur diminue, tandis que par contre la quantité de fer fondu dans l'unité de temps aug-20 mente. Si l'on désigne la quantité de chaleur par Q, et la quantité de fer fondu par unité de temps par S, il se produit dans un tel cas que Q/S devient plus petit et par suite aussi la température du fer plus basse. Suivant la méthode de l'invention on procède de telle façon 25 que la chute de la température des gaz du four, qui se produit par la réaction Boudouard, est compensée par une arrière-combustion, de sorte qu'on obtient ainsi des effets positifs sur la température du fer, car par une arrière-combustiçn on peut compenser à nouveau l'action défavorable du coke en petits morceaux dans la . 30 zone de réduction. Par l'arrière-combustion, la quantité de chaleur Q est augmentée, ce qui fait que le quotient Q/S est également augment é. Or on a constaté qu'on peut obtenir, à l'aide d'une arrière-combustion, le même effet, c'est-à-dire l'augmentation du quotient 35 Q/S, si, suivant une autre proposition de la présente invention, on utilise comme combustible des briquettes de coke ou encore en ayant recours à d'autres combustibles solides à reactivité plus élevée envers GO2 et H20, et dont l'emploi dans le cubilot sans arrière—combustion n'est actuellement possible ni économiquement, 40 ni techniquemento' 70 43655 4 2070732 Par cette arrière-combustion dirigée on peut, aussi bien avec emploi de briquettes de coke qu'en utilisant d'autres combustibles solides, comme par exemple diverses sortes de coke de fonderie qui sont estimées être faiblement réactives, obtenir un résultat re-5 marquable par l'arrière-combustion, parce que dans le cas de ces combustibles aussi il se produit dans le cubilot, au-dessus de la zone de combustion, des quantités encore notables d'oxyde de carbone . On peut donc, dans ces cas aussi, par l'apport dosé d'air secon-10 daire, rendre utilisables comme source de chaleur supplémentaire* les gaz d'oxyde de carbone produits dans le cubilot par suite de la réaction Boudouard, ce qui permet d'atteindre des températures de fer comprise entre 1480° et 1520°C, ce qui aboutit à une amélioration considérable du degré d'efficacité de la combustion 15 dans le cubilot. On sait que dans le cubilot le combustible, qu'il s'agisse de coke, de briquettes de coke ou d'autres combustibles solides en 2 brûlant avec l'oxygène de l'air donne du CO , mais évidemment, quand le contenu en oxygène de l'air est épuisé il s'amorce une 20 réduction, qui absorbe de la chaleur, du C0 avec le carbone en CO. Ce CO s'échappe inutilisé dans l'atmosphère dans le cas des fours alimentés en air froid, mais aussi dans le cas des fours alimentés en air chaud chauffé indépendamment. Par l'amenée dosée d'air secondaire au-dessus du plan de combustion primaire du cubilot, une ^ 2 25 partie au moins du CO est repris et brûlé en CO , par quoi des gains de chaleur importants peuvent être obtenus. Dans la pratique on a constaté que, par exemple dans un cubilot alimenté en air froid, de 800 mm de diamètre intérieur, on pouvait atteindre avec seulement 9 % de coke de résidu (Satzkoks) des températures de fer 30 de 1480° à 1520°C, et le fer était entièrement blanc (étincelant). Ici se présente une nouvelle proposition de l'invention. Il est dans bien des cas avantageux de procéder selon l'invention de façon que pour obtenir la quantité d'air optima pour l'arrière-combustion, cette amenée d'air soit augmentée jusqu'à ce que la te-35 neur en C0 du gaz du gueulard ait atteint une valeur très basse et constante. On a atteint la quantité optima d'air pour l'arrière-ccmbustion quand le feu supérieur diminue et disparaît entièrement. On peut de cette façon constater visuellement aussi que. la quantité d'air optima pour l'arrière-combustion est atteinte^ parce 40 qu'alors la teneur en C0 du gaz de gueulard ne peut plus être 70 43655 5 2070732 abaissée, même avec une nouvelle amenée d'air derrière-combustion. On peut aussi, pour se créer d'autres certitudes, observer le rendement de fusion du four, car celui-ci ne doit subir, à taux de 5 coke égal, aucun changement par l'arrière-combustion. S'il se produit une augmentation du rendement de fusion, cela est aussi une t indication que la quantité d'air pour l'arrière-combustion est trop forte. Dans un tel cas en effet, outre les gaz réduits, du coke serait aussi brûlé en excédent, de sorte que le quotient Q/S 10 ne pourrait plus être influencé dans le sens favorable. Il y aurait alors le risque que, après réglage optimum de la quantité d'air sur le côté primaire, la température du fer s'abaisse à nouveau à cause d'un séjour trop bref du fer dans le four. Suivant d'autres côtés avantageux du procédé il est prévu qu'une 15 modification de la teneur en GO du gaz de gueulard rèle automatiquement, par l'intermédiaire de dispositifs de mesure et de réglage appropriés, l'amenée de la quantité d'air pour l'arrière-combustion. IL est en outre prévu que toute modification de l'air primaire amené modifie automatiquement, par l'intermédiaire de disposi— 20 tifs de réglage appropriés, la quantité d'air pour l'arrière-combustion, ce qui fait que le rapport de quantité entre les deux demeure constant. Il faut observer d'autre part que 1'arrière-combustion ne devient, de la façon attendue, efficace sur la température du fer 25 que si la quantité de chaleur produite a aussi l'occasion de passer le plus largement possible à la matière de charge. Un autre côté du procédé selon l'invention prévoit que, au-dessus de l'amenée de l'air pour l'arrière-combustion, on charge le four sur une épaisseur allant de préférence de 3»5 fois à 5 fois le diamètre 30 intérieur du four. Pour rendre possible une arrière-combustion optima* il est avantageux de procéder de façon que le four ne soit conduit qu'avec la rangée de tuyères inférieure, en déterminant alors le profil de la combustion, après quoi les tuyères pour l'arrière-com-35 bustion seront mises en action à une distance allant de 200 mm à 500 mm au-dessus de la zone du plus grand foyers cependant que dans les fours dont la cuve va en s'évasant vers le gueulard, les tuyères pour 1'arrière—combustion sont placées dans la partie étroite de la cuve. 40 Suivant une autre proposition de l'invention, les tuyères sont 70 43655 6 2070732 utilisées dans un nombre tel qu'elles sont disposées à des écar-tements de 40 cm à 50 cm dans le revêtement intérieur du four. Pour tirer avec succès parti des propositions de 1* invention, il convient également de donner aux tuyères une forme plate et large, de préférence dans le rapport hauteur/largeur de l/2,5 ou plus petit, cependant que l'ouverture globale de toutes les tuyères pour l'arrière-combustion,, avec marche à l'air froid, est inférieure à 50 °/o de la section transversale des tuyères inférieures® Suivant l'invention on peut former les tuyères pour l'air de 1'arrière-combustion de façon que la somme des sections transversales de toutes ces tuyères se comporte par rapport à la section transversale intérieure du four comme 1 à 6 jusqu'à 1 à 8. Dans le cas de marche à l'air chaud sur le côté primaire, la section transversale maxima des ouvertures des tuyères pour l'arrière-combustion se calcule d'après la formule : 50 . -— 29^ Tx + 273 T-^ étant la température en degrés Celsius de l'air chaud, et la 20 valeur calculée donne des pourcentages de la section transversale des tuyères inférieurese D'après une autre proposition de l'invention, les tuyères pour l'air de l'arrière-combustion sont montées de façon que par rapport à l'horizontale elles sont inclinées d'environ 5° vers le bas. 25 La soufflerie supplémentaire employée pour le déplacement de l'air d'arrière-combustion doit, suivant une autre proposition de l'invention, fournir une hauteur de refoulement d'au moins 200 mm à 300 mm au-dessus de la pression du four dans la zone d'arrière-combustion, en plus d'une quantité qui couvre les pertes de la ca-30 nalisation, la quantité de refoulement maxima étant d'environ 50 % de la quantité d'air maxima utilisée sur le côté primaire. Pour protéger un tel four contre les incidents indésirables, il est indiqué de relier électriquement les deux souffleries et les verrouiller l'une avec l'autre, de façon qu'en cas de défail-35 lance d'une soufflerie, la deuxième soufflerie se mette d'elle-même hors service. Si au lieu de soufflerie on emploie des ventilateurs, des clapets à abattant magnétiques devront encore être accouplés au verrouillage d'arrêt afin que, dans le cas de défaillance d'une soufflerie les tubulures d'aspiration des ventila-40 teurs se ferment. Il est d'ailleurs recommandable de prévoir à 10 70 43655 7 2070732 dans les deux canalisations des clapets dits dfexplosion. Quand le four est mis à l'arrêt,, on devra ouvrir les clapets des tuyères sur le coté, primaire aussi bien que sur le côté secondaire, pour produire dans le four même un courant d'air suffisant. 70 43655 8 2070732 REVENU CATIONS 1 - Procédé pour la conduite d'un cubilot avec au moins deux rangées de tuyères pour l'amenée de l'air, avec souffleries sépa-• rées et dispositifs de mesure des quantités d'air, caractérisé par 5 le fait qu'il y est employé des cokes de petite granulation, de préférence du coke concassé d'une grosseur de morceaux de 60 mm à 80 mm, cependant que les rangées de tuyères sont placées à une distance l'une de l'autre qui correspond à peu près au diamètre intérieur du four, et que d'autre part le rapport des quantités 10 d'air d'une rangée de tuyères à celles de la rangée de tuyères qui lui est superposée est d'environ l/0,2 à 1/0,5» 2 - Procédé suivant la revendication 1, caractérisé par le fait que le rapport des quantités d'air d'une rangée de tuyères à celles de la rangée de tuyères qui lui est superposée est de l/0,3. 15 3 - Procédé suivant les revendications 1 et 2, caractérisé par le fait que le cubilot est conduit avec un chauffage supplémentaire à l'aide de combustibles gazeux, liquides ou solides. 4 - Procédé suivant les revendications 1 à 3» caractérisé par le fait que dans le cas d'une seule soufflerie les rangées de 20 tuyères peuvent être alimentées indépendamment l'une de l'autre et de façon réglable. 5 - Procédé suivant les revendications 1 à 4, caractérisé par le fait que comme combustible il est fait emploi de coke de fonderie . 25 6 - Procédé suivant les revendications 1 à 4, caractérisé par le fait que des combustibles propres à l'usage dans la métallurgie et autres que le coke, comme par exemple les briquettes de coke, sont utilisés. 7 - Procédé suivant les revendications 1 à 4> caractérisé par 30 le fait que des combustibles paraissant actuellement impropres à l'usage dans la métallurgie et ayant une réactivité accrue envers 2 2 CO et H 0 sont utilisés. 8 - Procédé suivant les revendications 1 à 7, caractérisé par le fait que pour atteindre la quantité d'air optima pour'l'arriè- 35 re-cômbustion, cette amenée d'air est augmentée jusqu8à ce que la teneur en G0 du gaz de gueulard ait atteint une valeur très basse et constante. 9 - Procédé suivant les revendications 1 à 8, caractérisé par le fait que toute modification de la quantité de l'air primaire 40 amené modifie automatiquement, par l'intermédiaire de dispositifs 70 43655 9 2070732 de réglage appropriés, la quantité dTair pour 1? arrière—combustion, le rapport des quantités entre les deux restant constant (Réglage approximatif). 10 - Procédé suivant les revendications 1 à 9, caractérisé par 5 le fait que la modification de la teneur en CO du gaz de gueulard règle automatiquement, par l'intermédiaire de dispositifs de me- I sure et de réglage appropriés, l'amenée de la quantité d'air pour l'arrière-combustion (Réglage précis). 11 - Procédé suivant les revendications 1 à 10, caractérisé par 10 le fait' qu'au-dessus de l'amenée de l'air pour l'arrière-combustion on charge le four jusqu'à une hauteur correspondant de préférence à 3,5 fois à 5 fois le diamètre intérieur du four. 12 - Procédé suivant les revendications 1 à 11, caractérisé par le fait que lé four n'est conduit qu'avec la rangée de tuyères 15 inférieure, cependant.que le profil de la combustion est déterminé sur quoi les tuyères pour l'arrière-combustion sont mises en action à une hauteur entre 200 mm et 500 mm au-dessus de la zone du plus grand foyer. 13 - Procédé suivant la revendication 12, caractérisé par le 20 fait que dans le cas de fours dont la cuve va en s'évasant vers le gueulard, les tuyères pour l'arrière-combustion sont.placées dans la partie étroite de la cuve. 14 - Procédé suivant le^ revendications 1 à 13, caractérisé par le fait que les tuyères sont employées en un nombre tel qu'elles 25 sont disposées à des intervalles de 40 cm à 60 cm dans le revêtement intérieur du four. 15 - Dispositif pour l'application du procédé suivant les revendications 1 à 14, caractérisé par le fait que l'ouverture globale de toutes les tuyères pour l'arrière-combustion est, dans 30 le cas de marche à l'air froid, inférieure à 50 fo de la section transversale des tuyères inférieures, et dans le cas de marche à . l'air chaud sur le côté primaire pour la section transversale globale des tuyères d'arrière-combustion, c'est qui est applicable. 16 - Dispositif suivant la•revendication 15, caractérisé par le fait que la somme des sections transversales de toutes les tuyères 40 pour l'arrière-cômbustion est, vis-à-vis de la section transver- 35 F - 50 . ^ Tx + 273 70 43655 10 2070732 sale intérieure du four, dans le rapport 1/6 ou est plus petite. 17 - Dispositif suivant les revendications 15 et 16, caractérisé par le fait que les tuyères pour lTair d'arrière-combustion sont, relativement à l'horizontale, inclinêês d'environ 5° vers le 5 bas. 18 - Dispositif suivant les revendications 15 à 1Q, caractérisé par le fait que la soufflerie pour le déplacement de l'air d'arrière-combustion donne une hauteur de refoulement d'au moins 200 mm à 300 mm au-dessus de la pression du four dans la zone 10 d'arrière-combustion, cependant que la quantité déplacée maxima est d'environ 50 % de la quantité d'air maxima utilisée sur le côté primaire.