Brevet FR2099601A1 — publié le 19720317

La présente invention concerne le fonctionnement des hauts fourneaux. Pour le fonctionnement classique d'un haut fourneau, avec ou sans alimentation en combustible auxiliaire à travers 5 les tuyères à vent, l'importance de la réduction indirecte est limitée par le fait que le bilan des matières est étroitement lié au bilan énergétique. la présente invention a pour objet un procédé permettant une augmentation de la réduction indirecte en comman- 10 dant séparément la partie supérieure et la partie inférieure du haut fourneau. le procédé selon l'invention comporte le soufflage dsns le haut fourneau d'un milieu de réduction auxiliaire gazeux sensiblement au niveau des tuyères à vent et substantiellement 15 au-dessus ae la zone dans laquelle la charge fond, et aussi le soufflage d'air à travers les tuyères à vent, le procédé comportant : a) l'alimentation de buses voisines pour le 6az réducteur et de buses à vent voisines pour le vent (air) respec- 20 tivement avec des quantités différentes de gaz et d'air de vent; b) la modification périodique de l'alimentation à travers chaque buse à gaz réducteur et à travers chaque buse à vent entre une quantité maximale et une quantité minimale ; c) l'alimentation de buses superposées pour le gaz 25 réducteur et le vent de façon que les cycles de soufflage soient inverses, c'est-à-dire que le soufflage par-une buse à gaz atteigne la valeur maximale quand le soufflage par une buse à vent est à la valeur minimale, et réciproquement ; d) la corrélation des quantités relatives de gaz 30 réducteur et de vent envoyées dans le haut fourneau à travers les buses individuelles pour que la quantité totale de -gaz réducteur introduit dans le haut fourneau et la quantité de vent restent sensiblement égales et correspondent à un débit optimal de gaz à travers la cneminée d'échappement. 3 5 Suivant un mode de mise en oeuvre de l'invention, un gaz réducteur auxiliaire à une température approximativement de ftAD ORIGff 71 27051 2 2099601 1000°G est envoyé dans le haut fourneau à une distance de l'ordre de quatre à cinq mètres au-dessus du niveau des tuyères. Ce gaz se mélange avec le CO + ^ venant de la partie inférieure et réduit le minerai de fer dans la plage des températures comprise entre 1000°G et 800°C, l'importance de la réduction indirecte augmentant approximativement proportionnellement à la quantité de gaz d'échappement (moins les gaz inertes). l'oxygène résiduel provenant du minerai de fer et de l'oxygène des éléments étrangers peut être réduit dans le ventre du haut fourneau, cette réduction ayant lieu par un processus appelé réduction directe. De plus, la fusion nécessaire de la charge a lieu dans cette zone. La consommation de coke est réduite par les facteurs suivants : a) réduction directe inférieure à 10Q/o ce qui économise à la fois le coke de réduction et le coke combustible ; b) une quantité plus faible de coke par tonne de gueuses conduit à une quantité plus faible de laitier ; c) les pertes de chaleur sont réduites. Une valeur idéale de consommation est de 150 kg de coke par tonne métrique de gueuses. Une valeur optimale réelle de 200 kg par tonne métrique de gueuses semble pouvoir être atteinte. La quantité totale en milieux gazeux (vent + gaz rédacteur) envoyée dans un haut fourneau est constante dans le temps. Cependant, l'envoi des milieux aux tuyères individuelles varie périodiquement entre un minimum et un maximum (réduction de la section transversale), les cycles de deux tuyères diamétralement opposées étant déphasés de TT~ • De plus, l'envoi des milieux est réglé pour que le cycle de chaque tuyère soit déphasé par rapport au cycle de la tuyère voisine d'une valeur de ±7T/z (z étant le nombre de tuyères pour le vent et pour le gaz). Ce procédé de commande conduit à une zone d'alimentation maximale, cette zone tournant autour de l'axe vertical du haut fourneau. BAD ORIGINAL* 71 27051 3 2099601 L'alimentation en milieux de deux tuyères superposées comporte l'utilisation de cycles ae déphasage a'urxe valeur de I I ae sorte que l'écoulement du gaz au-dessus du niveau a'alimentation en ^az réducteur, reste constant aans le temps à chaque 5 emplacement. Plusieurs tuyères peuvent être aussi rassemblées pour former un groupe fonctionnant suivant un cycle déphasé du cycle au groupe voisin d'une valeur ae étant le nombre de grou- n pes de tuyères). Un cas extrême est la division du nombre total 10 X lw de tuyères en deux groupes dans un distributeur annulaire. La distance entre les niveaux des tuyères pour le gaz réducteur auxiliaire et des tuyères pour le vent aoit être suffisamment importante pour que les gaz de combustion formés devant les tuyères à vent aient cédé leur cnaleur à la cnarge 15 d'une façon aussi complète que possible quand le niveau auquel le gaz réducteur est envoyé aans le haut fourneau est atteint. Le refroidissement des gaz provenant de la partie inférieure du fourneau par mélange avec le gaz réducteur plus froid pour obtenir une température du mélange de 1000°C est désavantageux 20 du point de vue pyrotechnique, parce qu'alors une partie seulement de la quantité de cnaleur destinée a la partie inférieure des étalages est fournie a celle-ci et eue, par suite, le rendement du coke de combustion est considérablement réduit. le gaz passant dans le conduit a1échappement doit être 2 5 tel que d'une part l'échange de cnaleur entre le gaz et la charge soit assuré (plus de 1700 xs? standard par tonne de gueuses) et que, d'autre part, le taux nécessaire de réduction indirecte soit atteint (quantité de C0 + Hg). La fréquence à laquelle a lieu l'alimentation maximale 30 de gaz sur un trajet tournant est déterminée par le point auquel la capacité maximale est atteinte. Isa courbe des températures dans le haut fourneau est caractérisée par une zone étendue de réduction indirecte (T = 800°0 à 1000°G). La courbe des températures dans la partie 35 supérieure des étalages peut être réglée par la quantité de gaz d'échappement, c"est-à-aire que le taux de réduction indirecte ne dépend pas seulement de la quantité de gaz réuucteurs mais BAD ORIGINAL 71 27051 2099601 aussi de la fraction d'azote. De l'air à moins de 1000°C peut; être -utilisé avec du vent enrichi en oxygène dans le cas où la tenpérawre--'du vent est supérieure à 1000°C dans le but de réduire la cnaleur nécessaire dans le haut fourneau. Le gaz réducteur auxiliaire peut être obtenu par oxydation partielle de porteurs de carbone par de l'oxygène pur ou par régénération d'une partie des gaz du naut par les porteurs, de carbone, la régénération étant plus avantageuse parce que le gaz du haut a une valeur thermique supérieure et que la quantité de cnaleur entraînée hors du haut fourneau n'est pas trop importante. Les avantages au present procédé par rapport à celui de la demande de brevet français n° 71 22 326 déposée le 18 juin 1971 par les Demandeurs pour "Haut fourneau.et procédé d'utilisation" sont les suivants : a) le fonctionnement en discontinu du haut fourneau est remplacé par un fonctionnement apparemment en continu parce aue toute l'alimentation en gaz est constante dans le temps et que seule la distribution à travers les tuyères individuelles varie localement ; la capacité étant ainsi augmentée ; b) les récnauffeurs ce vent et les régénérateurs fonctionnent en continu ; c) les inconvénients apparaissant lorsque la quantité maximale de vent est fournie , c'est-à-cire la nécessité simultanée a'une capacité élevée de fusion et de conditions favorables d'écoulement dans la charge fondue, qui est impossible en raisonde la pression statique considérable sur tous les côtes se trouvant devant les tuyères à vent, sont éliminés, parce que xa matière en l'union peut toujours s'écouler sur le cSte d?ns lequel la densité d'alimentation en gaz est minimale ; d) la chaleur circule dans la direction raciale dans le haut fourneau de la zone u1 alimentation maximale vers i, zone d'alimentation minimale. Du fait que, pour la régénération des gaz de la partie supérieure ces gaz sont utilisés complètement par le BAD ORIGINAL 71 27051 5 2099601 traitement lui même, une partie étant utilisée pour la régénération, une seconde partie fournissant la chaleur pour la régénération et la troisième partie fournissant la chaleur pour les réchauffeurs a'air de vent, la consommation totale peut être 5 réduite à environ 3000 x 10 kcal par tonne de gueuses et la moitié seulement de cette quantité doit être fournie par le coke. isien entendu, la description qui précède n'est pas limitatives, et l'invention peut être mise en oeuvre suivant 10 d'autres variantes sans que l'on sorte de son cadre. 71 27051 6 2099601 REVENDICATIONS 1. Procédé de mise en oeuvre d'un haut fourneau compor tant le soufflage dans le haut fourneau d'un milieu gazeux de réduction auxiliaire sensiblement au niveau des tuyères à vent et substantiellement au-dessus de la zone dans laquelle a lieu 5 la fusion ae la charge et le soufflage de vent à travers les tuyères à vent, caractérisé par l'alimentation des buses de soufflage pour le gaz réducteur et des buses de soufflage du vent en quantités différentes de gaz et de vent, respectivement, la variation périodique de l'alimentation en gaz des buses pour 10 le gaz réducteur et des buses pour le vent entre une quantité maximale et une quantité minimale, l'alimentation de buses superposées de soufflage pour le gaz réducteur et le vent de façon que les cycles de soufflage soient inverses, et la corrélation des quantités de gaz réducteur et de vent envoyées dans 15 le haut fourneau à travers les buses individuelles pour que la " quantité totale de gaz réducteur introduit dans le haut fourneau et la quantité totale de vent restent sensiblement égales et correspondent à un débit optimal de gaz à travers le conduit d'échappement du haut fourneau. 20 2_j_ Procédé selon la revendication 1, caractérisé par la combinaison d'un certain nombre de buses à vent voisines pour former un groupe recevant par un conduit annulaire de distribution des quantités sensiblement égales soit de gaz réducteur, soix de vent pour un fonctionnement suivant le même cycle de 25 soufflage. Il Procédé selon l'une des revendications 1 et 2, carac térisé en ce que les conduits annulaires distributeurs pour le gaz réducteur auxiliaire et pour le vent sont divisés en deux de façon qu'une moitié des buses pour le gaz réducteur reçoive la 30 quantité maximale de gaz pendant que l'autre moitié reçoit la quantité minimale de gaz réducteur, une corrélation correspondante étant établie pour les quantités de vent envoyées aux buses à vent, et le réglage des quantités de gaz et de vent dans les groupes individuels de buses étant effectué par réglage de 35 la pression dans les conduits communs d'alimentation associés Il 27051 7 2099601 aux groupes de buses. 4. Procédé selon la revendication 1, caractérisé par l'établissement d'une pression constante d'entrée dans des conduits d'alimentation communs pour le gaz réducteur et le vent, les quantités ae gaz réducteur et de vent envoyées aux buses individuelles étant réglées en faisant varier périodiquement la section transversale de passage du gaz dans une buse individuelle entre une valeur minimale et une valeur maximale en utilisant des éléments de commande. 5. Procédé selon la revendication 4, caractérisé par une mise en oeuvre des éléments de commande qui provoque la rotation de l'envoi dans le haut fourneau des gaz alimentant périodiquement les buses sous la forme d'une onde varient continuellement d'un maximum à un minimum.