Brevet FR2275556A1 — publié le 19760116

la présente invention concerne la conduite de hauts fourneaux pour l'obtention de fonte de première fusion et vise notam- ment un procédé pour leur remise en route après refroidissement. Jusqu'à présent, quand, pour une raison quelconque, un haut fourneau se refroidit en fonctionnement, le mode courant de remise en marche consiste à activer la combustion à l'aide de lances à oxygène insérées dans les trous de coulée de fonte et de laitier tout en soufflant à un débit faible de l'air chaud à travers un nombre limité de tuyères dn haut fourneau. On maintient ce mode de combustion Jusqu'à ce que des voies de com- munications relient les tuyères, d'abord au trou de coulée du laitier, puis au trou de coulée de fonte. Grâce à ces communications, la fonte et le laitier peuvent s'écouler, dégageant la région des tuyères et permettant le chauffage du haut fourneau par soufflage d'air chaud dans le coke.Toutefois, ce mode de remise en marche est lent et il faut de nombreux jours et parfois des semaines pour rétablir la production du haut fourneau; en outre, il provoqu: habituellement des percements du creuset par la fonte et le laitier et une combustionrtuyères et des refroidisseurs incorporés au haut fourneau. La présente invention vise un procédé permettant la relise en marche rapide d'un haut fourneau, opérée en quelques heures seulent, et de nature à éviter 1' endommagement des tuyères et à minimiser pendant la mise en route le percement du creuset par la fonte et le laitier. On a en effet constaté qu'on peut assurer la remise en route rapide d'un haut fourneau en injectant de L'oxygène et un hydrocarbure combustible dans le haut fourneau froid par les trous de coulée de laitier et de fonte, de façon que le courant d'by- drocarbure entoure celui d'oxygène, au moyen d'une lance comportant un tube intérieur entouré par un tube extérieur de préférence protégé de la chaleur par un manchon réfractaire, le rapport hydrocarbure/oxzgène des courants traversant chaque tube étant ajusté de manière que la charge du four subisse initialement un chauffage, puis une oxydation,jusqu'à ce que des communications s'établissent entre les troua de coulée de laitier, puis de fonte, et les tuyères du four, après quoi on retire les lances du four, qu'on ferme et dans lequel on rétablit alors le soufflage normal. la présente invention a donc pour objet un procédé de remise en marche, après refroidissement, d'un haut fourneau pour l'obtention de fonte de première fusion à partir de minerai de fer, consistant à insérer,dans chacun des trous de coulée de fonte et de laitier, du haut fourneau,une lance comprenant un tube intérieur et un tube extérieur qui entoure le tube intérieur et ménage avec lui un espace, à sceller chaque lance dans le trou associé pour interdire les fuites de gaz, à injecter dans le haut fourneau un courant d'oxygène par le tube intérieur et un courant d'hydrocarbure combustible par l'espace séparant les tubes intérieur et extérieur, de faço iue le courant d'hydrocarbure entoure celui d'oxygène, à faire varier le rapport hydrocarbure/oxygène de l'injection opérée par chaque trou de coulée de façon & chauffer initialement la charge du four, puis à soumettre le fer froid qu'elle contient à une oxydation donnant lieu à des réactions chimiques exothermiques qui chauffent la fonte et le laitier au point de les liquéfier, à retirer les lances des trous de coulée de fonte et de laitier et à rétablir le soufflage normal. Selon un mode de mise en oeuvre préféré, on établit d'abord une communication entre le trou de coulée de laitier et les tuyères du haut fourneau, puis on retire la lance de ce trou de coulée et on laisse du laitiar s'écouler hors du four par ce trou, on souffle ensuite de l'air chaud dans le haut fourneau par les tuyères, puis on retire la lance du trou de coulée de fonte lors qu'une communication 8 s'est établie entre ce trou et les tuyères du haut fourneau et ainsi entre les trous de coulée de fonte et de laitier, puis on rétablit complètement le soufflage d'air chaud dans le four. La lance pour la mise en oeuvre du procédé selon l'invention comprend une tube intérieur, avantageusement en cuivre, et un tube extérieur, de préférence coaxial au tube intérieur, avantageusement en acier, et espacé du tube intérieur. Un manchon en ma tériau réfractaire de haute qualité, tel que magnésite à haute densité, entoure avantageusement le tube extérieur-pour protéger la lance de la chaleur pendant son iisertion dans le trou de cou lée. Cette lance peut entre telle que décrite dans les demandes de brevet des Etats-Unis d'Amérique NO 821.802 et 880.892 déposées le 12 décembre 1970,du Canada NO 147.265 déposée le-17 Juillet 1972 et dans le brevet français NO 72 42 219, selon lequel elle sert de tuyère introduisant un courant d'oxygène au-dessous de la surface du métal fondu dans un four à sole classique. Il est essentiel selon l'invention que le courant d'hydrocarbure combusti ble, par exemple propane, traverse la lance à une vitesse suffisante pour assurer, lorsqu'il se dissocie en pénétrant dans le métal fondu contenu dans le four, un refroidissement de nature à éviter l'endommagement de la lance et de la partie environnante du garnissage du four.On constate, dune manière générale, que l'hydrocarbure tel que propane doit représenter au moins 3,5 % en volume et, de préférence, 3,5 à 5 % en volume du courant d'oxygène lorsqu'il s'agit d'injecter de l'oxygène dans le létal fondu pour 11 oxyder. Toutefois, ce rapport n'est pas fixe et est en grande partie déterminé par la grosseur de la lance. Quand celleci assure la fusion de la fonte au début de la mise en route, on augmente le débit auquel 1'hydrocarbure la traverse pour obtenir une flaMme engendrant la chaleur de fusion.La vitesse de traversée de la lance par l'oxygène doit entre aussi grande que possible afin que la réaction d'oxydation exothermique et le dégagement de chaleur qu'elle provoque aient lieu aussi loin que possible de l'extrémité de la lance et du manchon réfractaire. Selon le procédé visé par l'invention, on insère des lances dans les trous de coulée de fonte et de laitier et on les scelle à l'argile pour éviter que des gaz ne s'échappent à leur niveau pendant fonctionnement. On fait traverser le tube intérieur par un courant d'oxygène et l'espace séparant les tubes intérieur et extérieur par un courant d'hydrocarbure tel que propane. On dose les courantsd'oxygène et d'hydrocarbure de façon à chauffer initialement la charge du four, puis on augmente le rapport oxygène/hydrocarbure pour que les courants gazeux injectés oxydent le fer froid et y amorcent une réaction chimique exothermique qui chauffe rapidement la.fonte et le laitier jusqu'à les liquéfier. En injectant l'hydrocarbure et l'oxygène par les trous de coulée de fonte et de laitier, tous deux situés au-dessous des tuyères du four, on évite que les corps mis en fusion ne s'actu- mulent autour des tuyères, qu'ils pourraient endommager. Après établissement de communications entre le trou de coulée de laitier et les tuyères, on retire la lance insérée dans ce trou, par lequel on déverse du laitier et de la fonte du four. On peut ensuite opérer le soufflage d'air chaud par les tuyères et déverser de manière normale le laitier et la fonte par le trou de coulée de laitier.Pendant cette période, on continue à injecter de l'oxygène et de l'hydrocarbure par la lance insérée dans le trou de coulée de fonbc Jusqu'd ce que s' établissant des communications reliant ce trou aux tuyères et au trou de coulée de laitier, après quoi on retire la lance du trou de coulée de fonte, par lequel de la fonte et du laitier se déversent du four. A ce stade, on ferme les deux trous de coulée et l'on rétablit progressivement le soufflage d'air chaud normal, le haut fourneau reprenant le régime de-pleine production. Ce procédé permet de rétablir la production d'un haut fourneau refroidi en un certain nombre d'heures en limitant beaucoup la perte de production et les frais.Les lances selon l'invention ont l'avantage de ne pas subir, pendant leur temps d'insertion dans les trous de coulée de laitier et de fonte, une combustion à partir de leur extrémité qui pose un gros problème dans l'utilisation des lances à oxygène. On va maintenant illustrer l'invention à l'aide d'un exemple en se référant au dessin annexé, dont la figure unique est une vue de détail, en coupe de profil, du creuset 2 d'unbaut fourneau classique 1, présentant des trous de coulée de fonte 3 et de laitier 4 qui traversent le garnissage annulaire réfractaire 5. De manière classique, la fonte se déverse par le trou de coulée 3 et l'excès de laitier est évacué par le trou de coulée 4. Le haut fourneau 1 comporte aussi des tuyères classiques 10 par lesquelles on y souffle de l'air chaud pendant le fonctionnement normal. Selon l'invention, pour remettreen marche un tel haut fourneau refroidi, on insère et on scelle des lances 6 dans les trous de coulée de laitier 4 et de fonte 3. Chaque lance 6 comprend un tube intérieur 7, à travers lequel un courant d'oxygène gazeux arrivant par un conduit 7a pénètre dans le creuset 2, et un tube extérieur 8, coaxial au tube intérieur 7 avec lequel il définit un espace annulaire 11, traversé par un courant de propane gazeux arrivant dans le creuset 2.du four par un conduit 8a. En pénétrant dans le creuset 2, le courant d'oxygène est entouré par le courant de propane, ce qui évite l'érosion et la désintégration de l'extrémité de la lance et de la partie voisine du garnissage. Le tube extérieur 8 est entouré par un manchon réfractaire 9 formant écran thermique. Pour remettre en marche le haut fourneau, on procède comme indiqué dans l'exemple ci-dessous. On assure en huit heures la remise en marche d'un haut fourneau du type américain McKee de 6,25 m de diamètre, produisant 1090 t de fonte par jour avec un débit de vent chaud 1840/m3/mn (dans les conditions normales de température et de pression) et à une température de 6500C, la charge, pour l'obtention de fonte phosphoreuse, étant formée de coke, de castine, de dolomie, de grains acides et de sorne, avec un rapport coke/charge de 1/2,5, en procédant comme suit on insère et on scelle des lances selon l'inver.tion dans les trous de coulée tant de laitier que de fonte.Initialement, on introduit de l'oxygène dans le haut fourneau, à travers chaque lance, à un débit de 340 m3/h et sous une pression, à l'entrée de la lance, de 0,7 MPa, et du propane à un débit de 42 m3/h qu'on ramène progressivement, en quatre heures, à 14 m3/h. Au bout de ce temps, l'intérieur du haut fourneau, vu à travers les tuyères et le laitier accumulé autour de celles-ci, a une couleur révélant que la lance insérée dans le trou de coulée de laitier a bien joué son rôle et l'on retire la lance de ce trou, d'où se déverse de la fonte et du laitier. Quand ce déversement cesse, on referme le trou de coulée de laitier et l'on souffle normalement de l'air chaud à travers les tuyères.Le débit d'air chaud adopté représente un pourcentage du débit normal qui dépend de la vitesse à laquelle s'amorcent les réactions; l'amélioration immédiate de la coloration observée à travers les tuyères révèle que la combustion du coke a repris et l'on augmente régulièrement le débit d'air chaud jusqu'à ce qu'apparaisse dans le haut fourneau un mouvement permettant d'extraire de la fonte et du laitier par le trou de coulée de laitier.On bouche ensuite ce trou à l'argile, puis on le rouvre périodiquement pour en déverser de la fonte et du laitier pendaht quatre heures encore, jusqu'à ce que s'é- tablisse, entre les trous de coulée de fonte et de laitier,une communication permettant à la fonte et au laitier de se déverser par le trou de coulée de fonte, ce que signale le fait qu'au bout d'un temps donné on cesse de constater la présence de laitier et de fonte autour des tuyères et au niveau du trou de coulée de laitier. A ce stade, le haut fourneau fonctionnant à plein régime, on retire la lance du trou de coulée de fonte, par lequel se déversent du laitier et de la fonte. On ferme ensuite les deux trous de coulée et l'on souffle de l'air chaud par les tuyères pendant un certain temps, au bout duquel on rouvre le trou de coulée de fonte pour déverser de la fonte et du laitier. On laisse le trou de couléa de laitier fermé et l'on extrait périodiquement la totalité de la fonte et du laitier par le trou de coulée de fonte. On poursuit ce processus pendant que la température de la fonte et du laitier s'élève et, à mesure qu'apparaissent des signes révélant la hausse de température au niveau des tuyères ouvertes, on ouvre progressivement les autres tuyères et l'on augmente le débit d'air chaud jusqu'à mise en oeuvre de toutes les tuyères; une semaine environ après la remise en marche, le haut fourneau atteint la température requise, le régime de fonctionnement-normal et le niveau nominal de production. REVENDInvATIONS 1. Procédé de remise en marche, après refroidissement, d'un haut fourneau pour l'obtention de fonte de première fusion à partir de minerai de fer, caractérisé en ce qu'on insère,dans chacun des trous de coulée, de fonte et de laitier, du haut fourneau,une lance comprenant un tube intérieur et un tube extérieur qui entoure le tube intérieur et avec lui un espace, on scelle chaque lance dans le trou associé pour interdire les fuites de gaz, on injecte dans le haut fourneau un courant d'oxygène par le tube intérieur et un courant d'hydrocarbure combustible par l'espace séparant les tubes intérieur et extérieur, de façon que le courant d'hydrocarbure entoure celui d'oxygène, on fait varier le rapport hydrocarburoxygène du courant injecté par chaque trou de coulée de façon à chauffer initialement la charge du four puis à soumettre le fer froid qu'elle contient une oxydation donnant lieu à des réactions chimiques exotherliques qui chauffent la fonte et le laitier au point de les liquéfier, puis on retire les lances des trous de coulée de fonte et de laitier quand la conunication a été établie entre les trous de coulée et les tu yères,et on rétablit le soufflage normal. 2. Procédé de remise en marche, après refroidissement, d'un haut fourneau pour l'obtention de fonte de première fusion à partir de minerai de fer, caractérisé en ce qu'on insère dans chaque trou de coulée, de fonte et de laitier, du haut fourneau une lance comprenant un tube intérieur et un tube extérieur qui entoure le tube intérieur et ménage avec lui un espace, on scelle chaque lance dans le trou associé pour interdire les- fuites de gaz, on injecte dans le haut fourneau un courant d'oxygène par le tube intérieur et "n courant d'hydrocarbure combustible par l'espace séparant les tubes intérieur et extérieur de façon que le Courant d'hydrocarbure entoure celui d'oxygène1 on fait varier le rapport hydrocarbure/oxygène de l'injection opérée à travers chaque trou de façon à chauffer initialement la charge du haut fourneau et à soumettre ensuite le fer froid qu'elle contient à une oxydation donnant lieu à des réactions chimiques exothermiques qui chauffent la fonte et le laitier au point de les liquéfier, on retire la lance insérée dans le trou de coulée de laitier lorsque s'est établie, entre ce trou et les tuyères, une communication permettant à la fonte?atu laitier de se déverser du four par ce trou, on amorce le soufflage d'air chaud, on retire la lance insérée dans le trou de coulée de fonte lorsqu'une communication s'est établie entre ce trou et les tuyères, on ferme ce trou et l'on rétablit complètement le soufflage d'air chaud dans le haut fourneau. 3. Procédé selon la revendication 2, caractérisé en ce que l'hydrocarbure est du propane. 4. Procédé selon la revendication 1, 2 ou 3, caractérisé en ce que les tubes intérieur et extérieur de chaque lance sont coaxiaux. 5. Procédé selon la revendication 1, 2 ou 3, caractérisé en ce qu'un manchon réfractaire forme un écran thermique autour du tube extérieur.