Brevet FR2320988A1 — publié le 19770311

La présente invention concerne une méthode de soufflage des fours à cuve de fusion et plus spécialement des hauts-fourneaux, au moyen de nouvelles tuyères dépourvues de refroidissement d'eau, Les tuyères connues, pour hauts-fourneaux, sont composées de cuivre ou d'un alliage de cuivre, et sont refroidies par une circulation d'eau, avec une entrée et un retour d'eau.Elles sont noyées dans la paroi réfractaire du haut-fourneau, et leur extrémité fait saillie à l'intérieur au haut-fourneau, où elle se trouve très exposée Il peut vil résulter divers incidents de marche, et une durée de vie de ces tuyères qui ne dépasse guère 12 mois, pour les hautsfourneaux de taille moyenne, et qui, pour les hauts-fourneaux modernes de très grandes dimensionsp est encore plus faible. On a bien essayé de réaliser des tuyères de haut-fourneau obtenues par application sur le cuivre d'un revêtement métallique, par exemple à base de nickel ou de cobalt, et de chrome, et d'un revêtement céramique, par exemple à base d'alumine ou de zircone,avec ou sans revêtement intermédiaire de cermet, combinant les bases précitées. La tenue de ces tuyères plus récentes a marqué dans certains cas une légère amélioration sur les précédentes. Mais une telle amélioration n'est pas décisive, compte tenu du coût supplémen taire de ces revetements spéciaux, et surtout du maintien des divers inconvénients de l'actuel mode de soufflage au moyen de ces tuyères à refroidissement d'eau Parmi ces inconvénients, il faut en citer deux plus spécialement, oui sont caractéristiques des conditions actuelles de soufflage dans les hauts-fourneaux, et donc de la conduite du hautfourneau elle-même. a) L'injection du fuel-oil est généralement pratiquée au moyen de cannes latérales non refroidies, traversant en oblique la paroi des busillons qui alimentent en vent-chaud les tuyères. b) L'enrichissement en oxygène du vent s'effectue en amont des Cowpers, si bien que c'est le vent enrichi qui se trouve préchauffé. De l'ensemble de ces modes de soufflage connus, il résulte que 11 admission de fuel-oil est pratiquement limitée à 100 Kg par tonne de fonte, et que l'enrichissement du vent est limité pratiquement à un maximum de 26 % d'oxygène, d'ailleurs rarement atteint. me but de la présente invention est de réduire notablement les inconvénients en service des tuyères de hauts-fourneaux connues, de permettre de réaliser une augmentation importante de la quantité de fuel-oil introduite et de la quantité d'oxygène pur soufflé, et d'éviter le préchauffage de tout ou partie de l'oxygène pur. A cet effet, la présente invention a d'abord pour objet une méthode de soufflage des fours à cuve de fusion et plus spécialement des hauts-fourneaux, au moyen de tuyères non refroidies par circulation d'eau, et constituées de trois tubes concentriques, dont le tube intérieur reçoit le vent chaud introduit par le busillon, et dont le tube extérieur est noyé dans la maçonnerie réfractaire du haut-fourneau, cette méthode de soufflage étant caractérisée en ce que l'on souffle de l'oxygène techniquement pur et non préchauffé, chargé ou non de matières pulvérulentes, entre le tube central et le tube intermédiaire de chaque tuyère, et en ce que l'on introduit un fluide ou une émulsion contenant des hydrocarbures entre le tube intermédiaire et le tube extérieur, ce fluide ou cette émulsion pénétrant directement dans le fourneau. Suivant une caractéristique particulière de la présente invention, le vent chaud peut être constitué d'air chaud, non enrichi en oxygène. Il peut aussi, éventuellement, être faiblement enrichi. Suivant une autre caractéristique particulière de la présente invention, l'oxygène techniquement pur peut contenir en suspension de la poudre de chaux ou de la poudre de castine. Suivant une autre caractéristique particulière de la présente invention, le fluide contenant des hydrocarbures peut être du fuel-oil lourd préchauffé, ou du fuel-oil léger, préchauffé ou non, ou même un gaz tel que du propane ou du butane, ou du gaz naturel ; ou bien encore, l'émulsion contenant des hydrocarbures peut être une émulsion de vapeur d'eau ou de gouttelettes d'eau dans du fuel-oil. Suivant une autre caractéristique particulière de l'invention, on règle les débits et pressions de vent chaud, d'oxygène pur, de matières pulvérulentes, de fluide ou d'émulsion contenant des hydrocarbures, en fonction de l'allure du haut-fourneau à réaliser, compte tenu de la perméabilité des charges. Suivant une autre caractéristique particulière de l'invention, lorsque l'admission d'oxygène pur, ou bien l'admission d'hydrocarbures, sont interrompues, ces fluides peuvent & re rem plaeés par un vent de balayage constitué d'air ou d'azote ou de vapeur d'eau. lia présente invention a aussi pour objet une tuyère de @aut-fourneau non refroidie à l'eau, caractérisée en ce qu'elle est constituée de trois tubes concentriques, dont le tube intérieur re çoit le vent chaud introduit par le busillon, et dont le tube ex extérieur est non ces la maçonnerie réfractaire du haut-fourneau, les trois tubes débouchant directement dans le haut-fourneau, sans retour d'aucun fluide. Suivant une caractéristique particulière de la tuyère se Ion la présente invention, le tube intérieur de la tuyère est en acier ordinaire Si la température du vent chaud est de 900 à 950 C, et en acier inoxydable si la température du vent chaud est supérieure à 950 C. de tube intérieur peut être utilement garni intérieur rement d'une couche de matière réfractaire, par exemple du béton réfractaire coulé, Suivant une autre caractéristique narticulière de la tuyè- re selon la présente invention, le tube intermédiaire est en cuivre0 Suivant une autre caractéristique particulière de la tuyère selon la présente invention, le tube extérieur est en acier ordinaire. Comme on le comprend, la méthode de soufflage des hauts- fourneaux selon l'invention consiste à utiliser les hydrocarbures contre l'usure à la fois comme élément protecteur des tuyères et comme élément ré- ducteur à l'intérieur du haut-fourneau et, aussi, à utiliser l'oxygène pur froid à la ois comme élément refroidissant dans la tuyère, et comme élément oxydant dans le haut-fourneau. Ce sont le double rôle thermique et chimique ds hydrocarbures d'une part, et le double rôle thermique et chimique de l'oxygène froid d'autre part, qui constituent ltessentiel de l'ori- ginalité de la présente invention, avec, comme conséquence, la disparition de la circulation d'eau des tuyères. Il est indispensable que le vent chaud ne soit pas en cortact avec les hydrocarbures dans la tuyère, de part et d'autre d'un simple tube, car on observerait alors un dépôt de carbone sur les parois du conduit d'hydrocarbures C'est pourquoi l'oxygène froid est intercalé comme isolant thermique, entre le vent chaud, central, et les hydrocarbures, introduits à la périphérie de la tuyère pour assurer sa protection contre l'usure à chaud0 Dans la mesure du possibles il est préférable, pour la même raison, de réaliser le tube central en acier, dont la conduit tibilité thermiaue n1 est que moyenne, afin de limiter le plus possible la transmission à l'oxygène froid de la chaleur en provenance du vent chaud, et de réaliser le tube intermédiaire en cuivre, dont la conductibilité thermique est excellente, afin de favoriser le plus possible la transmission à l'oxygène froid de la chaleur en provenance des hydrocarbures0 Un garnissage réfractaire sur la face interne du tube central dans la partie de ce tube qui conduit le vent chaud, complète utilement L'ensemble du dispositif, si bien que les hydrocarbures sont thermiquement très bien isolés du vent chaud. Afin de bien faire comprendre 11 invention, on va décrire ci-après, à titre d'exemple non limitatif, un mode de réalisation de la méthode de soufflage selon l'invention, au moyen d'un type de tuyère conforme à l1invention0 La figure 1 représente une coupe longitudinale d'une tuyère selon l'invention et du busillon, de type connu, qui l'a- limente en vent chaud. La figure 2 représente une coupe transversale selon A A' de la même tuyère. Comme pour une tuyère de type connu, la paroi réfractaire 1 du haut-fourneau, comportant un orifice pour la mise en place de la tuyère considérée, reçoit une tympe 2 refroidie à l'eau et une chapelle métallique 3 non refroidie. La tuyère selon l'invention, d'axe 4, de révolution,com- prend trois tubes concentriques, qui sont a) be tube central 5, en acier inoxydable, revêtu sur sa face interne d'une mince couche 6 de béton réfractaire coulée b) Le tube intermédiaire 7, en cuivre c) Te tube extérieur 8, en acier ordinaire. xe tube 5 est centré dans le tube 7, et le tube 7 est centré dans le tube 8, d'une façon très précise, par tout moyen connu, par exemple au moyen de bossages dont la hauteur est déterminée avec précision. 'La tuyère est solidement positionnée dans la tympe 2 au moyen de la pièce-guide 9 en acier moulé, qui vient s'adapter en 10 à la tympe 2 grâce à une conicité convenable. Cette pièce 9 est fixée au tube extérieur 8 de la tuyère par tout moyen convenable. Sur la face interne du tube intérieur 5 est fixée une pièce métallique de révolution il constituant butée par sa face interne conique 120 C'est contre cette face conique 12 de la pièce il que vient se positionner en butée le busillon 13. Ce busillon 13 est de type connu. il comprend ici un tube 14 soudé à une, tête 15 présentant un profil antérieur conique adapté à la face conique 12 de la pièce 11o Il est garni intérieurement d'une couche de béton réfractaire coulé 15'.A son extrémité amont, le tube 14 est soudé a une embase de révolution 16. lia pièce 17, elle-meme garnie de béton réfractaire la, assure le raccordement du busillon 13 avec le porte-vent non représenté sur les figures. Le vent chaud, non enrichi en oxygène, arrive par le porte-vent et le busillon 13, d'une manière connue, jusqu'à la tuyère selon l'invention. Dans la tuyère, il n'est en contact qu'avec la couche 6 de béton réfractaire coulé. Cette couche 6 et le tube intérieur 5 qui la supporte pénètrent d'une certaine longueur, assez faible d'ailleurs, à l'intérieur du haut-fourneau. L'intervalle existant entre le tube central 5 de la tuyère et le tube intermédiaire 7 sert au soufflage de l'oxygène pur, froid, qui est introduit tangentiellement par l'orifice 19. De même, l'orifice 20 sert à l'introduction tangentielle du fluide contenant des hydrocarbures, qui s'écoule entre le tube intermédiaire 7 et le tube extérieur 8 de la tuyère. Dans le présent exemple, ce fluide est du fuel-oil lourd préchauffé0 me tube extérieur 8 se termine à la surface interne de la paroi réfractaire 1 du haut-fourneau, tandis que le tube intermédiaire 7 pénètre un peu à l'intérieur du haut-fourneau, d'une longueur aui est toutefois moindre que celle du tube interne So Ainsi, le fuel-oil peut assurer pleinement son rôle de protection de la tuyère et du revêtement réfractaire du haut-fourneau contre l'usure, tout en participant également à une certaine combustion avec l'oxy- gène pur et avec le vent chaud, avant d'exercer un effet réducteur sur la charge.par action des produits de la combustion : CO et H2. Corme on le comprend, la méthode de soufflage selon l'in- vention, au moyen de tuyères telles que celle qui vient d'être décrite, présente d'importantes différences avec les méthodes de soufflage connues, et donc constitue un moyen d'action entièrement nouveau sur la conduite du haut-fourneau. Bes avantages de cette méthode de soufflage et de ce type de tuyère sont multiples : a) Tout d'abord, on eupprime tous les incidents de marche provoqués par les tuyères connues à refroidissement d'eau, b) La zone la plus chaude ntest plus sur l'axe 4 de la tuyère, à une certaine distance du nez de celle-ci.Elle est située ici à la périphérie du jet composite constitué par le vent chaud et l'oxygène pur. bile intéresse un volume de charge plus important, et elle est ainsi mieux répartie, Il en résulte que l'on peut, sans inconvénient, accoître notablement la proportion d'oxygène par rapport au débit de vent chaud, et par voie de conséquence, accroître notablement le débit de fuel-oil0 il devient alors possible de dépasser une consommation de fuel-oil de 170 Kg par tonne de fonte, c'est-à-dire de dépasser 150 grammes de fuel-oil par l-3 de vent chaud, et, parallèlement, de dépasser 30 5 d'oxygène dans l'ensemble des deux débits formés par le vent chaud et par l'oxygène pur0 c) Avec la méthode de soufflage selon l'invsntion, il n1 est plus indiqué dtintroduire l'oxygèn@ d aIi le vent avant préchauffage, puisqu'on souhaite au contraire disposer d'oxygène froid dans la tuyère0 La totalité de la chaleur disronible dans les Cowpers est ainsi utilisée au préchauffage de l'air ordinaire qui va constituer le vent chaud.La consommation de vent chaud par tonne de fonte est plus basse, puisque la proportion d'oxygène pur peut être notablement accrue, Bien entendu, il faut que cette réduction de la consommation d'air ordinaire par tonne de fonte reste dans une limite raisonnable, mais la seule limite est maintenant le volume minimal du ballast d'azote nécessaire pour assurer le rôle de véhicule thermique dans la cuve du haut-fourneauO On gagne donc sur les calories fournies par les Cowpers, et sur la quantité d'air ordinaire con sommé, d) Il faut naturellement payer l'accroissement de consommation de fuel-oil et d'oxygène, mais ceci est largement compensé par l'é- conomie réalisée sur la consommation de coke, En résumé, la méthode de soufflage selon l'invention présente des avantages très importants, aussi bien dans la conduite ou le bilan économique du haut-fourneau que dans l'entretien en service des tuyères. Il est bien entendu que lton peut, sans sortir du cadre de l'invention, imaginer des variantes ou perfectionnements de détails, de même qu'envisager l'emploi de moyens équivalents. C'est ainsi que des détails technologiques relatifs à l'admission des fluides, ou au nez de la tuyère, ou bien encore que des perfectionnements dans le réglage des quantités relatives de vent chaud, d'oxygène ou de fluide contenant des hydrocarbures, rentrent dans le cadre de la présente invention0 Ainsi, de la poudre de chaux ou de castine, en suspension dans l'oxygène pur et froid, (qui ne traverse donc pas les Cowpers) peut être introduit directement dans le haut-fourneau au niveau des tuyères. On dispose ainsi dtun moyen de réglage supplémentaire de la basicité du laitier. On peut aussi pratiquer une injection de fuel-oil, de type connu, dans le busillon, qui s'ajoute alors au fuel-oil admis à la périphérie de la tuyère. REVEKDICADIONS i.- Méthode de soufflage des fours à cuve de fusion, et plus spécialement des hauts-fourneaux, au moyen de tuyères non refroidies par circulation d'eau, et constituées de trois tubes concentriques, dont le tube intérieur reçoit le vent chaud introduit par le busillon, et dont le tube extérieur est noyé dans la maçonnerie réfractaire du haut-fourneau, cette méthode de soufflage étant caractérisée en ce que l'on souffle de l'oxygène techniquement pur et non préchauffé, chargé ou non de matières pulvérulentes, entre le tube central et le tube intermédiaire de chaque tuyère, et en ce que l'on introduit un fluide ou une émulsion contenant des hydrocarbures entre le tube intermédiaire et le tube extérieur, ce fluide ou cette émulsion pénètrant directement dans le haut-fourneau. 2.- Méthode de soufflage selon la revendication 1, caractérisée en ce que le vent chaud est constitué d'air chaud, non enrichi en oxygène. 3.- Méthode de soufflage selon l'une quelconque des revendications 1 et 2, caractérisée en ce que l'oxygène techniquement pur contient en suspension de la poudre de chaux ou de la poudre de castine. 4.- Méthode de soufflage selon l'une quelconque des revendications 1 à 3, caractérisée en ce que le fluide contenant des hydrocarbures est constitué par du fuel-oil, soit du fuel-oil lourd préchauffé, soit du fuel-oil léger. 5.- Méthode de soufflage selon l'une quelconque des revendications i à 3, caractérisée en ce que le fluide contenant des hydrocarbures est constitué par un gaz, tel que du propane, ou du butane, ou du gaz naturel. 6.- Méthode de soufflage selon l'une quelconque des revendications 1 à 3, caractérisée en e que l'émulsion contenant des hydrocarbures est constituée par une émulsion de vapeur d'eau ou de gouttelettes d'eau dans du fuel-oil. 7.- Méthode de soufflage selon l'une quelconque des revendications 1 à 6, caractérisée en ce que l'on souffle un vent de balayage constitué d'air, ou d'azote, ou de vapeur d'eau, lorsque l'admission d'oxygène pur, ou l'admission d'hydrocarbures, sont interrompues. 8.- tuyère de haut-fourneau non refroidie à l'eau, pour la mise en oeuvre d'une méthode de soufflage selon l'une quelconque des revendications 1 à 7, carctérisée en ce qu'elle est constituée de trois tubes concentriques, dont le tube intérieur reçoit le vent introduit par le busillon, et dont le tube extérieur est noyé dans la maçonnerie réfractaire du haut-fourneau, les trois tubes débouchant directement dans le haut-fourneau, sans retour d'aucun fluide. 9.- Tuyère de haut-fourneau selon la revendication 8, caractérisée en ce que le tube intérieur est en acier ordinaire si la température du vent chaud est de 9000 à 950% et en acier inoxydable si la température du vent chaud est supérieure à 9500C, 1O.- Tuyère de haut-fourneau selon I'une quelconque des revendications 8 et 9, caractérisée en ce que le tube intérieur est garni intérieurement, dans la partie de ce tube qui conduit le vent chaud, d'une couche de matière réfractaire isolante. 1 Tuyère de haut-fourneau selon l'une quelconque des revendications 8 à 10, caractérisée en ce que le tube intermédiaire est en cuivre. 12.- Tuyère de haut-fourneau selon l'une quelconque des revendications 8 à 11, caractérisée en ce que le tube extérieur est en acier ordinaire.