Brevet FR2384847A1 — publié le 19781020

La presente invention concerne l'injection au haut fourneau de combustibles auxiliaires en remplacement d'une partie du coke métallurgique utilisé comme agent de réduction des minerais de fer. En raison des difficultés d'approvisionnement en coke métallurgique et du prix de revient de celui-ci, on cherche depuis plusieurs annees déjà à remplacer la plus grande quantité possible de coke par des combustibles auxiliaires qui se laissent transformer par combustion en gaz réducteur. C'est ainsi qu'on a commencé par injecter du fuel dans les tuyères des hauts fourneaux. Or, on stest rapidement rendu compte que l'efficacité de l'injection des combustibles auxiliaires était étroitement liée à la pulvérisation et au mélange du combustible dans le vent et on s'est mis à développer des pulvérisateurs et des brûleurs capables d'assurer à l'intérieur des tuyères à vent une combustion plus complète que celle obtenue lors de l'injection avec de simples cannes tubulaires. Toutefois actuellement encore le taux de remplacement du coke, c'està-dire la quantité de coe effectivement remplacee par unité de masse du com bustible auxiliaire ajouté se dégrade très rapidement si on augmente la quantité de combustible auxiliaire. Il s'ensuit que les quantités de fuel injectees et effectivement utilisées integralement sont encore assez réduites, c'est-adire en général considérablement inférieures à 100 kg/t fonte pour la marche en minerai pauvre. La limitation de la quantité de combustibles auxiliaires utilisables économiquement provient du fait que des quantités élevées de combustible ne peuvent pas être brûlees integralement dans le faisceau de pulvérisation relativement étroit et conduisent à la formation de carbone qui gêne considerablement dans l'épuration des fumées et constitue une perte de combustible. Une des conditions indispensables pour la réalisation d'une combustion complète est l'obtention d'un mélange intime air/combustible. A cette fin on a proposé des mesures d'une autre nature qui consistent à créer au moyen de tuyères à profil spécial des variations de pression et/ou de turbulence de sorte que c'est le vent, dont la vitesse peut être supérieure à la vitesse du son, qui provoque la pulvérisation du combustible introduit soit à travers la paroi de la tuyère, soit au moyen de simples cannes d'injection. En pratique ces mesures n'ont pas non plus permis de maintenir en marche continue et sans dégradation de l'allure d'ensemble du haut fourneau alimenté en en minerai pauvre des taux d'injection de l'ordre de 150 kg. Par ailleurs certaines tuyères spéciales ne fonctionnent convenablement que pour une vitesse donnée du vent, de sorte que les variations de débit du vent, indispensables au contrôle du haut fourneau, modifient considérablement les conditions de l'injection et nien rendent que plus difficile le rétablissement de l'allure de marche d'un haut fourneau déréglé.Enfin, du fait de la configuration spéciale de la paroi intérieure de certaines tuyères et de l'incorporation dans cette paroi du système d'alimentation en combustible, ces outils sont compliqués à fabriquer et coûtent souvent un multiple des tuyères normales, alors que leur durée de vie est extrêmement réduite. Il en ressort qu'aucune des techniques connues, que ce soient - les brûleurs avec pulverisation mécanique ou pneumatique du fuel; - les tuyères avec profil spécial du col conduisant à un écoulement sub- ou supersonique du vent; ou que ce soient encore - les tuyères provoquant une mise en rotation du vent, ou bien - l'injection dans des tuyères normales d'émulsions fuel-eau ne permet à elle seule d'injecter des quantités vraiment importantes de fuel capable d'être complètement brûlé. L'objectif de l'invention est d'obvier aux inconvénients précités et de fournir un procedé permettant d'aboutir à un taux de remplacement favorable pour des additions de quantités de combustible auxiliaires dépassant 150 kg par tonne de fonte dans un haut fourneau marchant en minerai pauvre ou une quantité équivalente pour des hauts fourneaux alimentés en minerai riche. A cet effet on a développé pour l'injection de combustibles auxiliai- res au haut fourneau un procédé qui se caractérise par la combinaison des moyens consistant à provoquer d'abord une pulverisation mecanique pneumatiqueou thermique jusqu'à une finesse d'au moins 20 V du combustible dans l'axe de la partie terminale du circuit à vent et de disperser ce brouillard de combustible sur la plus grande partie de la section de passage de la tuyère par modification des caractéristiques d'écoulement du vent au plus tard dans cette tuyère. Ces mesures ont pour effet que sur le parcours séparant l'endroit d'introduction du combustible du front constitué par la charge du haut fourneau le jet de combustible est d'abord divisé en fines gouttelettes. Le brouillard concentré au départ sur une faible partie axiale de la section du conduit est ensuite réparti dans la zone tourbillonnaire transversalement au courant de vent pour former avec celui-ci un mélange intime réparti sur au moins 4/5 de la section du conduit. La zone de répartition radiale du mélange combustible-vent etant consi dérablement plus étendue qu'avec les procédés d'injection traditionnels, les conditions de combustion s'en trouvent améliores d'autant. On a ainsi pu procéder à l'injection de quantités de fuel plus 9levées que jusqu'ici et obtenir des taux de remplacement de coke jamais atteints en marche continue. Comme combustible auxiliaire on peut utiliser des hydrocarbures liquides, des hydrocarbures ou mélanges de combustibles gazeux ou encore des émulsions fuel-eau préparées préalablement à l'injection. Les injecteurs utilisables pour diffuser un fin brouillard de combustible dans le courant de vent peuvent être du type à pulverisation mécanique ou du type à pulvérisation par jets gazeux (air, oxygène, vapeur). Les conditions d'écoulement tourbillonnaire du vent nécessaires à l'obtention du mélange intime du combustible pulvérise avec le vent peuvent être obtenues à l'aide de tuyères à profil spécial, comme par exemple des tuyères ayant une partie convergente, un col et une partie divergente dimensionnes de sorte à obtenir une onde de choc au nez de la tuyère. I1 est toutefois préférable tant du point de vue pratique qu'économique d'intervenir sur les conditions d'écoulement du vent suivant les prescriptions de la demande de brevet luxembourgeois No. 75.449 du 23 juillet 1976. Dans ce cas ltemplacement de la tete du pulvérisateur est choisie de sorte que la pulvérisation se fait en amont de la tuyère dans la zone de dé- tente créée par le profil spécial du busillon. Ceci a pour effet que la repartition et la vaporisation ou le cracking du combustible se font rapidement et donnent lieu à une combustion intense et complete avant que les particules n'entrent en contact avec la charge solide du haut fourneau. Bien entendu, l'invention n'est pas limitée aux modes de réalisation décrits et représentés, elle est susceptible de nombreuses variantes, accessibles à l'homme de l'art, sans que l'on ne s'écarte de l'esprit de l'invention. REVENDICATIONS 1. Procédé d'injection de combustibles auxiliaires dans un haut fourneau, caractérisé en ce que l'on provoque d'abord une pulvérisation jusqu'à une finesse d'au moins 2o du combustible introduit dans l'axe de la partie terminale du circuit à vent et en ce que l'on disperse ce brouillard de combustible sur la plus grande partie de la section de passage de la tuyère par modification des caractéristiques d'écoulement du vent au plus tard dans cette tuyère. 2. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que la pulvérisation du combustible auxiliaire est réalisée par voie mécanique, pneumatique ou thermique. 3. Procédé selon l'une des revendications 1 ou 2, caractérisé en ce que la pulvérisation se fait en amont de la tuyère à l'intérieur d'une zone de détente des canaux de vent créée par un rétrécissement du profil du busillon.