Brevet FR2483462A1 — publié le 19811204

La présente invention concerne un procédé de conduite des hauts-fourneaux, et plus précisément un tel procédé mettant en oeuvre une estimation préalable du pro- fil de la surface et de la répartition des épaisseurs de la 5 couche de charge formée à la partie supérieure du hautfourneau, à partir des propriétés physiques de la matière de charge avant son chargement, de l'état de fonctionnement du haut-fourneau, des conditions de chargement et analo- gues, afin que la répartition des épaisseurs de la couche 10 reste optimale. En général, la répartition de la charge à la partie supérieure d'un haut-fourneau dépend de divers facteurs dépendant de façon compliquée les uns des autres, des exemples de tels facteurs étant les suivants : 15 1) les propriétés physiques de la matière de charge telles que la masse volumique, la granulométrie, le coefficient interne de frottement, etc., 2) la vitesse de chargement, 3) les conditions de chargement telles que la 20 nature du coke, le rapport minerai/coke (appelé rapport O/C dans la suite du présent mémoire), le niveau du lit de fusion, etc., 4) la trajectoire de chute du courant de charge, influencée fondamentalement par la position d'une encoche 25 d'un blindage mobile dans un haut-fourneau à cloche ou l'inclinaison d'une glissière de distribution dans le cas d'un haut-fourneau sans cloche, 5) la séquence de chargement, et 6) le débit de gaz dans le fourneau. 30 En outre, on considère que l'arrangement géomé- trique du gueulard du fourneau et de l'orifice de l'appa- reillage de chargement est un facteur fondamental pour la répartition de la charge, mais n'est pas un facteur qui peut être modifié dans un haut-fourneau spécifié. En con- 35 séquence, lorsque la charge est introduite dans le haut- fourneau par l'appareillage de chargement, la répartition est déterminée d'après les facteurs précités. En particu- 2483462 2 lier, la répartition d'épaisseurs de la couche et la ré- partition granulométrique de la charge en direction radiale du fourneau sont importantes pour l'obtention d'une réduction du débit de combustible consommé et pour la 5 stabilisation du fonctionnement du fourneau. Lors de la conduite classique des hauts-fourneaux, le principe de commande de la répartition de la charge repose sur le réglage de la répartition d'épaisseurs de la couche et porte sur une optimisation de la répartition 10 radiale du rapport O/C, mesuré à partir d'un rapport d'épaisseurs d'une couche de minerai à une couche de coke (L O/Lc ) ou d'un produit de ce rapport avec un rapport de masse volumique apparente ( Po/Pc>). Par exemple, on a déter- miné expérimentalement que, lorsque la section horizontale 15 du gueulard du haut-fourneau est également divisée en une partie centrale (CE), une partie médiane (M) et une partie périphérique (P), si la relation du rapport d'épaisseurs (L/L c) dans ces parties est donnée par l'équation sui- vante (1) : 20 (L0/Lc)e> (LO/Lc)p > (Lo/Lc)CE (1) on peut obtenir un fonctionnement stable avec un faible rapport de combustible. Cependant, la répartition optimale d'épaisseurs de la couche diffère avec chaque haut-fourneau suivant le profil de celui-ci et varie même lors de la mo- 25 dification des conditions de fonctionnement, de la sélec- tion des matières premières et analogues. La répartition d'épaisseurs de la couche doit toujours être maintenue à l'état optimal afin que ces variations soient suivies, par combinaison de facteurs sur lesquels on peut agir, choisis 30 parmi les facteurs précités. Les propriétés physiques de la matière de la charge et le débit de gaz dans le fourneau sont limités par le plan de composition des matières pre- mières et le plan de production avant la commande de la répartition de la charge, si bien que les facteurs précités 35 2), 3), 4) et 5) sont les principaux facteurs opérationnels qui peuvent être modifiés par les opérateurs. Parmi eux, les facteurs 4) et 5) sont particulièrement inclus dans un 2483462 3 programme de chargement dont un détail est décrit dans la suite. Dans le cas d'un haut-fourneau à cloche ayant un blindage mobile, un exemple de séquence de chargement des matières est représenté par C3+C54-01+03, indiquant qu'un 5 premier lot de coke est chargé pour une position 3 d'en- coche du blindage, un second lot de coke est chargé pour la position 5, un premier lot de minerai est chargé pour la position 1 et un second lot de minerai est chargé pour la position 3 du blindage. D'autre part, dans les hauts- 10 fourneaux sans cloche, un exemple de séquence de chargement des matières est représenté par C-1112223344679, 0-111222334455, indiquant qu'un lot de coke est chargé par treize rotations de la glissière de distribution et un lot -de minerai est chargé par douze rotations de la 15 glissière, l'inclinaison de la glissière pour chaque lot étant décalée dans l'ordre indiqué par les séries de chif- fres. En résumé, le programme de chargement détermine la quantité de matière, la position et l'ordre de chargement. Lors du fonctionnement d'un fourneau réel, la 20 température des gaz à l'intérieur et la répartition ra- diale de composition des gaz, mesuré! à l'aide d'une sonde placée au-dessus de la charge ou à l'intérieur de celle-ci, a été utilisée comme un indice ou directement comme objet de la commande de la répartition de la charge. 25 Ultérieurement, la répartition d'épaisseurs de la couche est aussi utilisée comme objet du réglage, du fait du développement de la mesure des épaisseurs de la couche et d'un appareil mis au point à cet effet. A cet égard, il existe un procédé indirect et un procédé direct de mesure 30 de l'épaisseur de la couche. Le premier est tel que le pro- fil de la surface de la charge est mesuré avant et après chargement à l'aide d'un dispositif de sondage, mobile transversalement ou d'un dispositif mettant en oeuvre des hyperfréquences ou un laser afin que la différence d'épais- 35 seurs de la couche soit déterminée, alors que le second procédé met en oeuvre une électrode ou un capteur magné- tique. Lors de l'utilisation du procédé indirect, la me- 2483462 4 sure du profil de la surface peut être effectuée avec une précision relativement élevée. Lorsque le minerai est en particulier empilé sur la couche de coke cependant, cette dernière s'écoule vers la partie centrale du fourneau si 5 bien que la différence de niveaux de la surface avant et après le chargement, pour la détermination de l'épaisseur de la couche, est estimée à une valeur plus faible dans la partie périphérique et plus élevée dans la partie centrale du haut-fourneau que dans la réalité. En conséquence, une 10 certaine correction est nécessaire, mais on constate qu'il n'existe pas actuellement de dispositifs assurant une cor- rection convenable. D'autre part, le procédé direct n'est utilisé que pour la mesure locale de l'épaisseur de la couche 15 près de la paroi du fourneau, pour des raisons de durée d'utilisation ou de fiabilité du dispositif de mesure, car la mise en oeuvre en pratique de celui-ci pour la mesure de l'épaisseur de la couche sur toute une zone en direction radiale du fourneau est très difficile. En outre, la pré- 20 cision de mesure est mauvaise étant donné la présence de la couche mixte formée par la couche de minerai et la couche de coke. Etant donné le réglage actuel de la répartition de la charge dans un haut-fourneau sans cloche, une modi- 25 fication importante des conditions de chargement, notam- ment du programme de chargement, a une grande influence sur le résultat total du fonctionnement du haut-fourneau si bien qu'il tombe sous le sens que la répartition de la charge doit être progressivement rapprochée de l'état opti- 30 mal par répétition de petites modifications étagées des conditions de chargement. Par exemple, on choisit habituel- lement le programme de chargement afin que seule la posi- tion de déversement de la glissière de distribution soit modifiée d'une seule unité en un point quelconque de déversement, au numéro spécifié pour chaque lot. Un exemple concret d'une telle sélection est donné par le tableau suivant : 2483462 5 avant modification : C - 1 1(î 2 2 2 3 3 4 6 7 9, 0 - 1 1 1 2 2 2 3 3 4 4 5 5 après modification : C - 1 1 2 2 2 3 3 4 6 7 9, 0 - 1 1 1 2 2 2 3 3 4 4 5 5 5 Cependant, dans ce cas, lorsque les diverses conditions autres que le programme de chargement sont identiques, le changement de répartition d'épaisseurs de la couche est très faible et peut être à peine distingué par mesure réelle. Lorsqu'on observe la différence de répartition 10 d'épaisseurs par le procédé de mesure réelle, cette dif- férence doit être considérée comme reposant sur les va- riations d'une condition indétectable ou sur l'erreur de mesure. Evidemment, le procédé réel de mesure confirme l'effet par la modification importante des conditions de 15 chargement, et est presque plus efficace pour la détection d'un facteur de perturbation que pour la mesure d'épaisseur elle-même. Lorsqu'on veut modifier les conditions de char- gement afin d'améliorer la répartition iela charge, on 20 doit déterminer une combinaison de conditions de fonction- nement, mais cette détermination dépend habituellement des résultats et des expériences antérieurs. Cependant, des plages de conditions de chargement ne reposant pas sur l'expérience doivent être souvent utilisées en pra- 25 tique pour la recherche de la répartition optimale de la charge. En conséquence, comme l'effet de la modifica- tion des conditions de chargement est d'abord confirmé uniquement après la modification, le fonctionnement du fourneau reposant sur le seul procédé de mesure réelle 30 présente des risques. Pour cette raison, il est important que, au cours du fonctionnement du haut-fourneau, même lorsque la modification de chaque condition de chargement est trop faible, l'effet de cette modification sur la répartition 35 de la charge ou la répartition d'épaisseurs de la couche puisse être estimé préalablement. Lors du fonctionnement réel des hauts-fourneaux en conséquence, il est préférable 2483462 6 que la répartition de la charge soit mise à un état-opti- mal pendant un court temps et soit maintenue dans cet état par estimation de l'effet de la modification des conditions de chargement et par confirmation réelle de l'action des 5 perturbations sur le fonctionnement lui-même. L'invention repose sur ce fait et concerne un procédé de conduite de hauts-fourneaux en fonction des résultats obtenus par estimation préalable d'effets dé- pendant de la modification des conditions de chargement. 10 Ainsi, l'invention concerne un procédé de con- duite de hauts-fourneaux qui comprend la détermination de plusieurs espaces de référence, constituant chacun un es- pace d'empilement de la matière de charge et délimité par plusieurs segments de droite faisant des angles el et 15 62 avec une droite horizontale passant par la surface d'une charge préalablement empilée, avant le chargement d'un volume prédéterminé de matière par un appareillage de chargement, et la formation d'une nouvelle surface d'empilement de la charge dans l'un des espaces de réfé- 20 rence de manière que la nouvelle surface d'empilage soit formée de deux segments de droite ayant des inclinaisons el et 62 par rapport à une horizontale et recoupant une trajectoire de chute de la charge de manière qu'un espace délimité entre la nouvelle surface d'empilement et l'an- 25 cienne surface d'empilement corresponde au volume prédé- terminé de la charge, une répartition de la charge en direction radiale par rapport au fourneau étant estimée pour le fonctionnement du fourneau. D'autres caractéristiques et avantages de l'in- 30 vention seront mieux compris à la lecture de la description qui va suivre d'exemples de réalisation et en se référant aux dessins annexés sur lesquels : la figure 1 est un schéma représentant un empi- lage de charge introduite à la partie supérieure d'un haut- 35 fourneau ; la figure 2 est un schéma représentant le profil de la surface d'une couche de charge correspondant à un 2483462 7 chargement à un seul anneau dans un haut-fourneau sans cloche ; la figure 3 est un schéma représentant le profil de la surface d'une couche de charge.obtenue par chargement 5 suivant un double anneau, dans le même fourneau que la figure 2 la figure 4 est un schéma d'un modèle indiquant l'état d'empilement successif de la charge introduite dans des conditions constantes de chargement, sous forme d'es- 10 paces individuels de chargement ; la figure 5 représente schématiquement la confi- guration du programme d'empilage sous forme des espaces de référence de la figure 4, dans l'ordre d'apparition ; la figure 6 est un schéma représentant-la coor- 15 donnée de chaque point d'extrémité, l'épaisseur de la couche et le volume obtenus pour un programme fondamental d'empilement choisi parmi ceux de la figure 5 ; la figure 7 est un graphique représentant la va- riation d'un profil de surface de couche de chargement ob- 20 tenu par mise en oeuvre du procédé de l'invention, et la limite entre le minerai et le coke dans la charge ; la figure 8 est un graphique représentant un mode de réalisation de structure à empilage multiple dans la couche de charge ; 25 la figure&9 est un graphique représentant la relation entre A(O/C)max/(O/C)A' constituant un indice représentatif de la répartition de la charge calculée par mise en oeuvre du procédé de l'invention, et la valeur déterminée du coefficient d'utilisation de CO gazeux et 30 nco dans le gaz provenant du haut du fourneau ; et les figures 10a à 10f sont des graphiques, les figures 10a, lOb et 10c représentent la variation de la composition du gaz de haut-fourneau (ordonnées de gauche) et de la température du gaz à la partie supérieure (or- 35 données de droite) alors que les graphiques des figures 10d, 10e et 10f représentent la variation de la réparti-- tion de la charge calculée d'après un modèle, en fonction 2483462 8 de la distance au centre du fourneau, dans le cas de la modification du programme de chargement d'après la répar- tition de la charge, mesurée par mise en oeuvre du procédé de l'invention. 5 La figure 1 représente d'abord l'empilement d'une couche de charge introduite par un appareillage convenable, la référence A désignant la paroi du fourneau et la référence B son centre. En particulier, la figure 1 représente. l'empilement de la charge àans des conditions spécifiées 10 de chargement telles que chacun des facteurs, tels que la nature du coke, le rapport minerai/coke, le niveau de la matière et la position de l'encoche d'un blindage (fourneau à cloche) ou la position de basculement d'une glis- sière de distribution (haut-fourneau sans cloche) ont 15 des valeurs prédéterminées. Comme l'indique la figure 1, le courant de charge provenant de l'appareillage 1 tombe dans un espace délimité par le côté supérieur 2 et le côté inférieur 3 de la trajectoire de chute et vient heurter la surface 5 de la charge préalablement introduite ou 20 d'une surface d'empilement préalable 5. Dans ce cas, lorsque le profil de la répartition de la charge est en M comme indiqué sur la figure 1, une crête 6 de cette ré- partition est formée le long d'un courant principal 4 de la.charge qui tombe, à l'endroit o le courant 4 de 25 charge se divise en un courant dirigé vers le centre B et un courant dirigé vers la paroi A, en formant une nouvelle surface 7 d'empilement. Comme le profil de réparti- tion de la charge est en général un profil en M, la ré- partition en V est considérée comme un type particulier 30 de la répartition en M dans lequel la position de la crête 6 est décalée près de la paroi A. En conséquence, il suf- fit d'observer l'état d'empilement de la charge d'après le profil en M comme indiqué sur la figure 1. En outre, le profil de la nouvelle surface for- 35 mée 7 dépend non seulement des conditions précitées de chargement mais aussi de la surface 5 formée précédemment. Cependant, lorsque le volume chargé par lot est suffisam- 2483462 9 ment important, le profil de la nouvelle surface 7 prend une certaine forme en l'absence des influences du profil de la surface précédente 5. D'autre part, lorsque le vo- lume chargé par charge annulaire est petit, le profil et 5 le niveau de la nouvelle surface 7 varient avec le volume chargé et varient dans l'ordre des traits interrompus 8, 9 et 10 de la figure 1 lorsque le volume chargé augmente. En général, les conditions de chargement sont modifiées par la position de l'encoche du blindage mobile dans le 10 cas d'un haut-fourneau à cloche ou par la position de déversement de la glissière de distribution dans le cas d'un haut-fourneau sans cloche. Par exemple, la modifi- cation des conditions de chargement est effectuée à quatre moments dans la séquence de chargement C3+C5 o01 03 dans 15 le cas du fourneau à cloche et douze fois dans la séquence de chargement C-1112223344679, 0-111222334455 dans le fourneau sans cloche. Ainsi, le volume chargé pour la même position d'encoche ou de déversement est habituel- lement faible. 20 En outre, la modification du programme de char- gement est souvent réalisée lors du fonctionnement nor- mal des hauts-fourneaux afin que les performances de celui- ci soient améliorées et que son fonctionnement soit opti- misé. En conséquence, le jugement de la propriété du pro- 25 gramme de chargement nécessite une estimation exacte du profil de la surface et de la répartition d'épaisseurs de la couche de charge obtenue par totalisation des surfaces formées par empilage en fonction du programme de char- gement. 30 L'état d'empilage de la charge est représenté de la manière suivante. Le profil de la surface de la couche obtenu par chargement en un seul anneau, dans le cas d'un haut- fourneau sans cloche, est représenté sur la figure 2. 35 L'expression "chargement en-un seul anneau" utilisée dans le présent mémoire se rapporte à un procédé de char- gement continu de la charge à l'aide d'une glissière qui 2483462 10 se trouve dans une même position de déversement si bien qu'un procédé de chargement à n positions de déversement est appelé chargement en n anneaux. En conséquence, la considération de l'état final d'empilage correspondant à 5 certains programmes de chargement nécessite la connais- sance de l'état d'empilement par chargement en un seul anneau. Diverses études portant sur le chargement en un seul anneau ont montré que l'inclinaison 6 de la couche de charge en V de la partie centrale du fourneau par rapport 10 à une horizontale est pratiquement constante indépendamment de la variation de la position de déversement comme repré- senté sur la figure 2 (l'augmentation de numéro de position de déversement représenté sur la figure 2 est reliée à la réduction de l'angle de déversement de la glis15 sière). D'autre part, une inclinaison O2 augmente avec l'augmentation du numéro de la position dans une partie comprise entre la crête formée par la charge et la paroi A ou une partie périphérique de la couche de charge. Ce dernier cas montre que l'inclinaison 2 de la partie périphérique est soumise à l'influence d'un effet de paroi. Si l'on considère cet effet de paroi, on note que la charge est déversée par la glissière par chargement en double anneau comme indiqué sur la figure 3, une charge (a) étant introduite à un premier anneau près de la paroi A 25 du four pour la position no 3 de déversement, et une charge (b) étantintroduite suivant un second anneau près du centre, dans la position de déversement n0 8. Pour le chargement en deux anneaux de la figure 3, l'inclinaison el pour la position no 8 est très faible par rapport au cas du char- 30 gement en un seul anneau de la figure 2, et il est pratiquement égal à celui de la position n0 1 de déversement du chargement en un seul anneau (voir figure 2). On peut comprendre, d'après ce résultat que, dans le cas du char- gement en double anneau, la surface de matière formée par 35 la charge du premier anneau joue le même rôle que la paroi du fourneau pour la charge du second anneau. L'absence de cloche permet l'obtention de toute 2483462 11 répartition voulue de la charge, mais le profil de la ré- partition est limité dans une certaine mesure par l'obten- tion des résultats voulus de fonctionnement, suivant un degré voulu. En réalité, une répartition en V, ou en V ayant 5 une partie plate à la périphérie, ou en M ayant une partie périphérique étroite, est nécessaire lors du fonctionnement normal. En conséquence, lorsque la répartition en M est extrême comme indiqué pour les positions no 6, 8 et 10 de la figure 2, le fonctionnement normal du haut-fourneau est 10 peu probable. Dans le cas du chargement en plusieurs anneaux, l'empilage de la charge est toujours soumise à l'effet de la paroi du fourneau et de la surface d'empilage précédente. En conséquence, la nouvelle surface formée par chaque char15 ge en anneau se caractérise par la présence d'un point in- flexion ou d'une crête sur la trajectoire de chute, d'une inclinaison élevée O1 dans la partie centrale et d'une faible inclinaison 82 dans la partie périphérique, la ten- dance étant la même quelle que soit la position de déver- 20 sement. Compte tenu des considérations qui précèdent, et selon l'invention, plusieurs espaces de référence, consti- tuant chacun un espace d'empilage de la charge délimité par plusieurs segments de droite ayant des inclinaisons 1 25 et 2 par rapport à une horizontale formée sur une surface de charge déjà empilée, sont d'abord déterminés avant le chargement d'un volume prédéterminé de la matière de char- gement par l'appareillage convenable. Ensuite, la compa- raison du volume prédéterminé de la charge avec un volume 30 de chacun des espaces de référence permet l'estimation du dépôt de la nouvelle surface d'empilage de la charge dans l'un de ces espaces de référence d'une manière telle que la nouvelle surface comporte deux segments de droite d'in- clinaison O et 82 par rapport à une horizontale et se 35 recoupant sur la trajectoire de chute de la charge si bien qu' un espace délimité entre la nouvelle surface et la surface antérieure correspond au volume prédéterminé de la charge. 2483462 12 La figure 4 représente un état d'empilage de la charge dans des conditions constantes de chargement. La répartition finale de la charge déterminée par un pro- gramme de chargement correspondant à la caractéristique 5 précitée du comportement d'empilage de la charge, peut être estimée d'après un modèle de simulation caractérisé par des opérations d'empilage successives de la charge pour chaque condition donnée de chargement, successivement, comme indiqué sur la figure 4. 10 Ainsi, la nouvelle surface d'empilage comprend deux segments de droite qui se recoupent sur la trajectoire de chute, l'une ayant un gradient tg 01 et l'autre un gra- dient tg 02' comme le montre géométriquement le comportement indiqué. D'autre part, l'ancienne surface 5 est représentée 15 avec une forme comprenant plus de deux segments de droite - ayant deux gradients différents et qui se recoupent alter- nativement. Si l'on veut charger un volume V (m3) à l'aide d'une glissière de distribution dans une position particu- lière de déversement, un espace d'empilage de cette charge 20 peut être divisé par les prolongements des segments de la surface 5 en espaces de référence C, D, E et F, pourvu que l'espace F désigne une région globale formée au-dessus de l'espace de référence E. Ainsi, on calcule les volumes VC, VD, VE et VF pour les espaces C, D, E et F respec- 25 tivement. Lorsqu'on compare le volume réel chargé V au volume Vc de la couche la plus basse, lorsque V>Vc, la répartition de la charge finale déterminée pour le pro- gramme de chargement parvient jusqu'à l'espace de réfé- 30 rence D, E ou F, au-delà de l'espace C de référence. Lors- que V Ve+V +V et V type 8. Cependant, cet ordre peut être obtenu par une combinaison infinie de types de dessins d'empilage déterminés par la trajectoire de chute, le profil de la surface antérieure et le volume chargé. 15 Lors de la détermination de la nouvelle surface obtenue, il est préférable de calculer la répartition de la charge d'après les équations suivantes (2)-(15) à l'aide d'un ordinateur ou analogue. Sur la figure 5, le dessin d'empilage le plus général est le type 5 et les autres 20 types peuvent être considérés comme des exemples particu- liers de ce type 5. On suppose maintenant que la nouvelle surface de la figure 4 se trouve dans l'espace de référence D correspondant au dessin d'empilage de la figure 5, c'est- à-dire Vc dans une séquence donnée de chargement. Dans ce cas, la nouvelle surface à la fin du calcul, pour chaque lot, se 30 trouve plus haut que le niveau déterminé de la matière si bien qu'il est alors déplacé vers le bas jusqu'au niveau prévu, et le calcul du lot suivant commence. Un tel calcul 5 10 2483462 17 est poursuivi de façon répétée. Lorsque le calcul de la dernière charge du dernier lot est terminé, la condition de convergence des résultats calculés est estimée. Cette estimation repose sur le fait que tous les résultats cal- 5 culés pour le programme de chargement ne varient plus par itération pour l'ensemble du programme de chargement. Lorsque la répartition calculée atteint un état cyclique permanent, la répartition d'épaisseurs de la couche et la répartition du rapport minerai/coke en direction ra- 10 diale sont calculées, puis le calcul est interrompu. Les valeurs calculées pour la nouvelle surface, par l'estimation précitée selon l'invention, sont alors comparées aux valeurs réelles mesurées dans un haut-fourneau sans cloche suivant la séquence de chargement 15 C1-223344556677, 01î112233445, C2-334455667788 comme indiqué sur la figure 7 sur laquelle chacune des courbes en traits pleins C1, 1 et C2 représente une nouvelle sur- face pour chaque lot, estimée selon l'invention, les points noirs représentant la surface mesurée à diverses positions 20 radiales juste après le chargement de chaque lot. L'inclinaison 62 est égale à 100 aussi bien pour les couches de minerai que pour celles de coke alors que l'inclinaison el est de 33,50 pour la couche de minerai et 360 pour la couche de coke. Lorsque la couche de minerai 25 est empilée sur la couche de coke, une partie de cette dernière, près de la paroi, est entraînée vers le centre avec le courant de minerai si bien que l'inclinaison de la sur- face limite des couches de minerai et de coke devient infé- rieure à celle de la surface de la couche de, coke avant le 30 chargement du minerai et est pratiquement égale à celle de la surface de la couche de minerai. Ce comportement est confirmé par la surface limite (représentée par les petits cercles blancs) mesurée à l'aide d'un dispositif de mesure d'épaisseur de la couche, et la surface limite (repérée 35 par les croix) obtenue par utilisation d'échantillons de couche de minerai collée par de la résine, comme indiqué sur la figure 7. Ainsi, les angles 61=33,50 et 02=100 con- 2483462 18 viennent à la fois aux couches de coke et de minerai. On note sur la figure 7 que les résultats estimés représentés en traits pleins correspondent bien aux valeurs réellement mesurées et que le profil et la répartition 5 d'épaisseurs de la couche de charge peuvent être estimés par le procédé de l'invention, comme indiqué précédemment. La figure 8 représente une structure multicouche obtenue par empilement de la surface estimée de la couche pour chaque rotation de la glissière de distribution, les 10 unes sur les autres, la répartition de la charge corres- pondant à un état permanent. La séquence de chargement, dans le cas de la figure 8, est C-1122333444567, 0-1112233456777. On calcule alors la répartition radiale du rap- 15 port minerai/coke d'après les résultats obtenus pour la répartition de la charge en direction radiale. Dans ce cas, on appelle (O/C)W le rapport minerai/coke à la paroi et (O/C)C ce même rapport au centre, les valeurs maximale et minimale du rapport minerai/coke dans les parties périphé- 20 rique et médiane, et centrale respectivement, lorsque la section du gueulard est également répartie en une partie centrale, une partie médiane et une partie périphérique, étant appelées MAX(O/C)pM et MIN(O/C) cE. Ainsi, la ré- partition radiale du rapport minerai/coke est exprimée 25 sous forme calculée à partir de ces valeurs et la valeur prédéterminée de ce rapport (O/C)4 est donnée par les équations suivantes (16)-(19) : (O/C) w/(O/C) A (16) (O/C) C/ (O/C) A (17) 30 A(O/C)/(O/C)A= {(O/C)w-(O/C)c} /(O/C)A (18) A(O/C) max/(O/C)A MAX(O/C)p ,M-MIN(O/C) }/(O/(19) En général, le réglage de la répartition de la charge vise à donner une répartition d'épaisseurs de la couche de charge en direction radiale ou une répartition 35 de résistance à la circulation de gaz qui suffise à l'ob- tention d'une grande efficacité d'utilisation du gaz réduc- g. 2483462 19 teur pour la réduction du minerai lorsque le gaz réducteur remonte dans le fourneau et vient en contact avec la charge qui descend à contre-courant. Le coefficient d'utilisation du gaz réducteur est habituellement évalué d'après l'équa- 5 tion suivante (20), dépendant de la composition du gaz à la partie supérieure du haut-fourneau après la fin de la réaction solide-gaz : nco (%) = C02(%)/{CO(%)+CO2(%)}x100 (20) Il est souhaitable, pour l'augmentation de ce 10 rendement nco, de rendre uniforme la répartition d'épais- seurs ou la répartition de résistance à la circulation du gaz en direction radiale du fourneau. Cependant, une uni- formisation excessive a tendance à repousser la circulation du gaz vers la partie périphérique du fourneau.ou à pro- 15 voquer le passage d'une quantité excessive de gaz dans cette partie périphérique, et cette caractéristique est défavorable au fonctionnement du haut-fourneau de même qu'une circulation excessive dans la partie centrale, et provoque une réduction du rendement n co' Cependant, il est 20 nécessaire d'optimiser la répartition d'épaisseurs de la couche afin que le rendement n co soit amélioré. A cet égard, il est souhaitable que la réparti- tion d'épaisseurs de la couche en direction radiale soit sous forme d'un indice exprimé directement par une seule 25 valeur numérique. A cet effet, on adopte selon l'invention les différentes définitions d'indices. (i) (O/C)w rapport minerai/coke à la paroi du fourneau ; (ii) (O/C)w-(O/C)A différence entre ( /C)w et la 30 valeur moyenne de (O/C) ou une valeur prédéterminée pour une charge ; les augmentations de ces indices (i) et (ii) indiquent un fonctionnement essentiellement au centre. 35 (iii) ( /C) : rapport minerai/coke au centre du four ; 2483462 20 (iv) (O/C) c(O/C)A la réduction de ces indices (iii) et (iv) indique un fonctionnement essentiellement au centre. (v) A (O/C) = (O/C) w- (O/C)c ; 5 (vi) A(O/C) max = MAX(O/C) M-MIN(O/C)CE; ces indices (v) et (vi) représentent le degré de dispersion ou d'uniformité de répartition d'épaisseurs de la couche et son augmentation indique un fonctionnement au centre. Lors du calcul de A(O/C)max, la section du gueulard est 10 divisée également en une partie centrale (CE), une partie médiane (M) et une partie périphérique (P), et on appelle MAX(O/C) M la valeur maximale du rapport minerai/coke dans une région localisée disposée entre la partie médiane et la partie périphérique, et MIN(O/C)CE une valeur minimale 15 du rapport minerai/coke dans la partie centrale. Chaque valeur des indices précités dépend de (O/C)A ou du rapport minerai/coke prédéterminé pour une charge et elle est normalisée sous forme des indices sui- vants (vii)-(x) : 20 (vii) (O/C)w/(O/C)A (viii) (O/C) c/(O/C)A (ix) A(O/C)/(O/C)A (x) A(O/C) max/(O/C) A dans ce cas, les indices normalisés (ii) et (iv) ont la 25 même signification que les indices correspondants (vii) et (viii). Lors du fonctionnement réel d'un haut-fourneau Aans cloche, la valeur mesurée du rendement nco varie avec A(O/C)max/(O/C)A correspondant à l'indice (x) donnant 30 le résultat indiqué sur la figure 9. Chacun des chiffres I, II et III de la figure 9 représente un cas du tableau suivant II. 2483462 21 TABLEAU II Cas I Cas II Cas III Production de 8992 9403 10144 fonte, t/d Minerai aggloméré 80,0 82,7 89,5 % Volume soufflé 6661 6669 6885 m3/min, cond. normales Pression de souf- 4,121 4,169 4,310 flage, bar Température de 1285 1253 1293 soufflage, 0C Pression en haut 2,280 2,359 2,468 bar AP/V 0,280 0,275 0,271 i Co' %46,2 50,6 53,5 (O/C)A 3,80 3,96 4,08 Débit de combustible 472,3 455,1 436,0 kg/t de fonte Débit de coke 425,3 409,9 400,9 kg/t de fonte Débit d'huile 47,0 45,2 35,1 kg/t de fonte (Si), % 0,51 0,45 0,31 Température de la 1511 1512 1500 fonte, C Programme de coke 344556677889 11122233446710 1122333444567 chargement minerai 1122334455 111222334455 1112233456777 (O/C) max A(O/C)max 1,60 0,638 -0,253 (O/C)A 2483462 22 Le cas I correspond à un programme de chargement conduisant à une circulation vers le centre et empêchant une élévation de température à la paroi du four, au détri- ment du rendement nTco et du débit de combustible, la va- 5 leur de A(O/C) max/(O/C)A étant augmentée afin que l'épais- seur de la couche de minerai augmente près de la paroi et supprime l'écoulement périphérique. En conséquence, le rendement nco a une valeur aussi faible que 46,2 % et le débitde combustible est d'environ 470 kilogrammes par tonne 10 de fonte. En outre, la température du gaz est de 350C près de la paroi du fourneau et est la plus faible de tous les cas comme indiqué par la répartition de température du gaz évacué, indiquée en traits interrompus sur les figures iQa à Loc. 15 Le cas III correspond à un programme de charge- ment conduisant à un travail à la périphérie, augmentant le rendement n co et réduisant le débit de combustible, la répartition d'épaisseur de la couche en direction radiale étant rendue uniforme et la valeur du rapport (O/C)w étant 20 inférieure à la valeur (O/C)c afin que la valeur de ,(O/C) max/(O/C)A soit négative. Comme l'indique la répar- tition de la composition du gaz évacué comme indiqué sur la figure 10, ce cas donne un excellent effet d'uniformi- sation de répartition d'épaisseurs en direction radiale. 25 Comme la teneur en CO gazeux (le pourcentage est repré- senté par la courbe en trait plein sur les figures lOa à loc) est élevée dans la partie centrale du fourneau, le rendement n co est élevé dans les parties madiane et péri- phérique. Dans ce cas, la raison pour laquelle le débit 30 périphérique n'est pas excessif même dans la condition (o/C)w du fourneau du fait de la ségrégation en direction radiale. En conséquence, le débit au centre est maintenu dans une 35 plage convenable. Le cas II est intermédiaire entre les cas I et III et représente un diagramme de chargement correspondant 2483462 23 à une augmentation progressive du rendement T O entre le cas I et le cas III, avec la valeur de à(O/C) Max/(O/C)A En outre, lorsque la répartition estimée de la charge (C désignant la couche de coke et O la couche 5 de minerai) est comparée à celle de la composition des gaz, comme indiqué sur les figures lOa à 10f, on note que le rapport O/C est supérieur à 3,5 environ dans les trois cas dans une région ou la teneur en CO2 (traits interrompus) est supérieure à la teneur en CO ou dans une région locale 10 dans laquelle le rendement nco est supérieur à 50 %. En d'autres termes, la composition du gaz peut être prévue d'après la répartition estimée de la charge. Comme l'indiquent les considérations qui pré- cèdent, la valeur de L(O/C)max/(O/C)A peut être obtenue 15 d'après la répartition estimée antérieurement de la charge, représentant l'état de circulation du gaz dans le fourneau ou l'état de fonctionnement de celui-ci. En conséquence, lorsque la valeur de cet indice est modifiée d'après les conditions de fonctionnement, plusieurs programmes de char- 20 gement peuvent être proposés pour une telle valeur modi- fiée, d'après le calcul de la répartition convenable de la charge. Etant donné-qu'un grand nombre de programmes de chargement peuvent être utilisés en pratique, on choisit l'un d'eux afin que le fonctionnement du fourneau soit op- 25 timisé. Ensuite, les indices précités (16), (17) et (18) sont calculés à l'aide de la valeur â(O/C) max/(O/C)A' avec un ordinateur qui met en oeuvre les équations du tableau III qui suit. En outre, la modification du programme de chargement peut être réalisée expérimentalement sans uti- 30 lisation des indices calculés, mais dans ce cas, la modi- fication peut souvent être excessive si bien que le fonc- tionnement du four peut fluctuer et l'amélioration des conditions de fonctionnement peut prendre un temps long. En conséquence, il est préférable que la modification du 35 programme de chargement selon le procédé précité de calcul soit effectuée progressivement. 2483462 24 TABLEAU III Lors du fonctionnement réel, les inclinaisons 01 et 02 de la couche de charge à la partie supérieure du fourneau dépendent de la nature de la charge, de sa granu- lométrie, de sa teneur en humidité, du volume soufflé, du 10 volume de gaz évacué et des conditions de chargement. L'in- clinaison O1 dépend de tous ces facteurs alors que l'in- clinaison 02 dépend essentiellement des conditions de char- gement. La couche de charge est soumise à une force de 15 traînée correspondant à une perte de charge d'un gaz remon- tant à travers cette couche si bien que l'inclinaison de la couche de charge diffère de l'état pris en l'absence de circulation de gaz et vient à l'équilibre avec une in- clinaison plus faible. En d'autres termes, l'inclinaison 20 diminue lorsque la perte de charge du gaz augmente, lors- que la dimension particulaire diminue ou lorsque le débit de gaz augmente. Si l'on considère ce phénomène, l'incli- naison de la partie centrale ayant par exemple un profil en V est déterminée de manière que la relation entre la 25 force de traînée exercée par le gaz, le poids de la charge et la contrainte de cisaillement dans la couche de la char- ge correspondent à une contrainte critique. D'autre part, la partie périphérique qui a une faible inclinaison n'est pas à l'état de contrainte critique si bien que cette in- 30 clinaison n'est déterminée que par le mouvement de la charge lors du chargement, sans être influencée par l'in- teraction dynamique du courant de gaz et de la couche de charge. Y x Equation représentative (O/C)w/(O/C)A à(O/C) /(O/C) y=0,122x2+0,45x+0,995 (O/C)c/(O/C)A y=0,0625x2-0,456x+0,985 5 A(O/C)/(O/C) A _ _ i_ y=0,99x+0,01 2483462 25 Parmi les facteurs précités qui ont une influence sur les inclinaisons O1 et 62, les facteurs autres que la dimension particulaire et la teneur en humidité sont des facteurs opérationnels déterminés à-volonté par l'opéra5 teur si bien que l'effet de ces facteurs sur 01 et 62 peut être prévu. Cependant, la granulométrie et la teneur en humidité sont réglées dans une certaine mesure et ne peu- vent pas être ajustées. On doit considérer qu'il s'agit de facteurs perturbateurs en ce qui concerne la répartition de la charge. Le volume du courant de charge réparti dans les parties centrale et périphérique, recoupées par la trajec- toire de chute comme indiqué sur la figure 6, varie avec variation des angles 01 et 02. La relation entre AH et Ah, 15 correspondant à la figure 6, est donnée par l'équation sui- vante (20) : AH H'(r )-12 Ah HI(rx)-i.Ix (20) H' ) dH ~ dans laquelle '(r')= - r=r 20 Comme l'indique la relation qui précède, même lorsque tous les autres facteurs opérationnels sont fixes, il n'y a aucune garantie de l'invariabilité des angles 0i et 62. Ainsi, la répartition de la charge varie avec la variation des angles 01 et 02, suivant l'équation (20). A 25 cet égard, la valeur de A(O/C) max/(O/C)A représentée sur la figure 9 est calculée et donne 01=280 et 02=100, sans considération des facteurs variables. En fait, la variation du rendement n co de 1,5 à 2,0 % est observée pour la même valeur de A(O/C) max/(O/C)A. Cette variation de TCo 30 est considérée comme due à la variation du facteur de per- turbation sur l'inclinaison ainsi qu'auxfacteursopération- nels. Heureusement, les angles el et 02 peuvent être facilement déterminés d'après le profil de la surface de 35 la charge, mesuré à l'aide d'un dispositif de sondage mobile radialement ou par un procédé optique mettant en 2483462 26 oeuvre des hyperfréquences ou un laser. On considère main- tenant un mode de réalisation qui permet une amélioration du fonctionnement réel d'un haut-fourneau, par utilisation des angles mesurés -i et 02 dans un modèle de simulation, 5 avec compensation de la variation de O1 et 62 avec la mo- dification du programme de chargement afin que la répar- tition de la charge soit toujours à un état fixe. Le profil de la surface de la charge est mesuré à l'aide d'un appareil de mesure profil-mètre mobile ra- 10 dialement et placé au-dessus de la charge et ayant un dis- positif de sondage. Le tableau IV qui suit indique des exemples de modification du programme de chargement pendant 10 jours de travail selon l'invention. L'action n02 correspond au 15 cas o la dimension particulaire de la charge est réduite pour certaines raisons et le fourneau a tendance à tra- vailler à la périphérie, après la poursuite du programme normal de chargement. Dans ce cas en conséquence, l'in- dice I(O/C)max/(O/C)A revient à sa valeur d'origine par 20 modification uniquement du programme de chargement du minerai. D'autre part, des actions n0 4 et 6 ont tendance à provoquer un travail au centre et dans ces cas, le chan- gement de répartition dû aiu facteu1z opérationnels est sup- primé par modification du seul programme de chargement du 25 minerai ou du coke afin que l'indice A(O/C) max/(O/C)A' En conséquence, lorsque le résultat obtenu selon l'invention est comparé au résultat obtenu avec le programme normal de chargement, sans opération modifiant les angles O1 et 02, la valeur moyenne du rendement nco est augmentée de 30 0,4 % et la variation de ce rendement est plus faible, si bien que l'invention assure un réglage efficace de la ré- partition de la charge. TABLEAU IV Inclinaison A(O/C) max/(O/C)A Modification du pro- Action Facteur de perturbation déterminée . ....ge no ou action entreprise e1 2 Programme Programme gramme de chargement normal modifié Plan normal 1 Normale 28 5 -0,197 . C 1223345677 ) I~ 1112233456777' Variation de la dimension particulaire et de la teneur 2 pen humidité (la quantité 25 5,5 -0,220 -0,194 O 1112233445677 en humidite (la quantité modifiée n'est pas nette) 3 Retour à la normale 28 5 -0,197 -0,197 Normal 4 Réduction du volume soufflé 30,5 4,5 -0,161 -0,202 C 1112233444567 (-5 %) Retour à la normale (aug- 5 mentation du volume soufflé, 28 5 -0,197 -0,197 Normal + 5 %) 6 Réduction du rapport des +) 30 6 -0,178 -0,192 O 1122334456777 agglomérés (6 + 1 %) ___________________________ Mise en oeuvre de l'invention : nco = 53,8 % + 0,3 (10 jours) Avant mise en oeuvre de l'invention, programme normal de chargement : nco = 53,4 % + 0,6 (10 jours) -tJ M Co o 2483462 28 Comme indiqué précédemment en détail, l'inven- tion rend possible l'estimation de l'état d'empilage de la charge à la partie supérieure du fourneau, c'est-à-dire du profil de la surface et de la répartition d'épaisseurs de 5 la couche de charge, d'après les propriétés physiques de la charge, les conditions de fonctionnement du four et les conditions de chargement avant l'introduction de la charge dans le four, si bien que le procédé de chargement peut être déterminé quantitativement en vue de l'optimisation 10 de la répartition d'épaisseur de la couche, et le fonc- tionnement du haut-fourneau peut être commandé afin que la répartition de la charge reste toujours optimale. En con- séquence, l'invention permet une réduction efficace du dé- bit de combustible consommé et la stabilisation du fonc- 15 tionnement du haut-fourneau. Bien entendu, diverses modifications peuvent être apportées par l'homme de l'art aux dispositifs et procédés qui viennent d'être décrits uniquement à titre d'exemples non limitatifs sans sortir du cadre de l'inven- 20 tion. 2483462 29 REVENDICATIONS 1. Procédé de conduite de haut-fourneau, carac- térisé en ce qu'il comprend la détermination de plusieurs espaces de référence constituant chacun un espace d'empi- 5 lage de la matière de la charge et délimité par plu- sieurs segments de droite faisant des angles O1 et 02 avec une horizontale, sur une surface de la charge intro- duite précédemment, avant le chargement d'un volume prédé- terminé de matière de charge à l'aide d'un appareillage 10 convenable, puis le dépôt de la charge dans l'un des es- paces de référence avec formation d'une nouvelle surface d'empilage de manière que cette nouvelle surface soit délimitée par deux segments de droite formant des angle 61 et 62 avec une horizontale et se recoupant sur une tra- 15 jectoire de chute de la charge afin qu'un espace délimité entre la nouvelle surface et la surface précédente cor- responde au volume prédéterminé de la matière de charge, puis le chargement du volume prédéterminé de matière de charge à l'aide de l'appareillage jusqu'à la position de 20 la nouvelle surface, au-dessus de la surface précédente de la charge. 2. Procédé de conduite de haut-fourneau, carac- térisé en ce qu'il comprend la détermination de plusieurs espaces de référence constituant chacun un espace d'empi- 25 lage d'une matière de charge délimité par plusieurs segments de droite d'inclinaisons 01 et 62 par rapport à une horizontale, sur une surface de charge empilée précé- demment, avant le chargement d'un volume prédéterminé de la matière de charge à l'aide d'un appareillage convenable, 30 le dépôt de la charge dans l'un des espaces de référence avec formation d'une nouvelle surface d'empilage d'une ma- nière telle que cette nouvelle surface soit délimitée par deux segments de droite ayant des inclinaisons 61 et et par rapport à l'horizontale et recoupant une trajectoire 35 de chute de la charge afin qu'un espace délimité entre la nouvelle surface et la surface précédente corresponde au volume prédéterminé de la matière de charge, si bien que 2483462 30 la répartition de la charge en direction radiale du four- neau est estimée, le calcul, à partir de ce résultat es- timé de la répartition de la charge, d'un indice donné par l'équation suivante : 5 At(O/C)max/(O/C)A = {MAX(O/C)pM-MIN(O/C) CE}/(O/C)A dans laquelle MAX(O/C)p M est une valeur maximale du rap- port minerai/coke dans une région comprenant les parties périphérique et médiane, la section du gueulard étant con- sidérée comme répartie également en partiescentrale, mé- 10 diane et périphérique, MIN(O/C)cE est une valeur minimale du rapport minerai/coke dans la partie centrale, et (O/C)A est une valeur prédéterminée du rapport minerai/coke, la variation de la valeur de l'indice selon le fonctionnement prévu du haut-fourneau, la détermination d'un programme 15 de chargement correspondant à la valeur modifiée de l'in- dice, et la conduite du fonctionnement du haut-fourneau en fonction du programme déterminé de chargement. 3. Procédé selon la revendication 2, caractérisé en ce que l'indice est corrélé aux indices suivants, par 20 les relations suivantes, A(O/C)max/(O/C)A étant appelé x : (O/C)w/(O/C)A = 0,122x2+0,45x+0,995 (O/C) C/(O/C)A = 0,0625x2-0,456x+0,985 A(O/C)/(O/C)A = 0,99x+0,01 (O/C)W désignant le rapport minerai/coke à la paroi du 25 four, (O/C)c désignant ce même rapport au centre du four et A (O/C) désignant (O/C)w-(O/C)c. 4. Procédé de conduite de haut-fourneau, carac- térisé en ce qu'il comprend la détermination de plusieurs espaces de référence, constituant chacun un espace d'em- 30 pilage d'une matière de charge délimité par plusieurs segments de droite d'inclinaisons 01 et 82 par rapport à une horizontale, sur la surface d'une charge préalablement empilée, avant le chargement d'un volume prédéterminé de la matière de charge à l'aide d'un appareillage convenable, 35 le dépôt de la charge dans l'un des espaces de référence 2483462 31 avec formation d'une nouvelle surface d'empilage de ma- nière que cette nouvelle surface soit délimitée par deux segments de droite d'anales O1 et 62 avec une hori- zontale et recoupant une trajectoire de chute de la charge- 5 de manière qu'un espace délimité entre la nouvelle sur- face et la surface précédente corresponde au volume pré- déterminé de matière de charge, si bien qu'une réparti- tion de la charge en direction radiale du fourneau est estimée, le calcul, à partir de ce résultat estimé de la 10 répartition de la charge, d'un indice donné par l'équation suivante : A(O/C) max/(O/C)A= {MAX(0/C)pM-MIN(O/C)CE} /(0/C)A dans laquelle MAX(O/C) M est une valeur maximale du rap- port minerai/coke dans une région comprenant les parties 15 périphérique et médiane, la section du gueulard étant répartie également en parties centrale, médiane et péri- phérique, MIN(O/C)CE est la valeur minimale du rapport minerai/coke dans la partie centrale, et (O/C)A est une valeur prédéterminée du rapport minerai/coke, la modifica- 20 tion des inclinaisons 01 et 62 d'après les valeurs déter- minées qui varient lors du fonctionnement réel, le calcul de la répartition de la charge et de l'indice correspon- dant aux valeurs modifiées des inclinaisons 61 et 62 pour divers programmes dé chargement, la détermination d'un 25 programme de chargement donnant une valeur constante a. l'indice, et la conduiie successive du fonctionnement du four- neau d'après le programme déterminé de chargement afin que la répartition de la charge soit constante.