Brevet FR2491952A1 — publié le 19820416

- 1 9- La présente invention concerne des perfectionnements aux installations d'alimentation des fours à cuve à gueulard sans cloche, comprenant une goulotte d'alimentation rotative dont la position angulaire est ajustable et qui est disposée en aval d'un chenal d'alimentation vertical, ainsi qu'un ou deux sas de stockage intermédiaires disposés en amont du che- nal d'alimentation de façon désaxée par rapport à l'axe de ce dernier. L'invention s'applique plus particulièrement aux hauts fourneaux modernes à forte capacité et contre- pression élevée au gueulard. Les installations d'alimentation pour hauts four- neaux fonctionnant sans cloche remplacent de plus en plus les anciennes installations à cloches, dont la limite de capa- cité a été dépassée au cours du développement des grands fours modernes à haute performance et travaillant à contre- pression élevée. Les installations d'alimentation telles que décrites dans le préambule sont donc bien connues au- jourd'hui. Etant donné qu'elles permettent d'assurer une répartition arbitraire de la matière à enfourner sur le lit de fusion du haut fourneau et de réaliser ainsi une exploi- tation optimale de celui-ci, leur principe en soi est par- fait. Il s'est avéré cependant qu'on ne peut pas profiter pleinement des possibilités offertes par ce nouveau disposi- tif de chargement à cause d'un manque de contrôle sur la trajectoire de la matière à enfourner en amont de la gou- lotte. Etant donné en effet que, suite à la disposition désaxée du ou des sas de stockage intermédiaires, la matière suit une trajectoire oblique depuis l'ouverture de sortie du sas vers le chenal d'alimentation, la chute de la matière ne se fera pas suivant l'axe central de ce chenal, mais le long de la paroi de celui-ci, du côté opposé par rapport au sas en cours de vidange. Cette chute décalée de la matière le long de la paroi du chenal a comme conséquence que le point d'impact de la matière sur l'extrémité arrière de la goulotte exécute, pour une inclinaison donnée de la goulotte, un mouvement de va-et-vient par rapport à un point d'impact moyen lors de la rotation de la goulotte, ce point d'impact moyen, ou intermédiaire, se situant théoriquement sur l'in- tersection de l'axe du four avec le fond de la goulotte. Or, - 2491952 -2- ce fond de goulotte formant glissoir pour la matière à enfour- ner est constité de manière à freiner considérablement la vi- tesse de chute de la matière, c'est-à-dire que celle-ci est d'autant plus freinée qu'elle a un chemin plus long à par- courir sur le fond de la goulotte. En d'autres termes, la matière tombant sur la goulotte en aval du point d'impact in- termédiaire traverse la goulotte plus vite que celle tombant sur la goulotte en amont de ce point. La conséquence de cet- te situation est qu'il se produit une autre répartition de la matière sur le lit de fusion du côté de la partie de la paroi du chenal d'alimentation le long de laquelle dégringole la matière, que du côté opposé sur le lit de fusion. Ceci revient également à dire que le ou les côtés du lit de fusion se trouvant dans le prolongement de l'axe de sortie du ou des sas reçoivent davantage de matière que les côtés opposés à cette direction, avec comme conséquence une répartition inégale de la matière sur le lit de fusion et les désavanta- ges qui en suivent pour la bonne marche du four. Un autre désavantage évident de ce dispositif d'a- limentation connu est une détérioration rapide des parties du chenal d'alimentation subissant l'impact et le frottement du jet de matière, étant donné que ce sont toujours les mê- mes endroits de la paroi latérale du chenal qui sont affectés. En outre, ce chenal est difficilement accessible pour le dé- montage et les réparations. Il est vrai qu'on a proposé de pallier ce dernier inconvénient de l'état de la technique antérieur dans le brevet français No 76 20 742, mais en ne fournissant qu'une solution partielle au problème de chargement inégal du lit de fusion. La présente invention a comme but d'éliminer les in- convénients susmentionnés en prévoyant des moyens permettant de diriger la chute des matériaux sensiblement par l'axe cen- tral du chenal d'alimentation, de sorte que les sollicitations de la paroi latérale de celui-ci soient réduites à un minimum et le point d'impact de la matière sur l'extrémité arrière de la goulotte situé constamment au même endroit lors de la rota- tion de la goulotte avec un angle de déversement donné. Afin d'atteindre l'objectif qu'elle s'est fixé, 249 1952 -3- la présente invention prévoit des perfectionnements aux ins- tallations d'alimentation des hauts fourneaux à gueulards sans cloche telles que décrites dans le préambule, caracté- risés par au moins une palette de guidage orientable, montée entre le ou les sas et le chenal d'alimentation. Les particularités et avantages procurés par la présente invention ressortiront plus clairement de la des- cription détaillée de plusieurs modes de réalisation donnés à titre d'exemples en référence aux dessins annexés qui re- présentent: Figure 1, une installation d'alimentation à gou- lotte selon l'état de la technique avec un seul sas et la goulotte tournée dans une première direction, Figure 2, une partie de l'installation selon la figure 1, avec la goulotte tournée dans une deuxième direc- tion, Figures 3 à 5, différentes positions des palettes orientables selon un premier mode de commande de celles-ci, Figures 7 à 9, différentes positions des palettes orientables selon un second mode de commande de celles-ci, Figure 10, un mode d'exécution schématisé pour l'entraînement des palettes orientables, Figure 11, une vue en élévation schématique, par- tiellement en coupe, de la disposition des palettes orien- tables dans la zone intermédiaire entre le ou les sas et le chenal d'alimentation, Figure 12, une vue en plan de la figure 11, La figure 13 montre schématiquement une coupe ver- ticale d'un mode de réalisation avec une seule palette orien- table, La figure 14 montre schématiquement une vue en plan du mode de réalisation illustré par la figure 13, Les figures 15 et 16 correspondent respectivement aux figures 13 et 14 et illustrent une variante perfectionnée du mode d'exécution de ces dernières figures. *La figure 1 montre le gueulard d'un four à cuve, en l'occurence d'un haut fourneau 16, muni d'une installa- tion d'alimentation à goulotte rotative selon l'état de la technique. Cette installation se compose essentiellement 2 491952 -4- d'un sas de stockage intermédiaire 18 avec une tubulure de sortie 20, dont l'axe a une direction inclinée par rapport à l'axe commun 22 du four et d'un chenal d'alimentation cen- tral 24. L'ouverture de sortie de la tubulure 20 est régla- ble à l'aide d'un clapet de dosage 26. En position fermée de ce dernier, un clapet d'étanchéité 28 est fermé à son tour afin d'éviter une perte de pression dans le four. Une cou- ronne intermédiaire tronconique 30 sert de protection à des compensateurs 32 contre des impacts de matière de chargement chutant de l'ouverture de sortie du sas 18 vers le chenal central d'alimentation 24 en forme d'entonnoir, dont la fonc- tion ressort de la figure et qui consiste à diriger le flux des matériaux de chargement sur l'extrémité arrière de la goulotte d'alimentation 34. Cette goulotte, dont l'angle de déversement est variable, est montrée en positionde déver- ser de la matière de chargement vers la périphérie gauche du four et de son lit de fusion 37. Dans cette phase de rotation de la goulotte autour de l'axe du four, le point d'impact 36 des matériaux sur le fond de la goulotte se trouve en amont du point d'intersection 38 de l'axe du four avec le fond de la goulotte. Le chemin à parcourir par la matière sur le fond de la goulotte, c'est-à-dire la distance des points 36 à 40, est donc dans ce cas plus grand que la distance des points 38 à 40, c'est-à- dire la distance entre le point d'intersection 38 de l'axe du four avec le fond de la goulotte et la bouche de la goulotte. De ce fait, les matériaux subissent dans- cette position giratoire de la goulotte un freinage maximum sur le fond rugueux de la goulotte. Le contraire se produit dans la position giratoire de la goulotte selon la figure 2. Ici, le point d'impact 36' des matériaux sur le fond de la goulotte se trouve en aval du point d'intersection 38' de l'axe du four avec le fond de la goulotte. Le chemin à parcourir par la matière sur le fond de la goulotte, c'est-à-dire la distance des points 36' à 40',est dans ce cas plus petit que la distance entre le point d'intersection 38' de l'axe du four avec le fond de la goulotte et la bouche 40' de la goulotte. De ce fait, les matériaux subissent dans cette position giratoire de la gou- lotte un freinage minimum sur le fond rugueux de la goulotte. 249 1952 -5- Il en résulte que dans cette position, la goulotte dirige la matière de chargement plus loin que dans la position selon la figure 1, avec comme conséquence une accumulation 42 de matière sur le lit de fusion de ce côté du four, c'est-à- dire du côté droit selon la figure 2. Dans le cas de deux sas prévus de part et d'autre de l'axe du four (non montré), on aurait également une accu- mulation de matériaux (non montrés) sur le côté gauche (tou- jours selon la figure 2) du lit de fusion. Un minimum de dépôt de matériaux se ferait alors devant, ou derrière le plan du dessin. Pour éviter de tels dépôts irréguliers de matière sur le lit de fusion et les désavantages qui en découlent pour la bonne marche du four, et aussi pour réduire au minimum l'usure par suite des impacts et du frottement de la matière contre les parois du chenal d'alimentation, l'invention pré-' voit, selon un premier mode de réalisation, des palettes orientables entre le ou les sas et le chenal d'alimenta- tion. Les figures 3 à 9 montrent ces palettes de guidage 44, 46, disposées légèrement en amont de la couronne de pro- tection tronconique 30 et montées, par l'une de leurs ex- trémités, sur des arbres d'entraînement 48 et 50. L'invention prévoit en principe deux modes dis- tincts pour la commande des arbres d'entraînement 48 et 50. Selon un premier mode d'exécution (non montré), les deux arbres sont commandés séparément, de sorte qu'ils peuvent exécuter une rotation indépendante l'une de l'autre, cela concernant aussi bien le sens de la rotation que son amplitude. Selon un second mode d'exécution, qui sera décrit plus en détail avec référence à la figure 10, les deux ar- bres sont reliés par un mécanisme adéquat, afin de provoquer une rotation des deux arbres dans le même sens de rotation. Il est évident que le premier mode d'exécution est plus flexible dans ses application que le second, tandis que celui-ci a l'avantage d'une plus grande simplicité de fonctionnement. Les figures 3 à 6 montrent différentes phases de fonctionnement du premier mode de commande des arbres d'en- 249 1952 -6- trainement 48 et 50, pour provoquer un pivotement indépen- dant des palettes de guidage 44 et 46. Dans la figure 3, un important flux de matière 52 est déversé du ou des sas (non montré) vers la goulotte 34 via les palettes orientables 44, 46, la couronne de protection 30 et le chenal central d'alimentation 24. Un débit de matière volumétriquement important, tel que celui montré dans cette figure 3 est nécessaire quand il s'agit d'enfourner des matières relati- vement plus légères, telles que le coke, par rapport à des matières relativement plus lourdes, telles que le minerai (voir figure 4). En comparant la position des palettes 44, 46 dans les deux figures 3 et 4, on constate que leur incli- naison par rapport à l'axe du four (c'est-à-dire du chenal d'alimentation 24) a été adaptée aux débits 52 et 58 de matière en ce sens que dans le cas du débit plus faible 58, on a diminué l'ouverture de passage entre les palettes par rapport à leur ouverture selon la figure 3. Ce rétrécisse- ment de l'ouverture, ou plutôt le changement de la forme de la section du courant de matière selon la figure 4 s'est opéré, ainsi qu'il ressort d'une comparaison entre ces deux figures, par une rotation en sens inverse des arbres 48 et 50. Les figures 3 et 4 montrent donc une application du premier mode d'entraînement o l'inclinaison des palettes orientables peut être choisie selon le débit de matière à en- fourner tout en assurant une chute centrale de cette der- nière à travers le chenal d'alimentation 24. A cause de cette chute centrale, le point d'impact 36 de la matière sur la partie arrière de la goulotte coïncide avec le point 38, point d'intersection de l'axe du four (et du chenal 24) avec le fond de la goulotte. En d'autres termes, en réali- sant, à l'aide des palettes orientables, une chute centrale de la matière, celle-ci aura, pour toutes les phases gira- toires de la goulotte, le même chemin à parcourir sur le fond de cette dernière. Ceci signified'après les explica- tions données précédemment, que toutes les zones du lit de fusion reçoivent la même quantité de matière pour un angle d'inclinaison donné de la goulotte. La chute centrale de la matière à travers le chenal, 24 visée par la présente 249 1952 -7- invention est d'ailleurs aussi assurée dans les variantes de positionnement des palettes montrées dans les figures 5 à 9. Parmi ces figures 5 à 9, les figures 5 et 6 mon- trent toujours le mode de positionnement indépendant des palettes, avec la différence par rapport aux figures 3 et 4, qu'on se contente ici de n'utiliser qu'une seule (46) des deux palettes pour dévier le flux de matière ou pour centra- liser soit un flux important (figure 5) soit un flux plus faible (figure 6) de matière à charger. îO Les figures 7 à 9 enfin illustrent schématiquement le fonctionnement des deux palettes de guidage selon le se- cond mode de commande o les palettes sont basculées simul- tanément par une rotation dans le même sens des deux arbres 48 et 50, reliés entre eux par un mécanisme adéquat. Dans la figure 7, les deux palettes ont une inclinaison sensible- ment identique (inversée) par rapport à l'axe du four, tan- dis que dans la figure 8, les arbres 48 et 50 ont été tour- nés simultanément dans le sens des aiguilles d'une montre, et dans la figure 9, dans le sens contraire, toujours par rap- port à leur position selon la figure 7. Ces figures 7 à 9 montrent donc qu'il est également possible de réaliser une chute centrale de la matière avec le second mode de commande des palettes, en faisant pivoter celles-ci simultanément dans l'une ou l'autre direction en fonction du débit de matière et/ou de sa trajectoire (cfr les figures 8 et 9). La figure 10 illustre un mode d'exécution pour la manoeuvre des palettes selon le second mode, donc celui o les palettes sont reliées entre elles par un mécanisme adé- quat afin de provoquer un mouvement simultané des palettes dans le même sens de rotation des arbres 48 et 50. A cet effet, des leviers 54 et 56, respectivement solidaires avec les arbres 48 et 50, sont actionnés par un levier central 60 via des pivots 62, 64 sur le levier 60 et des trous oblongs 66 et 68 dans les leviers 54 et 56, collaborant avec les pi- vots 62, 64. Le levier central 60 lui-même est actionné par un servomoteur, par exemple un vérin hydraulique 70 via un autre levier de commande 72, agissant sur l'axe du levier cen- tral 60. Dans cette figure 10, on a montré différentes po- 249 1952 -8- sitions 44, 46, puis 44', 46' et enfin 44", 46" des palettes et des leviers 54, 56, positions représentées respectivement en traits pleins, en traits interrompus et en traits mixtes. L'inclinaison résultant entre le levier de commande 72 et la verticale pour ces différentes positions des palettes est symbolisée respectivement par les médianes 74, 74' et 74". Les figures 1l et 12 sont respectivement des vues en élévation et en plan de l'intégration pratique du dispo- sitif selon la figure 10 dans le système d'alimentation du four. La comparaison des différentes figures (voir aussi figure 1) est facilitée par l'emploi des mêmes références pour les mêmes éléments. Ainsi qu'on peut le constater, les palettes 44 et 46 sont disposées sur la plus grande partie de leur longueur le long des parois intérieures de la cou- ronne de protection 30. Les arbres48, 50 sur lesquels sont accrochées les palettes 44 et 46, sont disposés en amont de la couronne 30, à un endroit bien accessible pour le rem- placement des palettes quand leur usure l'exige. Il est à noter que dans la figure 12, le vérin 70 de la figure 10 n'est pas représenté et le levier de commande 72 rabattu d'environ 900. Au lieu des deux palettes 44, 46 on pourrait éga- lement prévoir quatre palettes disposées en croix, et oppo- sées deux à deux. Quoique l'invention trouve son application dans tous les fours dont le système de distribution comporte une goulotte rotative, elle déploie plus particulièrement ses avantages lorsque le four n'est muni que d'un seul sas de stockage comme c'est le cas du dispositif faisant l'objet du brevet de la demande de brevet français No 79 29 853. Il faut finalement souligner le caractère illus- tratif de la description du mode de réalisation ci-dessus. En effet, de nombreuses modifications sont possibles sans sortir du cadre de l'invention. Une variante avantageuse consiste notamment à remplacer le mécanisme selon la fi- gure 10 pour actionner les palettes au moyen de leviers avec des pivots coulissant dans des trous oblongs, par un mécanisme à engrenage o les extrémités des leviers sont pourvus de secteurs dentés coopérant avec un pignon central -9- solidaire du levier de commande 72. Les figuresl3 à 16 montrent deux modes de réali- sation avec une seule palette de guidage et convenant, de ce fait, plus particulièrement aux installations d'alimentation pourvues d'un seul sas de stockage intermédiaire. Dans le premier mode de réalisation, illustré par les figures 13 et 14, il est prévu une palette orien- table 146 portée par un arbre pivotant 150 et fonctionnant de la même manière que les palettes 46 décrites ci-dessus. Par contre, la deuxième palette 44 décrite ci- dessus est remplacée dans le mode de réalisation des figu- res 13 et 14 par une plaque fixe 152 disposée sensiblement horizontalement de façon à intercepter, au moins partielle- ment, la trajectoire de chute de la matière à enfourner. Cette plaque peut avoir,comme dans l'exemple représenté, une forme semiannulaire pour retenir un talus naturel 154 formant caissons matièrematière. La formation de ce talus peut être favorisée par la présence d'un rebord intérieur 156. Le but de ce talus 154 est, comme c'est bien connu, de réduire l'usure de la plaque 152, étant donné que l'im- pact de chute se produit sur le versant du talus 154, au lieu de se produire sur le talus même. Le but de la plaque 152 est donc de ralentir la chute de la matière et de la dévier sur la palette 146 qui, elle, assure, en position d'orientation correcte, la dévia- tion de la trajectoire de chute sur l'endroit voulu de la goulottenon montrée,de la même manière que celle décrite en référence aux figures précédentes. Quoiqu'on ait représenté sur la figure 13 le dé- versement à partir d'un sas disposé à gauche de l'axe, la même disposition pourra convenir pour le déversement d'un sas disposé à droite, sous la réserve, toutefois, que l'orientation de la palette 146 soit adaptée à cette dispo- sition. Les figures 15 et 16 représentent un autre mode de réalisation qui, en fait est une variante perfectionnée du mode de réalisation des figures 13 et 14 en ce sens que la plaque fixe 152 a été remplacée par une plaque coulissan- te 160. La palette orientable 146 est maintenue et-exerce 249 1952 - 10 - les mêmes fonctions que dans le mode de réalisation des figures 13 et 14. La plaque 168 coulisse dans une paire de rails latéraux 162, 164 sous l'action d'une tige de commande 166 animée par un moteur adéquat, par exemple, un moteur élec- trique hydraulique pneumatique, etc. La fonction de la plaque 162 est analogue à celle de la plaque 152. La pla- que 162 présente toutefois l'avantage que sa position peut être adaptée au débit de la matière, c'est-à-dire aux pro- priétés physiques et à la nature même de la matière en cours de déversement, afin de lui imprimer, en coopération avec la palette orientable 146, une trajectoire de chute idéale. En outre, il est à noter que le talus 168 retenu par la plaque 160 et formant caisson matièrematière peut être totalement enlevé par extraction complète de la pla- que 160. Finalement, il est à souligner que non seulement la plaque 160 peut avoir la forme de la plaque 152, mais- les deux peuvent avoir d'autres formes que celles représen- tées sur les figures. 249 1952 - 11 - R E V E N D I C A T I O N S 1. - Perfectionnements aux installation d'alimen- tation des fours à cuve à gueulard sans cloche, comprenant une goulotte d'alimentation rotative dont la position angu- laire est ajustable et qui est disposée en aval d'un chenal d'alimentation vertical, ainsi qu'un ou deux sas de stockage intermédiaire, disposés en amont du chenal d'alimentation de façon désaxée par rapport à l'axe de ce dernier, caractéri- sés par au moins une palette de guidage orientable (44, 46, 146) montée entre le ou les sas (18) et le chenal d'alimen- tation (24). 2. - Perfectionnements selon la revendication 1, caractérisés par la présence de deux palettes (44, 46) dis- posées symétriquement par rapport à un axe médian vertical. 3. - Perfectionnements selon la revendication 1, caractérisés par une seule palette orientable (146) associée à une plaque (152, 160) disposée, sur le côté opposé de l'axe vertical par rapport à la palette et de façon à inter- cepter la matière en chute. 4. - Perfectionnements selon la revendication 3, caractérisés en ce que la plaque (152) est fixe. 5. - Perfectionnements selon la revendication 3, caractérisé en ce que la plaque (160) est montée de façon coulissante entre une paire de rails (162, 164) et est action- née par un moteur approprié. 6. - Perfectionnements selon l'une des revendica- tions 1 à 3, caractérisés en ce que chaque palette (44)(46) (146) est montée sur un arbre de commande transversal (48) (50)(150) disposé en amont d'une couronne de protection tron- conique (30) aménagée, pour sa part, en amont du chenal d'alimentation central (24). 7. - Perfectionnements selon les revendications 2 et 6, caractérisés en ce que les arbres (48, 50) sont com- mandés indépendamment l'un de l'autre. 8. - Perfectionnements selon les revendications 2 et 6, caractérisés en ce que les arbres (48, 50) sont inter- connectés par un mécanisme de liaison adéquat et commandés simultanément via ce mécanisme par un organe moteur. 249 1952 - 12 - 9. - Perfectionnements selon la revendication 8, caractérisés en ce que le mécanisme de liaison est constitué par des leviers (54, 56) associés aux arbres de commande (48,50), l'extrémité libre de ces leviers étant pourvus d'un trou oblong (66, 68) en vue de coopérer avec deux pivots (62, 64) disposés de part et d'autre d'un levier central (60) l'axe de ce dernier étant actionné par un servomoteur via un levier de commande (72) disposé sur cet axe. 10. - Perfectionnements selon la revendication 8, caractérisé en ce que le mécanisme de liaison est constitué par des leviers associés aux arbres de commande et dont l'ex- trémité libre est pourvue d'un secteur denté formant engre- nage avec un pignon central de commande.