Brevet FR2494825A1 — publié le 19820528

L'invention concerne la métallurgie, l'industrie des matériaux de construction, et notamment les cubilots. L'invention peut être appliquée avec une efficacité maximale aux appareils de fusion destinés à la fusion de la fonte dans la fonderie et les fabrications métallurgiques, et à la fusion de matériaux minéraux pour la fabrication de la laine de laitier, de la laine minérale et autres. Ces dernières années, on emploie de plus en plus des appareils de fusion brûlant un combustible gazeux, notamment le gaz naturel. Quand on fait fondre la fonte avec un combustible gazeux, le métal n'est pas saturé par l'impureté nuisible que constitue le soufre, sa résistance en lingot s'accroît, car, dans ce cas, il n'y a pas formation et passage au métal d'impuretés telles que les scories, comme cela se produit lors de la fusion au coke, dans laquelle ces impuretés altèrent le produit final obtenu. En outre, des facteurs non sans importance sont la simplicité du transport du gaz naturel jusqu'au point d'utilisation et le haut pouvoir calorifique du gaz naturel. Quand on brdle le gaz naturel, la pollution de l'environnement par des impuretés nuisibles diminue. En raison de ces avantages, ainsi qu'en raison des difficultés toujours croissantes dans l'approvisionnement en coke et de l'augmentation de son prix de revient, on utilise de plus en plus le gaz naturel pour la fusion de la fonte et des matériaux siliceux. On connaît un cubilot à gaz comprenant une cuve dans laquelle sont incorporés des brûleurs à gaz et des poutrelles refroidies par eau partageant la cuve en une chambre supérieure de fusion et une chambre inférieure de surchauffe. En outre, le cubilot a aussi un garnissage réfractaire réalisé en matériaux réfractaires thermostables et situé sur les poutrelles refroidies par eau (cf. certificat d'auteur d'invention d'URSS NO 503.107, F27B 1/08, publié en 1976). Toutefois, dans le cubilot connu, les produits siliceux se collent aux poutrelles refroidies par eau, ce qui provoque un abaissement de la température du bain, une réduction des passages pour les gaz chauds et le matériau en fusion entre les poutrelles refroidies par eau, et un accroissement des pertes thermiques consécutives au chauffage de l'eau dans les poutrelles. En outre, la présence d'une chambre inférieure de surchauffe, non remplie par un garnissage réfractaire et dans laquelle il se produit de grandes pertes thermiques à travers les parois, entraîne un abaissement du rendement du cubilot et ne permet pas d'assurer la température requise d'un bain de matériaux siliceux. Il est aussi à noter qu'une telle conception du cubilot complique l'évacuation du garnissage réfractaire et des matériaux siliceux non fondus de la cuve après la fusion, rend plus difficile la réfection du revétement des parois, ainsi que la préparation du cubilot à la fusion. En outre, on connaît un cubilot comprenant une cuve, à la partie inférieure de laquelle il y a des brûleurs avec des ouvreaux disposés horizontalement, qui est destiné à la fusion de la fonte sur un garnissage réfractaire chargé dans la cuve (cf. l'ouvrage "Les moulages en fonte" par Girshovich N.G., Metallurgizdat, publié en 1949, p. 633 à 635, 642 à 644, 654 à 656). Toutefois, quand un tel cubilot marche, les ouvreaux de ses brûleurs sont engorgés par la scorie et obturés par les matériaux réfractaires en fusion, ce qui perturbe. le processus de fusion. Le garnissage réfractaire de ce cubilot est réchauffé irrégulièrement, les produits de combustion gazeux ne pénètrent pas profondément dans le garnissage réfractaire, d'où un abaissement de la température du bain, ce qui nuit à la qualité des moulages. On connaît aussi un cubilot, cité à titre d'antériorité, comprenant une cuve qui comporte à sa partie inférieure des brûleurs avec des ouvreaux assurant la combustion du gaz en flamme courte (cf. ltouvrage "Emploi du gaz naturel dans les cubilots" par Grachev V.A., Cherny A.A., Editions Privolzhskoe izdatelstvo, Saratov, publié en 1967, p. 16,17). Dans ce cubilot, les brûleurs sont réalisés avec des ouvreaux à sections de sortie rondes. Quand les ouvreaux sont ainsi réalisés, la combustion à flamme courte est obtenue si les ouvreaux ont un petit diamètre à la section de sortie ( 50 mm) et sont uniformément répartis sur le périmètre de la cuve du cubilot. Toutefois, la répartition uniforme des brûleurs sur le périmètre n'est possible que si le diamètre de la cuve est de 500 à 700 mm. Quand le diamètre de la cuve est supérieur à 700 mm il s'avère impossible de disposer le nombre nécessaire d'ouvreaux à petit diamètre de la section de sortie. Les ouvreaux des brûleurs ont des sections de sortie rondes. Or, une telle conception des ouvreaux des brûleurs ne tient pas compte du diamètre de la cuve du cubilot, aussi n'obtient-on pas la profondeur nécessaire de pénétration des gaz chauds dans le garnissage ré frac- taire, ce qui se traduit par un réchauffage irrégulier du garnissage réfractaire et l'impossibilité d'atteindre la température nécessaire à la fusion et à la surchauffe du matériau chargé dans le cubilot. En outre, par suite du réchauffage irrégulier du garnissage, le matériau fondu se colle au garnissage réfractaire, provoque un abaissement de la température du bain et un abaissement du rendement thermique et de la production du cubilot. On s'est proposé de créer un cubilot, dans lequel les brûleurs avec les ouvreaux seraient réalisés de telle façon et avec un tel rapport de la hauteur (h) et de la largeur (b) des ouvreaux au diamètre (D) de la cuve, que cela permettrait d'elever le rendement thermique du cubilot et la température du métal liquide obtenu, ainsi que la production du cubilot. La solution consiste en ce que, dans un cubilot comprenant une cuve avec des brûleurs disposés suivant son périmètre suivant l'invention, chaque brûleur est réalisé avec un ouvreau dont la hauteur (h) et la largeur (b) à la section de sortie sont choisies en fonction du diamètre (D) de la cuve, de façon qu'elles soient respectivement égales à 0,09 - 0,65 et à 0,02 - 0,1 de ce diamètre. Une telle conception des ouvreaux des brûleurs augmente la profondeur de pénétration des gaz chauds dans le garnissage réfractaire, ce qui se traduit par une élévation de la température du bain obtenu et par une augmentation du rendement thermique du cubilot. Si les ouvreaux des brûleurs sont réalisés avec une hauteur (h) et une largeur (b) respectivement inférieures à 0,09 et à 0,02 du diamètre (D) de la cuve, ils seront rapidement obstrués par le matériau en fusion, ce qui réduira la surface des passages pour les gaz chauds dans le garnissage réfractaire et, de ce fait, abaissera la température du bain obtenu. Si les ouvreaux des brûleurs sont réalisés avec une hauteur (h) et une largeur (b) respectivement supérieures à 0,65 et-à 0,1 du diamètre (D) de la cuve, la profondeur de pénétration des gaz dans le garnissage réfractaire diminuera fortement, ce qui abaissera le rendement thermique du cubilot, la température du bain obtenu et la production du cubilot. En outre, dans le cubilot conforme à l'invention, les ouvreaux des brûleurs peuvent avoir la forme d'une fente, leur hauteur (h) et leur largeur (b) étant respectivement egales à 0,13 et à 0,1 du diamètre (D) de la cuve, ayant une valeur comprise entre 500 et 3.000 mm. Une telle conception des ouvreaux des brûleurs permet c'augmenter encore plus fortement la pénétration des gaz chauds dans le garnissage réfractaire, surtout dans le cas de fusion de la fonte et, par conséquent, d'élever la température du bain obtenu. I1 faut aussi que les ouvreaux soient orientés suivant un angle aigu par rapport à l'axe des brûleurs, placés en quinconce, la distance (a) entre les bords des rangées inférieure et supérieure de brûleurs et la distance (al) entre les axes des brûleurs à la sortie étant choisies en fonction du diamètre (D) de la cuve et ayant des valeurs respectivement égales à 0,04 - 0,5 et a 0,1 - 0,63 de ce diamètre. Une telle disposition des ouvreaux par rapport à l'axe des brûleurs permet d'assurer un chauffage plus régulier du garnissage réfractaire, grâce à la résistance au passage des courants de gaz chauds sortant des ouvreaux inférieurs, produite auprès des parois de la cuve par les courants de gaz chauds sortant des ouvreaux supérieurs; cette résistance provoque une augmentation de la profondeur de pénétration des gaz chauds dans le garnissage réfractaire, ce qui se traduit par une éléva- tion de la température du bain et du rendement thermique du cubilot. Si la distance (a) entre les bords des rangées inférieure et supérieure de brûleurs et la distance (al) entre les axes des brûleurs à la sortie sont respectivement inférieures à 0,04 et 0,1 du diamètre (D) de la cuve, la profondeur de pénétration des gaz chauds dans le garnissage réfractaire sera diminuée, ce qui provoquera un fort abaissement de la température du bain, d'ou un abaissement de la qualité du produit final obtenu. Si la distance (a) entre les bords des rangées inférieure et supérieure de brûleurs et la distance (al) entre les axes des brûleurs à la sortie sont respectivement supérieures à 0,5 et à 0,63 du diamètre (D) de la cuve, la distribution des gaz chauds sera irrégulière suivant toute la hauteur du garnissage réfractaire, ce qui provoquera aussi un abaissement de la température du bain et un abaissement de la qualité du produit final obtenu. Dans ce qui suit l'invention est expliquée par un exemple de réalisation concret et par des dessins annexés, dans lesquels la Fig. 1 montre schématiquement la vue d'ensemble d'un cubilot conforme à l'invention, coupe longitudinale, et la Fig. 2 est une vue en coupe suivant la ligne II-II de la Fig. 1. Le cubilot comprend une cuve 1, à la partie inférieure de laquelle, auprès de la sole 2, sont placés des brûleurs 3 à gaz. Les brûleurs 3 à gaz ont des ouvreaux 4 pour l'injection du mélange gaz-air dans le garnissage réfractaire, ceci élève la température du bain obtenu, augmente le rendement thermique du cubilot. Le matériau en fusion est soutiré à travers le trou 5 de coulée. La largeur (b) et la hauteur (h) de l'ouvreau 4 à sa section de sortie sont choisies en fonction du diamètre (D) de la cuve 1 et sont respectivement égales à 0,09 - 0,65 et à 0,02 - 0,1 de ce diamètre. Pour les cuves dont les diamètres se situent entre 500 et 3.000 mm, l'ouvreau 4 de chaque brûleur 3 a la forme d'une fente, sa hauteur (h) et sa largeur (b) étant respectivement égales à 0,13 et à 0,1 de ce diamètre. En outre, les ouvreaux 4 sont orientés suivant un angle aigu par rapport à l'axe des brûleurs 3, disposés en quinconce, la distance (a) entre les bords des rangées inferieure et supérieure de bruleurs 3 et la distance (al) entre les axes des brûleurs à la sortie étant choisies en fonction du diamètre (D) de la cuve 1, de valeurs respectivement égales à 0,04 - 0,5 et a 0,1 - 0,63 de ce diamètre. Pour la fusion de matériaux siliceux dans un cubilot dent le diamètre (D) de la cuve est de 500 à 1000 mm, quand la hauteur de la couche de matières chargées ne dépasse pas trois diamètres de la cuve, il est avantageux de réaliser les ouvreaux des bruleurs d'une hauteur (h) et d'une largeur (b) à la section de sortie respectivement égales à 0,65 et à 0,1 du diamètre (D) de la cuve. Pour la fusion de matériaux siliceux dans des cubilots dont le diamètre (D) de la cuve est de 1000 a 2000 mm, quand la hauteur de la couche de matières chargées s'élève jusqu'à quatre diamètres de la cuve, il est avantageux de réaliser les ouvreaux des brûleurs avec une hauteur (h) et une largeur (b) a la section de sortie respectivement égales a 0,37 et à 0,06 du diamètre (D) de la cuve. Pour la fusion de matériaux siliceux dans un cubilot dont le diamètre (D) de la cuve est de 2000 à 3000 mm, quand la hauteur de la couche de matières chargées s'élève jusqu'a cinq diamètres de la cuve, et que la pression du gaz chaud et de l'air admis aux brûleurs est élevée, il est avantageux de réaliser des ouvreaux des brûleurs d'une hauteur (h) et d'une largeur (b) à la section de sortie respectivement égales a 0,09 et à 0,02 du diamètre (D) de la cuve. Pour la fusion de la fonte dans des cubilots dont le diamètre (D) de la cuve est de 500 à 3000 mm, il est avantageux de réaliser des ouvreaux des brûleurs d'une hauteur (h) et d'une largeur (b) à la section de sortie respectivement égales à 0,13 et à 0,1 du diamètre (D) de la cuve. Dans tous les cas indiqués on obtient une pénétration profonde des gaz chauds dans le garnissage réfractaire et une haute température du bain, de pair avec un rendement thermique et une production élevés du cubilot. Une élévation encore plus poussée de la température du bain est obtenue si les ouvreaux 4 sont orientés sous un angle aigu par rapport à l'axe des brûleurs 3, par exemple suivant un angle de 10 , et disposés en quinconce, la distance (a) entre les bords des rangées inférieure et supérieure de brûleurs 3 et la distance (al) entre les axes des brûleurs à la sortie étant respectivement égales à 0,04 - 0,5 et à 0,1 - 0,63 du diamètre (D) de la cuve. Une distance (a) entre les bords des rangées inférieure et supérieure de brûleurs 3 et une distance (al) entre les axes des brûleurs 3 à la sortie de valeurs respectivement égales à 0,04 - 0,27 et 0,1 - 0,36 du diamètre (D) du cubilot sont avantageuses pour la fusion de matériaux siliceux dans des cubilots dont le diamètre (D) de la cuve est de 2000 à 3000 mm, quand les ouvreaux des brûleurs sont réalisés de hauteur (h) et de largeur (b) à la section de sortie respectivement égales à 0,09 et à 0,02 du diamètre (D).Une distance (a) entre les bords des rangées inférieure et supérieure de brûleurs 3 et une distance (al) entre les axes des brûleurs 3 à la sortie respectivement égales à 0,27 - 0,5 et 0,36 - 0,63 du diamètre (D) du cubilot sont avantageuses pour la fusion de matériaux siliceux dans des cubilots dont le diamètre (D) de la cuve est de 500 à 2000 mm, quand les ouvreaux des brûleurs sont réalisés avec une hauteur (h) et une largeur (b) à la section de sortie respectivement égales à 0,37 - 0,65 et à 0,06 - 0,1 du diamètre (D) de la cuve. Le cubilot fonctionne de la façon suivante. D'abord on allume les brûleurs en faisant brûler du bois ou à l'aide d'un allumeur. A cet effet, on admet de l'air à travers les ouvreaux 4 des brûleurs 3, puis le gaz naturel. A l'aide des flammes on chauffe le revêtement réfractaire du cubilot jusqu'à 1500-16500C, puis on charge, jusqu'à un niveau situé au-dessus des ouvreaux des bruleurs, le garnissage réfractaire, constitue par des morceaux de chamotte, de réfractaire à haute teneur en alumine et de carborundum, par des débris d'élects-;des de charbon, des briquettes et des boulets carbonés. Le matériau optimal pour le garnissage réfractaire en vue de la fusion de la fonte et de matériaux siliceux est un produit réfractaire, notamment sous forme de boulets, constitué par de la chamotte et du carbone. Après mise du garnissage réfractaire à une température de 1500 à 16500C, on enfourne la charge, constituée par de la fonte, de l'acier, des matériaux ferromagnétiques, des fondants, divers materiaux siliceux, des laitiers, des debris de briques du bâtiment, de la castine. La charge fond sur le garnissage réfractaire, le matériau en fusion, en s'écoulant vers le bas sur les morceaux du garnissage réfractaire, est surchauffé, puis il sort par le trou 5 de coulée à la partie inférieure du cubilot 1. Pour maintenir une hauteur constante du garnissage réfractaire, on ajoute à la charge une petite quantité de réfractaires qui arrivent dans la zone de fusion sans être détruits, car leur point de fusion est plus élevé que celui du matériau à fondre et plus haut que la température des gaz chauds dans la cuve du cubilot au-dessus de la zone de fusion. Le cubilot peut fonctionner aussi bien au combustible gazeux qu'au combustible solide (coke, briquettes de charbon). Si le cubilot fonctionne au coke, on admet de l'air à travers les brûleurs 3 et les ouvreaux 4 et le processus de fusion se déroule de même que dans les cubilots connus à coke. I1 est a noter que dans les deux cas, grâce aux paramètres géométriques optimaux des ouvreaux 4 des brûleurs 3, on obtient une pénétration profonde des gaz chauds dans le garnissage réfractaire, une élévation de la température du bain, de la production de l'appareil de fusion et du rendement thermique, ce qui se traduit par une diminution du prix de revient du produit final. - REVENDICATIONS 1. Cubilot comprenant une cuve avec des brûleurs disposés à sa partie inférieure suivant son périmètre, caractérisé en ce que chaque bruleur est réalisé avec un ouvreau dont la hauteur (h) et la largeur (b) à la section de sortie sont choisies en fonction du diamètre (D) de la cuve, de façon qu'elles soient respectivement égales à 0,09 - 0,65 et à 0,02 - 0,1 de ce diamètre. 2. Cubilot selon la revendication 1, caractérisé en ce que les ouvreaux ont la forme d'une fente, leur hauteur (h) et leur largeur (b) étant respectivement égales à 0,13 et à 0,1 du diamètre (D) de la cuve, ce diamètre étant compris entre 500 et 3000 mm. 3. Cubilot selon la revendication 1, caractérisé en ce que les ouvreaux sont orientés suivant un angle aigu par rapport à l'axe des brûleurs, placés en quinconce, la distance (a) entre les bords des rangées inférieure et supérieure des brûleurs et la distance (al) entre les axes des brûleurs à la sortie, étant choisies en fonction du diamètre (D) de la cuve et ayant des valeurs respectivement égales à 0,04 - 0,5 et à 0,1 - 0,63 de ce diamètre.