Brevet FR2492077A1 — publié le 19820416

L'invention concerne un appareil à préchauffer la matière destinée à être introduite dans une installation de fabri- cation d'acier. Dans les processus de fabrication d'acier, il est désirable de préchauffer des matières telles que la ferraille, le fer allié, le fer réduit directement et la chaux avant de les placer par exemple dans un four électrique. On préchauffe donc la matière de fabrication d'acier pour éviter un accident par explosion de vapeur lorsqu'on 1' introduit dans l'installation, pour la sécurité du fonctionnement et pour obtenir un rendement amélioré de fabrication d'acier en favorisant la fusion de la matière. On utilisait surtout antérieurement des brûleurs auxi liaires comme moyen de préchauffage de la matière mais ces moyens sont indésirables pour l'utilisation économique de 1' énergie, exigée actuellement. En conséquence, on a introduit un procédé utilisant un gaz d'échappement récupéré d'un col lecteur due poussière qui aspire du four, de façon forcée, le gaz engendré dans celui-ci. Cependant, ce procédé présente des inconvénients. Outre l'inconvénient fondamental, à savoir qu'il est difficile de stabiliser la perte de charge occasionnée dans le collecteur de poussière, il est impossible d'adapter le procédé au cycle de fonctionnement du processus très moderne de fabrication d'acier dans lequel le temps de fusion est remar quablement abrégé. Le procédé connu nécessite l'utilisation d'un grand nombre de bennes qui, toutefois, ne peuvent servir qu'un temps court parce qu'elles sont placées directement dans une chambre de préchauffage, tandis que ces bennes doivent être munies d'un garnissage ou refroidies à l'eau. En outre, la ferraille et les matières similaires qui se trouvent dans des régions exposées à la neige ou à la pluie contiennent de grandes quantités d'eau et sont sujettes à des accidents par explosion de vapeur lorsqu'on les introduit dans l'installation étant donné qu'il est difficile de déshydrater complètement les matières. Il est important aussi de prévoir une structure étanche pour empêcher les pertes de chaleur. Un but de l'invention est de fournir un appareil à pré chauffer la matière destinée à être introduite dans une installation de fabrication d'acier qui permette de récupérer depuis une chambre de combustion l'énergie thermique du gaz d'échappement résultant d'un processus de fabrication d'acier, par un circuit de dérivation ou de transfert, et de l'introduire dans une benne de chargement servant de chambre de préchauffage, de manière à réaliser une économie d'énergie, une meilleure productivité, une sécurité accrue et une réduction notable du prix de revient. Un autre but de l'invention est de fournir un appareil depréchauffage du type décrit dans lequel le circuit de dérivation partant de la chambre de combustion soit sous la forme d'un conduit refroidi par eau et puisse tourner, la benne de chargement étant munie, à sa périphérie intérieure et en son centre, des moyens permettant de faciliter l'écoulement du gaz d'échappement et de réaliser une efficacité d'échange thermique fortement améliorée pour empêcher les pertes de charge, la benne étant en outre munie d'une chemise de refroidissement par eau à sa périphérie extérieure, pour l'utilisation avec un gaz d'échappement à haute température. - la figure 1 est une élévation de l'ensemble d'un appareil selon l'invention - la figure 2 montre l'écoulement du gaz d'échappement - la figure 3 est une vue frontale arrachée d'une benne de chargement servant de chambre de préchauffage - la figure 4 est un plan de la benne - la figure 5 est une coupe fragmentaire agrandie de la paroi latérale de la benne - la figure 6 est un plan schématique d'une fosse de préchauffage ; - la figure 7 est une coupe agrandie suivant la ligne 7-7 de la figure 2 - les figures 8a et 8b sont des schémas illustrant la façon d'introduire une matière (ferraille) dans la benne et - les figures 9a à 9i sont des schémas illustrant des étapes de préchauffage. Comme on le voit par la figure 1 qui montre la disposition d'ensemble d'un collecteur de poussière existant de four électrique et d'un appareil de l'invention relié au collecteur de poussière, une chaste de combustion 1 communique avec un conduit refroidi par eau 2 relié à une partie supérieure de paroi latérale de cette chambre et avec un autre conduit refroidi par eau 3 relié à une partie inférieure de paroi latérale de celle-ci. Du gaz d'échappement venant d'un four électrique non représenté est introduit dans la chambre de combustion 1 par des coudes non représentés, un conduit mobile et le conduit 2. De la poussière est conduite par l'autre conduit refroidi par eau 3, un refroidisseur de gaz non représenté, un conduit refroidi par air etc. et arrive à un dispositif de filtrage (non représenté) sous l'action d'une soufflante à moteur. L'énergie thermique du gaz d'échappement introduit dans le collecteur de poussière est récupérée et utilisée par l'appareil de l'invention pour préchauffer des matières telles que la ferraille, le fer réduit directement, le fer allié etc. Comme le montre la figure 1, la chambre de combustion 1 est entourée d'un bâti 4 au sommet duquel se trouve un ensemble de rotation 5 servant à faire tourner en va-et-vient un conduit de dérivation 6 autour d'un axe vertical, dans une marge de 1800. Selon le mode d'exécution préférentiel représenté par la figure 2, le conduit de dérivation ou de transfert 6 communique avec une sortie supérieure 7 de la chambre de combustion et on peut facilement le faire tourner en prenant les mesures voulues pour que les grosses particules de poussière se déposent dans la plus large mesure possible dans la chambre de combustion 1 et n'entrent pas dans le conduit 6. Le conduit de dérivation 6 présente une extrémité libre coudée vers le bas. Une hotte 8 évasée vers le bas est adaptée à l'extrémité libre de manière à pouvoir se mouvoir verticalement. L'ensemble de rotation 5 comprend un arbre 10 entraîné autour de son axe dans le sens positif ou negatif par un moteur, par l'intermédiaire de moyens de transmission à engrenages 9, de sorte que le conduit de dérivation 6 tourne autour de l'axe de l'arbre de rotation 10. L'arbre 10 est pratiquement aligné verticalement sur la sortie 7. Le conduit 6 peut tourner dans une marge de l800.On a indique en 11 sur la figure 1 une flèche de rotatic: dont la longueur est rendue variable grâce à un tendeur etc. Un registre 12 mobile hydrauliquement est relié au raccordement entre le conduit de dérivation 6 et la chambre de combustion 1 pour ouvrir ou fermer le conduit 6. Le registre 12 ainsi positionné peut être ouvert et fermé à l'abri du dépôt de poussière. Un ensemble 13 servant a lever ou à abaisser la hotte 8 comprend un treuil 15 disposé à l'extrémité de base du conduit 6 et peut être mis en rotation de façon réversible par un moteur électrique 14. Un fil métallique 16 enroulé sur le treuil 15 et pouvant être déroulé passe sur une poulie de guidage 17 et est relié à la hotte 8. Dans le mode d'exécution représenté, la hotte 8 se lève quand on enroule le fil 16 sur le treuil 15 et s'abaisse quand on déroule le fil 16. Dans le mode d'exécution préférentiel représenté par la figure 2, le conduit de dérivation 6 et la hotte 8 sont entourés de chemises de refroidissement par eau 6A et 8A qui les protègent contre le gaz d'échappement à haute température. La hotte 8 est munie, au centre de son intérieur, d'un diffuseur tubulaire 18 qui amène le gaz d'échappement à s'écouler vers le bas sur toute la périphérie intérieure de la hotte 8 comme le montre la figure 2. Une benne de chargement 19 présente un bras de suspension 20 ayant son point d'appui sur son corps et un dispositif de fond ouvrant 21 du type des bennes preneuses à sa partie infé rieure. Selon l'invention, la benne 19 présente la structure représentée par les figures 2 à 5 et 7 de manière à pouvoir servir de chambre de préchauffage. Le corps principal de la benne est cylindrique comme le montrent les figures-3 et 4 et est entouré d'une chemise de refroidissement par eau 22. Douze organes formateurs de canaux 23 fixés à la paroi périphérique intérieure du corps principal de la benne sont équidistants à sa circonférence et situés dans la direction longitudinale de la benne. Les organes formateurs de canaux 23 sont sous la forme d'une nervure à section triangulaire. Les organes 23 forment des canaux 24 parcourant le corps principal de la benne en partant d'une partie située légèrement en dessous de son extrémité supérieu re pour aboutir à son extrémité inférieure. Chacun des organes 23 présente des orifices 25 disposés à un espacement déterminé dans la direction longitudinale du canal 24 et se dirigeant obliquement vers le bas.Le corps principal de la benne a un diamètre tel que la hotte 8 se place dessus comme le montre la figure 2. Ou encore, la hotte 8 peut être adaptée dans le corps principal de la benne. Au lieu d'avoir une section triangulaire comme on l'a représenté, les organes formateurs de canaux 23 peuvent être semi-circulaires du moment qu'ils amènent le gaz d'échappement à s'écouler le long de la paroi périphérique intérieure de la benne, puis radialement vers l'intérieur de celle-ci, tout en assurant l'écou- lement du gaz sur toute la longueur de la benne cylindrique. Les organes formateurs de canaux 23 peuvent avoir tout espacement désiré dans la direction circonférentielle de la benne à condition qu ils définissent un canal 26 dans chaque espacement entre organes 23 adjacents. Comme on le voit plus en détail sur la figure 3, le dispositif de fond 21 comprend deux plaques de fond 28 articu lées en 29 au corps principal de la benne et munies de plaques 27 dirigées vers le haut, entourant une partie périphérique inférieure du corps principal de la benne. Les plaques de fond 28 sont munies de chaînes 30 qui, lorsqu'on les lève, ouvrent les plaques de fond 28 comme indiqué en trait mixte sur la figure 3. Les deux plaques de fond 28 sont munies de moyens non représentés qui les maintiennent fermées. En conséquence, les chaînes sont tirées contre l'action de ces moyens pour ouvrir les plaques de fond 28. Le mode d'exécution représenté comprend deux fosses de préchauffage 31 disposées de part et d'autre de la chambre de combustion 1 et à 1800 l'une de l'autre. Comme le montrent les figures 2 et 6, la fosse de préchauffage 31 présente un support 32 conçu pour qu'on y place le dispositif de fond 21 de la benne 19 et qui cloisonne l'intérieur de la fosse 31. Le support 32 se dirige vers le haut et l'extérieur en direction radiale, en forme de cuvette, de manière à supporter de façon stable le dispositif de fond 21 à l'état fermé et à guider et positionner la benne 19 concentriquement à la fosse quand la bennes 19 doit être placée dans la fosse. Le support 32 est muni d'ouvertures 33 équidistantes dans sa direction circonférentielle. L'ouverture supérieure de la fosse 31 est munie de deux couvercles ouvrants 34 présentant des échancrures 35 opposées entre elles de manière à entourer la périphérie extérieure de la benne comme on le voit sur la figure 6.-Quand on a placé la benne 19 dans la fosse 31, on ferme les deux couvercles 34 en les faisant coulisser tandis que l'on ouvre les couvercles 34 comme indiqué en trait mixte sur la figure 6 avant de retirer la benne 19. Les couvercles 34 sont munis de moyens d'étanchéité là où ils touchent la fosse et la benne 19 de manière à isoler l'intérieur de la fosse. Comme le montrent les figures 1 et 2, la fosse présente un conduit 36 et un conduit de liaison 37, un registre de commutation ouvrant 38 étant interposé entre les conduits 36 et 37. Le conduit 36 part d'une partie du corps de la fosse 31 vers l'extérieur tandis que le conduit de liaison 37 communique avec le conduit refroidi par eau 2. Le registre 38 peut être ouvert et fermé hydrauliquement. Le registre 38 et les conduits 36 et 37 sont munis chacun d'un dispositif de refroidissement par eau. On décrira ci-après le fonctionnement de l'appareil selon l'invention à propos des figures 8 et 9, dans l'ordre des étapes successives. Au moyen d'une grue 40 ou d'un engin similaire, on place un gabarit 41 dans la benne 19 placée dans une fosse 39 comme le montre la figure 9a. Le gabarit 41 est en T et comprend une barre horizontale 42 munie d'un oeillet et une barre verticale 43 partant de la barre horizontale 42. On place la barre horizontale 42 du gabarit 41 sur les extrémités supérieures d'organes formateurs de canaux 23 opposés de la benne 19 de manière à positionner la barre verticale 43 au centre de la benne 19 comme le montre la figure 8a. Le gabarit 41 étant ainsi mis en place, on met une quantité déterminée d'une matière telle que de la ferraille 46 dans labenne 19, au moyen d'un camion à benne basculante 44 (figure 9b) ou d'une grue magnétique 45 (figure 8a).A ce moment, des morceaux de la ferraille 46 forment entre eux des espacements tandis que les organes formateurs de canaux 23 forment les canaux26 repré sentés sur la figure ^. En outre, les organes 23 servent de nervures de renforcement contre le choc causé lorsqu'on place la ferraille. Une fois que la quantité spécifiée de ferraille 46 a été placée dans la benne, on retire le gabarit 41, par exemple au moyen de la grue 40 représentée sur la figure 9c, ce qui fait qu'un canal vertical 47 se forme au centre de la benne (figure 8B). Ensuite, on transfère la benne 19 contenant la feraille de la fosse 39 à la fosse depréchauffage 31, au moyen de la grue 40, comme le montre la figure 8d. On ferme alors les couvercles 34 tandis que le conduit de dérivation 6 tourne autour de l'arbre 10 sous l'action de l'ensemble 5 de la figure 1 pour amener la hotte 8 sur l'extrémité libre du conduit 6, à une position immédiatement au dessus de la benne 19 dans la fosse de préchauffage 31 (voir figure 9e). Ensuite, on actionne le treuil 15 de l'ensemble de levage 13 de la figure 1 pour abaisser la hotte 8 et fermer la benne 19 comme le montre la figure 2. On ouvre les deux registres 12 et 38 du circuit de dérivation pour commencer le préchauffage. Entre temps, on place une autre benne 19 dans l'autre fosse de préchauffage 31 comme le montre la figure 9f et on place de la ferraille dans cette benne de la façon indiquée par les figures 9a à 9c. Dans le mode d' exécution préférentiel de l'invention, on utilise trois bennes. On préchauffe la ferraille dans la benne 19 au moyen du courant de gàz d'échappement indiqué sur les figures 2 et 7. L'énergie thermique du gaz tiré de la chambre de combustion 1 par la sortie 7 est conduite par le conduit de dérivation 6 à la hotte 8 où le diffuseur 18 étale le courant de gaz sur toute la partie supérieure de la benne 19 comme l'indiquent les flèches sur la figure 2, permettant à l'énergie thermique du gaz de préchauffer la feraille 46 ou matière similaire contenue dans la benne. Les canaux 24 formés par les organes 23, les orifices inclinés vers le bas 25 et le canal 47 formé par le gabarit 41 à l'intérieur de la benne 19 assurent un préchauffage uniforme de la totalité de la ferraille 46 tout'en réduisant au minimum la perte de charge ciui est nuisible au collecteur de poussière. Les corps étrangers qui adhèrent à la ferraille sont brûlés ou évaporés pendant le préchauffage. Les gaz rédisuaires venant de la fosse de préchauffage 31 sont conduits, par le conduit de fosse 36 et le conduit de liaison 37, au conduit refroidi par eau 2. Une fois que le préchauffage de la ferraille 46 est achevé, on ferme les registres 12 et 38, on lève la hotte 8 au moyen du treuil 15 de l'ensemble de levage 13 de la figure 1 et on la place sur l'autre benne 19 déjà préparée, en faisant tourner le conduit de dérivation 6 au moyen de l'ensemble 5 comme le montre la figure 9g. On préchauffe alors la ferraille de la même façon que ci-dessus. D'autre part, la benne 19 qui contient la matière préchauffée, indiquée sur la figure 9g est transférée par la grue 40 à un four électrique 48 indiqué sur la figure 9h. On ouvre le dispositif de four 21 pour introduire la matière dans le four. A ce moment, on peut amener la chemise 22 de la benne de l'eau résiduaire chaude entre 40 et 500C venant du four 48 pour chauffer la matière à placer dans la benne. L'eau étant complètement éliminée de la matière introduite dans le four, on peut éviter des accidents par explosion. On fait alors passer un courant à travers le four pour commencer la fusion comme le montre la figure 9i. A titre de référence, on comparera ci-après le fonctionnement à l'aide de l'appareil de préchauffage selon l'invention au fonctionnement usuel. Installation de fabrication d'acier 1. Capacité E.A.F. a. nominale : 30 t/charge b. normale o 42,5 t/charge c. maximale -: 43,5 t/charge 2. Fonctionnement E.A.F. a. Durée d'alimentation à la coulée 70 minutes b. charge/2 postes/jour : 13 à 14 charges c. production mensuelle : 13 000 t 3. Benne à ferraille a. volume : 30 m3 b. nombre d'unités 3 c. masse volumique de la 3 ferraille 0,6 t/m 4. Collecteur de poussière a. volume de gaz d'échappement 3 traité : 1500 m /mn à 2000C b. nombre de ventilateurs : 2 c. capacité des moteurs : 200 x 2 5.Appareil de préchauffage a. température à l'entrée de la chambre de préchauffage : 8000C b. volume de gaz dans la chambre 3 de préchauffage : 1000 m /mn c. temps de préchauffage (3 charges) charge initiale 15 mn charge supplémentaire I 10 mn charge supplémentaire II 10 mn d. température de préchauffage de la ferraille 200 à 5000C Comparaison entre fonctionnement normal et avec préchauffage (1) Paramètre Fonction- Fonctionne- Diffé nement ment avec rance normal préchauffe fage 1. Temps de fusion (depuis le branchement du courant jusqu'à la fusion complète) 53 @ 48 -5 2. Temps d'affinage (depuis la fusion complète jusqu' à la coulée 18 16 -2 3. Durée d'alimentation à la coulée ,|j 1 h 17 1 1 h 10 i -7 4. Temps de fonctionnement des brûleurs ( mn/4 i t brûleurs/charge) 105 95 -10 5. Temps de coupage à la lance à oxygène (mn/2 lances/charge) 45 37 -8 6. Rendement de coulée, % 90 90,6 +0,6 7. Consommation d'énergie électrique a. pour la fusion seule, kWh 12000 11000 -1000 b. pour la fusion seule, kWh/t de charge 282,4 258,9 -23,5 t c. kWh/charge 15500 14200 -1300 d. kWh/charge 364,7 334,1 -30,6 8. Concommation de mazout (pour E.A.F.) a. m N/charge 1168 1025 -142 b. m N/t de charge 27,5 24,1 -3,4 9. Consommation de mazout i (pour E.A.F.) a. 1/charge 302 277 -25 b. 1/t de charge 7,1 6,5 -0,6 10. Cosommation d'électrodes kg/t de charge 3,6 3,5 -0,1 Comparaison entre fonetionnement normal et avecpréchauffage (2) Voici la réduction de prix de revient d'après la 1. Energie : comparaison (1) (1) Energie électrique -30,6 kwh/t de charge à 0,21 F 6,43 F/t de charge (2) Oxygène -3,4 m3N/t de charge à 0,88 F 2,98 F/t de charge (3) Mazout -0,6 1/t de charge à 0,67 F 0,42 F/t de charge Total 9,83 F/t de charge 2. Electrode -0,1 kg/t de charge à 9,947 F 0,99 F/t de charge 3.Autres réductions de prix dues à l'accroissement de la production par réduction du temps de fusion (1) briques, matières consommables, main d'oeuvre 2,23 F/t de charge (2) frais généraux 2,23 F/t de charge Total : 1. + 2. + 3. = 15,28 F/t de charge Donc, la réduction de prix de revient est (production 13 000 t/mois, rendement de coulée 90,6%) 14 348 t de charge/mois x 15,28 F/t de charge = 219 237,44 F/mois. Si l'on tient compte du rendement de coulée, la réduction de prix de revient par mois est de 198 629,12 F. Bien que l'on ait décrit l'invention ci-dessus à propos des modes d'exécution préférentiels représentés, on peut modifier l'appareil comme suit. Le conduit de dérivation 6 relié à une partie supérieure de la chambre de combustion pour en retirer le gaz d'échappement dans le mode d'exécution ci-dessus peut être rattaché à une partie appropriée de la paroi latérale de la chambre de combustion 1. Etant donné que la hotte 8 du conduit de dérivation 6 a seulement besoin de pouvoir être déplacée à la position de plusieurs fosses de préchauffage 31, le conduit 6 peut être rattaché à une partie latérale appropriée de la chambre de combustion 1 et être conçu pour se déployer ou se rétracter, au lieu que l'on utilise l'ensemble de rotation 5 de l'ensemble de levage 13 décrits plus haut. Toutefois, il est évident d'après la description ci-dessus que l'utili sation de cet ensemble de rotation 5 et de l'ensemble de levage 13 est spécialement préférable pour que la hotte 8 du conduit 6 puisse être déplacée comme indiqué plus haut. REVENDICATIONS 1. Appareil à préchauffer la matière à introduire dans un four de fabrication d'acier au moyen de l'énergie thermique du gaz d'échappement d'une chambre de combustion collectrice de poussière adjointe au four, comprenant plusieurs fosses de préchauffage communiquant chacune avec un conduit de sortie de la chambre de combustion, une benne de chargement placée de façon amovible dans chacune des fosses de préchauffage de sorte qu'un espacement pour le passage d'un gaz d'échappement est prévu entre la benne et la paroi intérieure de la fosse de préchauffage, des moyens de raccordement entre les fosses de préchauffage et le conduit de sortie de la chambre de combustion, la benne de chargement présentant intérieurement des passages pour distribuer le gaz d'échappement chauffé dans toute la benne, la benne présentant dans le bas un dispositif de fond ouvrant, un conduit de transfert présentant une hotte à une extrémité et communiquant par l'autre extrémité avec la chambre de combustion, appareil caractérisé par le fait que la hotte (8) du conduit de transfert (6) peut être déplacée sélectivement à une position où elle couvre le sommet de la benne de chargement (19) placée dans l'une des fosses de préchauffage (31), fermant ainsi la benne (19) de sorte que le gaz d'échappement de la chambre de combustion (1) arrive par le conduit de transfert (6) et la hotte (8) dans les passages de gaz d'échappement (24) de la benne (19) de manière à préchauffer la matière (46) qu'elle contient et s'écoule ensuite à travers l'espacement et les moyens de raccordement au conduit de sortie (3) de la chambre de combustion (1). 2. Appareil selon la revendication 1, caractérisé par le fait que le conduit de transfert (6) est relié à la paroi supérieure de la chambre de combustion (1) et communique avec elle, l'appareil comprenant des moyens (5) permettant de déplacer sélectivement la hotte (8) en l'amenant au dessus de l'une des fosses de préchauffage (31), ces moyens comprenant un ensemble (5) de rotation du conduit de transfert (6) autour de la liaison entre le conduit (16) et la paroi supérieure et un ensemble (13) servant à lever ou à abaisser la hotte (8) relativement au conduit de transfert (6). 3. Appareil selon la revendication 1, caractérisé par le fait que la hotte (8), le conduit de transfert (6) et le conduit de sortie (36) comportent chacun des moyens de refroidissement, que la benne de chargement (19) comprend une chemise de refroidissement par eau et que le dispositif de fond ouvrant (21) de la benne (19) est une structure de benne preneuse de -sorte que la benne de chargement (19) joue le rôle d'une chambre de préchauffage. 4. Appareil selon la revendication 1, caractérisé par le fait que les passages à gaz d'échappement comprennent plusieurs canaux (24) équidistants à la périphérie intérieure de la benne (19), traversant celle-ci verticalement et présentant chacun des orifices (25) permettant au canal (24) de communiquer avec l'intérieur de la benne (19), radialement vers l'intérieur de celle-ci, un passage étant formé verticalement au centre de la benne. 5. Appareil selon la revendication 1, caractérisé par le fait que la hotte (8) comprend un diffuseur servant à faire diffuser l'énergie thermique du gaz d'échappement à travers tout l'intérieur de la benne placée dans la fosse de préchauffage (31) une fois que le gaz a été introduit dans la hotte (8) par le conduit de transfert (6). 6. Appareil selon la revendication 1, caractérisé par le fait qu'il comprend un registre réglable (12, 38) dans le conduit de transfert (6) et le conduit de sortie (36). 7. Appareil selon la revendication 1, caractérisé par le fait que la fosse de préchauffage (31) est ouverte en haut et que la benne de chargement (19) est placée dans la fosse (31) à travers l'ouverture supérieure, celle-ci étant munie de couvercles (34) empêchant l'entrée d'air atmosphérique lorsqu'on chauffe la matière de la benne.