Brevet FR2488380A1 — publié le 19820212

24863ê6 L'invention concerne un procédé de mélange des gaz chauds d'un four avec un autre gaz, avant d'évacuer les gaz du four en les faisant sortir par une hotte formant avec l'inté- rieur du four un espace ininterrompu de circulation des gaz. L'invention concerne également une hotte cylindrique permettant de mettre en oeuvre ce procédé, l'extrémité ouverte de la hotte se situant au voisinage immédiat de l'espace de circulation des gaz du four et cette hotte comportant un tuyau de sortie des gaz chauds dont le traitement a été contr6là dans la hotte. L'invention concerne plus particulièrement un procédé de fusion et de réduction de matières premières dans un four, comme par exemple un procédé de fusion et de réduction de ferro-silicium ou de silicium dans un four à arc électrique, ce procédé se mettant en oeuvre en amenant dans le four le réducteur Et la matière première à réduire, en retirant dans le bas du four le matériau réduit sous forme de produit fondu, et en récupérant les gaz chauds de l'espace réducteur gazeux situé au-dessus du produit en fusion par utilisation d'une hotte à ouverture tournée vers le bas s'adaptant sur le dessus du four à arcélectrique, cette hotte comportant dans son capot des ouvertures de passage des électrodes, et un tuyau de sortie des gaz, ainsi que des orifices d'alimentation de la matière première à fondre et à réduire, et du réducteur. Il serait souvent souhaitable de réduire, d'oxy- der ou de refroidir les gaz chauds aussitôt qu'ils sortent de l'espace des gaz du four. Cependant l'oxydation, la réduction ou le refroidissement immédiats des gaz chauds du four se sont avérés très difficiles à réaliser du fait que ces gaz chauds ont, comme cela est bien connu, une viscosité très élevée. De plus il serait souvent souhaitable de séparer une partie au moins des poussières présentes dans les gaz de tuyauterie chauds, de manière à ramener les poussières dans le four avant que les gaz chauds du four soient évacués de l'espace des gaz du four. En ce qui concerne les gaz chauds du four conte- nant des éléments combustibles, il serait particulièrement souhai- table de brûler des éléments combustibles avant de faire sortir les gaz chauds de l'espace des gaz du four, de façon que la chaleur de Combustion puisse être exploitée à un degré aussi élevé que possi- ble dans le four lui-même. Pour cette raison il serait particu- lièrement important de pouvoir mélanger l'air de combustion à ces gaz chauds contenant des éléments réducteurs, déjà dans l'espace de four luimême, de manière à brûler ces gaz de façon Oontrtiée et à éviter tout risque de surchauffe, en récupérant en même temps la chaleur indirectement. On connait déjà différents types de fours munis de hottes, dans lesquels les gaz sont envoyés dans l'atmos- Phère soit directement soit après traitement. Ces fours présentent l'inconvénient que l'air de combustion vient en contact avec les gaz du four et avec les produits d'alimentation, de manière incon- trôlée. On connaît déjà également différents types de fours dits semi-fermés, c'està-dire munis d'une hotte. la paroi de la hotte comporte des ouvertures munies de volets. Ces fours présentent par exemple l'inconvénient que le volet d'une ouver- ture doit être ouvert pour laisser passer le dispositif d'extrac- tion d'un four à ferro-silicium ou à silicium, ce qui permet à l'air de venir en contact avec les gaz du four et avec les produits d'alimentation, de manière incontrôlée. Il en résulte les incon- vénients suivants: il faut investir dans des sytèmes de tiaite- ment des gaz surdimensionnés à la sortiedu four, les réducteurs présents dans les produits d'alimentation sont jetés, et les gaz du four sont brûlés de manière incontrôlée, ce qui provoque ainsi une surchauffe risquant d'endommager la hotte, les électrodes ou autres dispositifs du four. l'invention a pour but de pallier les incon- vénients ci-dessus en créant un procédé et un dispositif permet- tant de traiter les gaz du four de manière contrôlée. A cet effet l'invention concerne un procédé de mélange des gaz chauds d'un four avec un second gaz avant que ces gaz chauds sortent du four, ce procédé consistant à faire passer les gaz chauds du four par une hotte formant avec ce four un espace ininterrompu de circulation des gaz, procédé caractérisé en ce que l'alimentation du second gaz se fait, le long des parois latérales de la hotte, à contre courant par rapport aux gaz chauds sortant du four, de manière à mélanger ainsi les gaz ensemble en formant un tourillon en forme de tore dont les gaz s'échappent par une évacuation tangentielle. La hotte selon l'invention peut s'utiliser dans des fours très différents, mais plus particulièrement dans des fours à ferro-silicium et à silicium. Dans ce cas le but de la partie inférieure de la paroi de maçonnerie, inclinée vers le four, du rétrécissement de la hotte, est de diriger le dispositif d'extraction monté dans celle-ci. le dispositif d'extraction peut par exemple être du type décrit plus en détail dans le brevet finlandais nO 80 1982. Une hotte selon l'invention peut être reliée à la cheminée sortant d'un four de fusion à feu vif ou d'un haut-fourneau, auquel cas la hotte vient constituer un prolongement de la cheminée de ces fours, mais la hotte selon l'invention est plus intéressante à utiliser sur un four à arc électrique ou sur un four rotatif. la hotte selon l'invention est réalisée à partir de tuyaux reliés les uns aux autres par des ailettes et recouverts intérieurement de briques ou autres compositions réfrac- taires. A l'intérieur de la hotte sont montés des crampons permet- tant de fixer la maçonnerie ou la composition réfractaire. On envoi( de l'eau ou de la vapeur d'eau dans les tuyaux pour refroidir la structue en acier et pour récupérei la chaleur produite par les gaz du four. la hotte est de préférence courbée sur toute sa partie Périphérique, de manière à diviser l'espace des gaz en une zone haute de réduction, d'oxydation ou de refroidissement, et une zone basse d'oxydation ou de réduction, les orifices d'admission du réducteurou de l'air et/ou de l'oxygène de combustion, se situant au-dessus de la partie courbe, de même que le tuyau de sortie tangentiel des gaz. l'air et/ou l'oxygène, ou encore le gaz réducteur, sont amenés dans la zone d'oxydation ou de réduction de manière à être dirigés et mélangés aux gaz sortant de l'espace de réduction ou d'oxydation des gaz pour former un tourbillon en forme de tore dont les gaz s'échappent tangentiellement. De cette manière on peut également séparer une grande partie des poussières par effet de centrifugation. les gaz d'écran, d'oxydation, de réduction ou de refroidissement, sont introduits par le centre du capot de lE hotte. Les gaz d'écran protègent la partie centrale du capot contre les surchauffes. Ces gaz d'écran peuvent également être dirigés de manière à aider la formation du mouvement de rotation à l'intérieur de la hotte. l'invention sera mieux comprise à la lecture de la description détaillée qui suit et qui se réfère aux dessins ci-joints dans lesquels - la figure 1 représente une vue de côté, en coupe, d'un four à am électrique utilisant une hotte selon l'invention, - la figure 2 est une vue en coupe suivant la ligne A-A de la figure 1, la figure 3 est une vue de côté, en coupe, d'une variante de réalisation de la hotte selon l'invention, et - la figure 4 est une vue de dessus de la hotte de la figure 3. Sur les figures 1 et 2,le four est repéré par la référence 1 et la hotte s'adapte étroitement sur ce four au moyen d'un dispositif de verrouillage étanche au sable et aux liquides, cette hotte étant repérée par la référence 2. la partie centrale du capot 17 de la hotte 2 est traversée par trbis élec- trodes 3 montées symétriquement. Dans la partie supérieure de la hotte 2 se trouve en outre un passage de sortie des gaz de cheminée 4 se reliant tangentiellement à la paroi latérale de la hotte. le capot 17 de la hotte comporte de plus plusieurs passages d'alimentation verticaux 5 montés symétriquement par rapport aux électrodes 3, à égale distance les uns des autres, les matières premières étant chargées dans le four par ces passages 5. le char- gement des matières premières dans le four à arc électrique se fait de préférence au moyen d'un anneau d'alimentation (non représenté) développé et décrit pour cela dans le brevet finlandais no 50 028, l'alimentation des matières premières se faisant alternativement par six passages d'alimentation 5 autour des électrodes 3. Sur le dessus du capot 17 de la hotte 2 se trouve en outre un passage annulaire 11 de distribution d'air, ce passage étant parallèle à la circonférence du capot; l'air de combustion est amené dans ce passage 11 par le tuyau 12 et passe ensuite dans la partie supérieure de la hotte par des orifices d'entrée 6 ménagés tangentiellement et obliquement vers le bas dans la circonférence du capot, de manière à refroidir la paroi de la hotte 2. Sur le dessus du capot 17 de la hotte 2 se trouve encore un passage 13 de distribution de gaz d'écran entourant le groupe d'électrodes et, de plus, chaque électrode séparément. Ce passage 13 comporte un tuyau d'admission 14 destiné à amener le gaz d'écran dans son passage de distribution 13 et à le distribuer par des ouvertures 7 ménagées tangentiellement et obliquement vers le bas, autour des électrodes 3 contenues dans la hotte2, de manière à protéger ces électrodes 3 des gaz chauds circulant dans la hotte. Dans la partie inférieure de la hotte 2 se trouve une partie courbe entourant la hotte. La partie supérieure inclinée 8 de la paroi de la partie courbe est tournée vers l'extérieur du four 1, et la partie inférieure inclinée 9 de io cette paroi est tournée vers le four. La ligne d'intersection séparant les deux parties de paroi divise l'espace des gaz de la hotte 2 en une zone supérieure de combustion 16 et une zone infé- rieure de réduction 15. Le but de la partie de paroi inclinée 8 tournée vers l'extérieur du four 1, est d'amener et de diriger le débit d'air de combustion passant tangentiellement et obliquement vers le bas à partir des ouvertures 6 de la circonférence du capot 17 de la hotte 2, de façon qu'il ne vienne-pas buter sur la couche de coke située à la surface du métal fondu dans le four à arc électrique, mais se mélange aux gaz montant de la zone de réduc- tion 15, de manière à former ainsi un tourbillon en forme de tore entouant le groupe d'électrodes, tourbillon dont les gaz de chemi- née s'échappent tangentiellement par le passage de sortie 4. le but de la partie de paroi inférieure inclinée 9 de la partie courbe de la hotte 2, partie de paroi 9, tournée vers le four 1, est de diriger le dispositif d'extraction monté sur celle-ci pour l'amener plus près de sa cible, c'est- à-dire de la charge placée sur la surface du liquide fondu. Ce dispositif d'extraction 10 peut être synchronisé, par exemple, av ec le dispositif d'alimentation, auquel cas le dispositif 10 év acue la charge arrivant dans le four 1, ou avec le courant du four auquel cas le dispositif d'extraction 10 fonctionne plus souvent si le courant alimentant le four est plus faiblecar dans ce cas une croûte dure se forme plus facilement à la surface du liquide fondu. Le dispositif d'extraction 10 fonctionne quelques minutes seulement à chaque fois et un petit nombre de fois par heure; dans l'intervalle la broche du dispositif d'ex- traction est relitée du four pour remonter dans un boltier refroid s'articulant par rapport à la partie de paroi 9 et pouvant bascu- ler dans différentes directions, comme décrit plus en détail dans le brevet finlandais n0 80 1982. la partie inférieure 9 de la paroi peut avantageusement être constituée par un anneau étroitement serré entre le four l et la hotte 2, au-dessus du four, grâce à un dis- positif de verrouillage étanche au sable et aux liquides, cet anneau pouv ant tourner autour de l'axe central du four pour per- mettre les changements de position du dispositif d'extraction 10 sur le pourtour de la hotte 2, de façon qu'on puisse utiliser un seul et même dispositif d'extraction 10 pour casser, en un point quelconque voulu, la croûte se formant sur la surface du liquide en fusion et pour évacuer la charge arrivant sur la surface du liquide en fusion ou pour déplacer cette charge en un point quel- conque voulu de la surface de liquide en fusion. la hotte est refroidie par des tuyaux de refroidissement montés dans ses parois et dans on capot 17, ces tuyaux n'étant pas représentés en détail sur les figures. la hotte 2 peut être fabriquée à partir de tuyaux reliés les uns aux autres par des ailettes, auquel cas l'intérieur de la hotte 2 comporte des crampons auxquels on peut fixer les briques de maté- riau réfractaire utilisées comme revêtement intérieur. De plus la hotte peut être isolée de l'extérieur par de l'amiante et l'on peut envoyer de l'eau ou de la vapeur dans les tuyaux de refroidissement, pour récupérer indi- rectement la chaleur-provenant des gaz chauds circulant à l'inté- rieur de la hotte. les passages d'alimentation peuvent avan- tageusement aller approximativement jusqu'à la zone de réduction pour empêcher le réducteur présent dans les produits d'alimen- tation, de venir en contact avec l'atmosphère oxydante de la zone d'oxydation 16. De la même façon les électrodes 3 sont de préfé- rence protégées de l'atmosphère oxydante de la zone d'oxydation 16 par des revêtements en forme dà manchons 18 entourant les électrodes 3, ces manchons allant jusqu'à la zone de réduction 15. les figures 3 et 4 représentent une hotte Pouvant se monter sur un autre type de four qu'un four à arc électrique. Dans ce cas le four est repéré d'une façon générale par la référence 1, et la hotte se montant sur le dessus de ce four est repérée par la référence 2. la hotte 2 est ouverte à son extrémité inférieure et comporte une partie courbe 8, 9 l'entou- rant complètement, cette partie courbe divisant l'espace des gaz du four en une zone supérieure et une zone inférieure. Dans la zone située audessus de la partie courbe 8, 9 se forme un tourbillon en forme de tore, produit par injection d'un autre gaz; tel que de l'air de combustion, par les orifices d'entrée 6 présents sur la circonférence du capot 17 de la hotte 2 et disposés oblique- ment vers le bas lelong des parois de la hotte, la partie supérieure 8 de la paroi de la partie courbe 8, 9 dirigeant le débit d'air de combustion vers l'axe central de la hotte, et la partie infé- rieure 9 de la paroi de la partie courbe 8, 9 dirigeant également les gaz chauds se mélangeaib à l'air de combustion pour former un tourbil on en forme de tore. De cette manière l'air de combustion et les gaz chauds du four peuvent se mélanger effectivement ensemble, et la combustion peut être contrôlée de manière à éviter tout risque de surchauffe. Les gaz de cheminée sont évacués tangentiel- lement de ce tourbillon en forme de tore, par un tuyau de sortie tangentiel 4 relié à la partie supérieure de la hotte 2. Les ori- fices d'injection d'air de combustion 6 sont dirigés obliquement vers le bas de manière à provoquer la rotation du tourbillon en forme de tore autour de l'axe central vertical de la hotte, dans une direction permettant d'obtenir l'évacuation des gaz de cheminée par le tuyau de sortie tangentiel 4. Si l'on désire que la hotte ramène les poussières, le tuyau de sortie tangentiel des gaz de cheminée doit faire saillie dans l'espace de hotte de façon que les poussières en sortent le long des parois et reviennent à l'étage précédent. Il est évident que la hotte selon l'inven- tion peut aussi bien se monter sur le côté du four que sur le dessus de celui-ci, mais si les gaz chauds contiennent des parti- cules solides il est plus avantageux de monter la hotte sur le dessus du four car dans ce cas les poussières séparées des gaz par la force centrifuge, dans le tourbillon en forme de tore, retombent dans le four sous l'effet dela pesanteur. REVERIDICATIONS l_.- Procédé de mélange des gaz chauds d'un four avec un second gaz avant que ces gaz chauds sortent du four (1), ce procédé consistant à faire passer les gaz chauds du four par une hotte (2) formant avec ce four un espace ininterrompu de circulation des gaz, procédé caractérisé en ce que l'alimen- tation (6) du second gaz se fait, le long des parois latérales de la hotte (2), à contre courant par rapport aux gaz chauds sortant du four (1), de manière à mélanger ainsi les gaz ensemble en for- mant un tourbillon en forme de tore dont les gaz s'éghappent par une évacuation (4) tangentielle. 2.- Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que l'alimentation (6) du second gaz est dirigée obliquement par rapport au-, courant des gaz chauds sortant du four (1), de façon que le tourbillon en forme de tore se mette à tourner autour de l'axe central de la hotte (2) dans une direction produi- sant l'évacuation tangentielle (4) des gaz quittant ce tourbillon en forme de tore. 3.- Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 et 2, caractérisé en ce que le courant des gaz chauds sortant du four (1) et le courant du second gaz arrivant en sens inverse le long des parois latérales de la hotte (2), soient dirigés (8, 9) approximativement vers l'axe central de la hotte (2) avant de buter l'un contre l'autre, de façon que lesgaz tournent autour de l'axe central du tourbillon en forme de tore pour qu'à l'intérieur de cette partie circulaire centrale du tour- billon, le courant de gaz soit pratiquement parallèle au courant des gaz chauds sortant du four (1), et de façon qu'à l'extérieur de la partie circulaire centrale du tourbillon en forme de tore, le courant de gaz soit parallèle au courant du second gaz circulant le long des parois de la hotte (2). 4.- Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 3, caractérisé en ce que le second gaz, ou tout autre gaz quelconque, est amené par la partie centrale du capot (17) de la hotte (2), de manière à protéger ce capot (17) des surchauffes. 5.- Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 4, caractérisé en ce que les gaz chauds sont des gaz réducteurs montant d'un bain de fusion réducteur formé par exemple dans un four à arc électrique, et en ce que le second gaz est de l'oxygène et/ou de l'air, ce qui permet de brn1er les gaz chauds réducteurs pour produire de la chaleur et pour récu- pérer cette chaleur à la fois directement et indirectement au moyen de la hotte (2) placée au-dessus du four,, les gaz de cheminée étant évacués (4) tangentiellement. 6.- Procédé selon l'une quelconque des revendications i à. 5, caractérisé en ce qu'une partie des gaz de cheminée (4) est renvoyée dans la partie supérieure (16) de la hotte (2) et dirigée autour des électrodes (3) de manière à proté- ger ces électrodes contre les gaz chauds. 7.- Procédé selon l'une quelconque des revendications i à 6, caractérisé en ce que l'oxygène et/ou l'air (6), et les gaz montant dans la hotte (2) en provenance de l'es- pace des gaz réducteurs (15) du four (1), sont dirigés et mélangés ensemble dans un tourbillon. en forme de tore entourant le groupe d'électrode (3). 8- Hotte cylindrique (2) destinée à la mise en oeuvre du procédé selon l'une quelconque des revendi- cations i à 7, cette hotte étant ouverte à l'extrémité destinée à se relier à l'espace des gaz du four, et comportant d'autre part un tuyau de sortie (4) des gaz traités dans la hotte, hotte caractérisée en ce qu'elle comprend des orifices d'entrée (6) ménagés dans le pourtour du capot (17) à l'extrémité opposée de la hotte (2), de manière à amener le second gaz dans la hotte (2) le long des parois de celle-ci, ce second gaz arrivant à contre courant par rapport aux gaz chauds provenant de l' extrémité oppo- sée ouverte de la hotte (2), et le tuyau de sortie (4) étant monté tangentiellement par rapport à la paroi latérale de la hotte (2). 9.- Hotte selon _b revendication 8, caractérisée en ce qu'elle comporte une partie courbe (8, 9) faisant le tour de celle-ci pour diviser l'intérieur de la hotte en deux zones (15, 16), le tuyau de sortie tangentiel (4) étant monté dans la zone délimitée par le capot de hotte (17) et la partie courbe (8, 9). 10.- Hotte selon l'une quelconque des revendications 8 et 9, caractérisée en ce que les orifices d'ali- mentation (6) du second gaz sont orientés obliquement par rapport au sens de rotation déterminé par le tuyau de sortie (4). 11.- Hotte selon l'une quelconque dês revendications 8 à 10, caractérisée en ce que la partie centrale du capot (17) comporte un ou plusieurs orifices d'alimentation du second gaz ou de tout autre gaz. 12.- Hotte (2) à ouverture tournée vers le bas, pour four à arc électrique (1), selon l'une quelconque des revendications 8 à 11, comportant dans son apot des orifices de passage d'électrodes (3) ainsi qu'un tuyau de sortie (4) des gaz, et des orifices (5) d'alimentation de la matière première à fondre et à réduire, et du réducteur, hotte caractérisée en ce qu'elle comporte, au-dessus de la partie courbe (8, 9), des ori- fices (6) d'alimentation en air et/ou en oxygène de la zone supé- rieure d'oxydation (16) à laquelle se relie également le tuyau de sortie (4) des gaz de cheminée, et en ce que, dans les parois et/ Ou le capot de la hotte (2), se montent des tuyaux de refroidis- sement pour la récupération indirecte dà la chaleur. 13.- Hotte salon la revendication 12, caractérisée en ce qu'elle comporte au moins un élément (10) articulé par rapport à la partie (9) de la paroi de partie courbe faisant face à l'extrémité ouverte de la hotte et pouvant s'incli- ner dans différentes directions, de manière à déplacer les matières premières amenées à la surface du liquide en fusion et/ou casser la croûte se formant à la surface du liquide en fusion, lorsque l'élément (10) bascule autour de son joint. 14.- Hotte selon l'une quelconque des revendications 12 et 13, caractérisée en ce que la partie courbe (8, 9), ou du moins la partie (9) de sa paroi sur laqudle se monte l'élément inclinable (10), est constituée par un anneau séparé enserrant la hotte (2) et pouvant tourner autour de l'axe vertical de celle-ci pour amener l'élément (10) en différents points de la circonférence de la hotte. 15.- Hotte selon l'une quelconque des revendications 8 à 14, caractérisée en ce queson capot (17) comporte, autour des entrées d'électrodes, un certain nombre d'orifices d'entrée (7) permettant d'injecter le gaz d'écran dans la hotte (2) autour des électrodes (3). 16.- Hotte selon l'une quelconque des revendications 8 à 15, caractérisée en ce que sa construction com- porte une partie de paroi supérieure oblique (8) tournée vers l'extérieur de l'extrémité ouverte de la hotte (2), de manière à - 11 diriger les gaz de la zone d'oxydation supérieure (16) dans un tourbillon en forme de tore entourant le groupe d'électrodes (3).