Brevet FR2501353A1 — publié le 19820910

Cubilot L'invention est relative aux cubilots. L'invention peut être avantageusement appliquée aux appareils de fusion destinés à la fusion de la fonte dans la fonderie, dans différents procédés de la métallurgie, ainsi qu'à la fusion des matériaux miné- raux pour la fabrication de laine de laitier et de laine minérale. On connait des appareils de fusion fonctionnant au combustible gazeux, notamment au gaz naturel. En cas de fusion de la fonte avec du combustible gazeux, le métal n'est pas saturé par le soufre qui est une impureté nuisible. De ce fait, sa résistance mécanique dans des pièces coulées croit, car des impuretés telles que la cendre, formée dans le cas de la fusion au coke et baissant la qualité du produit fini obtenu, ne se forment plus et ne pénètrent plus dans le métal. En outre, un transport simple du gaz naturel vers l'endroit d'utilisation, avec son haut pouvoir calorifique,présente des avantages importants. En cas de combustion du gaz naturel, l'environnement est moins pollué par des impuretés nuisibles. Les avantages mentionnés, la difficulté accrue de se procurer du coke, ainsi que son prix de revient élevé, ont conduit à appliquer à une échelle de plus en plus large la fusion de la fonte et des matériaux siliceux au gaz naturel. On connait donc 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 deux chambres, une chambre de fusion supérieure, et une chambre de surchauffe inférieure. Les poutrelles refroidies par eau sont munies d'un garnissage réfractaire réalisé en matériaux réfractaires thermostables (certificat d'auteur URSS NO 503107). Toutefois, dans ce cubilot connu, des matériaux fondus adhèrent aux poutrelles refroidies par eau, ce qui aboutit à une baisse de la température du bain, à une diminution des passages par lesquels circulent le gaz chaud et les matériaux fondus entre les poutrelles refroidies par eau, et à l'élévation des pertes de la chaleur consommée pour le chauffage de l'eau dans les poutrelles. En outre, la présence de la chambre de surchauffe intérieure, qui n'est pas remplie de garnissage réfractaire et dans laquelle ont lieu de grandes pertes de chaleur à travers les parois, conduit à une baisse du rendement du cubilot, la température requise du bain de fusion des matériaux n'étant pas assurée. I1 convient aussi de noter qu'une telle conception du cubilot rend difficile l'enlèvement du garnissage réfractaire et des matériaux non fondus de la cuve, après la fusion ; ceci complique la réparation du revetement, ainsi que la préparation du cubilot à la fusion. En outre, on connait un cubilot comprenant une cuve à la partie inférieure de laquelle sont prévus des brûleurs disposés horizontalement, et qui est destiné à la fusion de la fonte sur un garnissage réfractaire chargé dans la cuve (ouvrage "Les moulages en fonte" par Girshovich N.G. Mettallurgisdst, publié en 1949, p. 633 à 635, 642 à 644, 564 à 656). Toutefois, pendant la marche d'un tel cubilot, les ouvertures des brûleurs sont engorgées par la scorie, obturées par des matériaux réfractaires fondus, ce qui trouble le processus de fusion. Le garnissage réfractaire du cubilot se réchauffe irrégulièrement, les produits de combustion gazeux ne pénètrent pas profondément dans le garnissage réfractaire, d'où une diminution de la température du bain provoquant une baisse de la qualité des moulages. On connait aussi un cubilot, comprenant une cuve qui comporte à sa partie inférieure des brûleurs disposés radialement, équidistants sur le périmètre (ouvrage "Le gaz naturel en tant que combustible pour les fours métallurgiques" par Rafalovich, publié à Moscou en 1961, p. 150-151). Le cubilot marche au gaz naturel et avec un vent réchauffé. Une paillasse en corindon naturel sans minerai formant un garnissage dans lequel brûle le gaz sert à maintenir la colonne de charges. Toutefois, la tenue du corindon s'est avérée insuffisante. Au cours d'une marche prolongée, le processus de combustion devenait anormal et on constatait une distribution irrégulière du gaz dans la paillasse réfractaire, ce qui aboutissait à une fusion perturbée et bien souvent à l'arrêt de la fusion. On s'est donc proposé de créer un cubilot doté de tels tunnels-tuyères dans lequel seraient assurées une combustion stable et une répartition uniforme des gaz dans la paillasse réfractaire. Selon l'invention, le cubilot comprend une cuve munie de brûleurs disposés à sa partie inférieure suivant son périmètre et équipés de tunnels-tuyères, d'une sole et d'une paillasse réfractaire, et il est caractérisé en ce que la surface totale (f) des sections de sortie des tunnels-tuyères est égale à 0,02 à 0,18 fois la surface de la section (F) de la cuve dans le plan de disposition des tunnels-tuyères. Une telle conception du cubilot assure une distribution régulière des gaz dans les brûleurs, les tunnelstuyères et la paillasse réfractaire sans minerai , aussi permet-elle de stabiliser tout le processus de combustion. Lorsque la surface totale des sections de sortie des tunnels-tuyères est supérieure à 0,18 fois la surface de la section de la cuve dans le plan de la disposition des tunnels-tuyères, la distribution des gaz dans les brûleurs1 les tunnels-tuyères, la paillasse réfractaire sans minerai est irrégulière, ce qui conduit à perturber la combustion stable des gaz dans la couche de matériaux en morceaux et se traduit par un hurlement et un sifflement intenses. Ce bruit inadmis siblè est du aussi bien à une grande consommation du mélange gaz-air qu'à une faible consommation. De plus, la température dans la couche de matériaux en morceau est alors faible et irrégulière, ce qui provoque une perturbation et meme l'interruption de la fusion. Lorsque la surface totale des sections de sortie -des tunnels-tuyères est inférieure à 0,02 fois la surface de la section de la cuve dans le plan de disposi tion des tunnels-tuyères, il se produit une séparation de la flamme d'avec les tunnels-tuyères des brûleurs, les gaz brûlent non dans la couche de matériaux en morceau, mais au-dessus de celle-ci, ce qui aboutit également au trouble de la fusion et à l'entrave du fonctionnement du cubilot. Dans le cubilot, conforme à l'invention, la surface (f) de chaque section de sortie du tunnel-tuyère est choisie de façon que les distances (hl, h2) entre son bord inférieur et la sole, et entre son bord supé- rieur et le niveau supérieur de la paillasse réfractaire soient égales respectivement à (0,8 à 7,0)d et à (2 à 16)d, d étant le diamètre du cercle dont la surface est égale à la surface (f) mentionnée de la section de sortie du tunnel-tuyère. Le paramètre "d" ne dépend pas de la forme de la section de sortie du tunnel-tuyère du brûleur, mais il est tributaire de la surface de la section de sortie du tunnel-tuyère du brûleur, car cette surface détermine le diamètre du courant de gaz au-delà du tunnel. Si la section de sortie du tunnel-tuyère est ronde, "d" est le diamètre de cette section de sortie. Lorsqu'on réalise les éléments cQnstructifs du cubilot dans les limites optimales des rapports indiqués ci-dessus, on atteint une haute température au niveau supérieur de la paillasse réfractaire et en bas près de la sole, à condition que la stabilité de la paillasse réfractaire soit assurée, la solidifica tion éventuelle du bain sur la sole étant éliminée. Les grandeurs citées ne sont valables que dans les limites suivantes 0,8d s h1 X 7d, 2d ç h2 S 16d, et aux autres conditions optimales, vu que si h le mélange gaz-air ne s'enflamme pas près de la surfa ce de la sole et ne la chauffe nas, et si h > 7d, le -mélange gaz-air n'atteint pas la surface de la sole et celle-ci ne se chauffe pas, ce qui conduit, dans ces deux cas, à la solidification du bain sur la sole et dans le trou de coulée, l'élévation du niveau du bain, à l'engorgement des tunnels-tuyères avec le matériau en fusion, et l'interruption de la fusion. Lorsque h2 16d, il se produit une diminution de la température au niveau supérieur de la paillasse réfractaire, ce qui conduit également à une baisse de la température du bain à sa solidification dans la paillasse réfractaire et à l'interruption de la fusion. Aussi est-il indispensable que le plan de disposi tion des tunnels-tuyères et la section de la cuve soient un cercle dans lequel le rapport entre son périmètre (L) et la distance (l) entre les centres des sections de sortie des tunnels-tuyères voisins est de 2,327 C(R~4,22B)2 + (1,35B)2]0t5 + B 3,452 [(R-2,85B)2 + (0191B)2]0,5 B équation dans laquelle R est le rayon de la cuve dans le plan de disposition des tunnels-tuyères, et B est la dimension maximale du tunnel-tuyère, à la section de sortie (hauteur, largeur, diamètre). Grace à une telle conception du cubilot, on obtient une combustion stable du gaz dans la cuve aux sections de sortie des tunnels-tuyères, une inflammation stable du mélange gaz-air d'une flamme à l'autre, et un réchauffage intense de la cuve près des tunnelstuyères et de la paillasse réfractaire. Si le rapport entre le périmètre (L) du cercle et la distance (1) entre les centres des sections de -sortie des tunnels-tuyères voisins est supérieur à : 3,452 [(R-2,85B)2 + (0,9lB)2J0,5 B le processus de combustion sera entièrement perturbé, vu que le gaz s'enflamme et brûle loin des tunnels des brûleurs. Si le rapport du périmètre (L) du cercle à la distance (1) entre les centres des sections de sortie des tunnels-tuyères voisins est inférieur à 2,327 [(R-4,22B)2 + (l135B)2j0,5 B le gaz s'enflamme près des tunnels-tuyères, mais il ne se produit pas l'inflammation du mélange gaz-air d'une flamme à l'autre avec formation des flammes ardentes près de tous les tunnels-tuyères, ce qui conduit à une chauffe insuffisante de la cuve entre les tunnelstuyères des brûleurs, la combustion sera alors perturbée et la fusion s'arrêtera progressivement. Dans ce qui suit, l'invention est expliquée par un exemple concret de sa réalisation et par des dessins annexés sur lesquels - la figure 1 représente schématiquement une vue d'ensemble d'un cubilot conforme à l'invention, coupe longitudinale - la figure 2, une coupe suivant la ligne II-II sur la figure 1. Le cubilot comprend une cuve 1 à la partie inférieure de laquelle au-dessus de la sole 2 sont placés des brûleurs 3 à gaz avec des tunnels-tuyères 4, une paillasse 5 en matériau réfractaire charge dans la cuve après l'allumage des brûleurs 3, un trou 6 pour évacuer le matériau en fusion. La surface totale des sections de sortie des tunnels-tuyères est égale à (0,02 à 0,18) fois la surface de la section de la cuve dans le plan de disposition des tunnels-tuyères. Grâce à cette conception du cubilot, on réussit à distribuer régulièrement des gaz et à stabiliser la combustion dans la couche du matériau en morceaux. La forme des sections de sortie peut être ronde, elliptique, ovale, rectangulaire, carrée et elle est tributaire de la forme du cubilot ainsi que de la conception de ses brûleurs. A son tour, la forme du cubilot dépend de sa destination et de son organisation. En effet, pour la fusion des matériaux siliceux, on a recours à un cubilot, dont la section de la cuve est d'une forme ronde ; on obtient, alors, des conditions optimales pour une pénétration profonde des gaz dans la paillasse réfractaire, en élevant ainsi la température du bain et en éliminant le risque de la solidification éventuelle du bain de fusion sur la sole. Pour la fusion de la fonte, il -est avantageux que la section de la cuve soit d'une forme rectangulaire, ce qui simplifie le revêtement du cubilot. La surface (f) de chaque section de sortie du tunnel-tuyère est choisie de façon que les distances (h1, h2) entre son bord inférieur et la sole ainsi qu'entre son bord supérieur et le niveau supérieur de la paillasse réfractaire aient des valeurs égales à (0,8 à 7,0)d et à (2 à 16)d, respectivement, où : d est le diamètre d'un cercle, dont la surface est égale à la surface (f) mentionnée. Grâce à cette conception du cubilot, on obtient une haute température au'niveau supérieur de la paillasse réfractaire et en bas près de la sole, en assurant ainsi la stabilité de la paillasse réfractaire, et en supprimant le risque de la solidification éventuelle du bain de fusion sur la sole. Il est nécessaire que dans le cubilot objet de l'invention,- la surface (le plan) de disposition des tunnels-tuyères et la section de la cuve soient réalisées, chacune sous forme d'un cercle, le rapport entre le périmètre duquel (L) et la distance (1) entre les centres des sections de sortie des tunnels-tuyères voisins étant 2,327 [(R-4,22B) 2 + (l,35B)2]0,5 ~ ~ + B 3,452 [(R-2, 85B) 2 + (0,9lB)2]0'5 B Grâce à une telle conception du cubilot, on obtient une stabilisation de la combustion du gaz dans la cuve près des sections de sortie des tunnels-tuyères, une inflammation stable du mélange gaz-air d'une flamme à l'autre, des flammes ardentes près de tous les tunnels-tuyères, une chauffe intense de la cuve près des tunnels-tuyères et de la paillasse réfractaire. Tout d'abord, on allume les brûleurs en brulant du bois ou à l'aide d'un dispositif d'allumage. A cet effet, on amène aux brûleurs 3 et aux tunnels-tuyères 4 (successivement ou simultanément dans tous les tunnels-tuyères) de l'air en un faible débit, ensuite, un combustible (par exemple, un gaz naturel). Dans la cuve 1 du cubilot au-dessus de la sole 2, le gaz brûle par flamme ardente, une flamme ardente se forme près de chaque tunnel-tuyère 4, près de la section de sortie. A l'aide des flammes ardentes, on chauffe le revêtement réfractaire à la partie inférieure de la cuve 1 jusqu'à 1500-16500C, ensuite, on charge des réfractaires formant une paillasse 5, constituée généralement par des morceaux sous forme de briques, tubes, boulets (des réfractaires carbones (carbonifère) de chamotte à haute teneur en alumine dont le point de fusion est plus haut que celui des matériaux à fondre et à surchauffer. Après avoir porté la paillasse réfractaire 5 à une température de 1500 à 16500C, on enfourne une charge constituée de divers matériaux siliceux, des laitiers, des débris de briques du bâtiment, de la castine. La charge fond sur la paillasse réfractaire, le matériau fondu, s'étant écoulé sur les morceaux de la paillasse réfractaire 5, se surchauffe, tombe sur la sole 2, d'où il coule vers le trou 6, par lequel il sort. En dehors de la cuve, le laitier liquide se pulvérise et se transforme en laine de laitier. Pour maintenir une hauteur constante de la paillasse réfractaire, on ajoute à la charge une petite quantité de réfractaires dont la composition correspond à celle de la paillasse réfractaire sans minerai. Le cubilot peut trouver une application pour la cuisson de la castine, la fusion de la fonte ainsi que d'autres métaux, des alliages, la fusion des non-métaux, par exemple, pour obtention des matériaux en fusion dans la coulée de la pierre. REVENDICATIONS 1. Cubilot, comprenant une cuve (1) munie de brûleurs (3), disposés à sa partie inférieure suivant son périmètre et équipés de tunnels-tuyères (4), d'une sole (2) et d'une paillasse réfractaire (5), caractérisé en ce que la surface totale (f) des sections de sortie des tunnels-tuyères (4) est égale à (0,02 à 0,18) fois la surface de la section (F) de la cuve (1) dans le plan de disposition des tunnels-tuyères (4). 2. Cubilot selon la revendication 1, caractérisé en ce que la surface (f) de chaque section de sortie du tunnel-tuyère ~(4) est choisie de manière que les distances (hl, h2) entre son bord inférieur et la sole (2) et entre son bord supérieur et le niveau supérieur de la paillasse réfractaire (5) soient égales respectivement à (0,8 à 7,0)d et à (2 à 16)d, d étant le diamètre d'un cercle dont la surface est égale à la surface (f) de la section de sortie du tunnel-tuyère (4). 3. Cubilot selon la revendication 1, caractérisé en ce que le plan de disposition des tunnels-tuyères (4) et la section de la cuve (1) sont réalisés sous forme d'un cercle, le rapport entre le périmètre (L) dudit cercle et la distance (1) entre les centres des sections de sortie des tunnels-tuyères (4) voisins étant 2,327 [(R-4,22B) 2 + (1,35B) + B 3,452 [(R-2,85B)2 + (0,9lB)2]0'5 B R étant le rayon de la cuve (1) dans le plan de disposition des tunnels-tuyères (4), et B étant la dimension maximale du tunntl-tuyère (4) à la section de sortie (hauteur, largeur, diamètre).