Brevet FR2516543A1 — publié le 19830520

La présente invention se rapporte au domaine de la sidérurgie et a notamment pour objet un procédé d'amenée d'un mélange combustible en poudre dans les tuyères d'un haut fourneau. L'invention est applicable aux hauts fourneaux, lors de la fabrication de fonte, pour insuffler les poussières de charbon dans le creusets Du fait que les réserves naturelles de charbon cokéfiant diminuent progressivement, l'un des problèmes aigus qui se posent dans la sidérurgie consiste à substituer au coke des mélanges combustibles à base de houilles non cokéfiantes, par exemple des poussières de charbon combustible, dont les réserves sont suffisamment importantes. Lorsqu'on emploie les mélanges combustibles en question il est particulièrement important d'assurer leur amenée régulière dans les tuyères du haut fourneau On connatt, par exemple, un procédé d'amenée de poussières de charbon dans les tuyères d'un haut fourneau (voir l'ouvrage de N,E. Dunaev et alt. : "Vduvanie pylevidnykh materialov v domennye pechi", M., "Metallurgia", 1977, pp. 96-97), lequel procédé consiste à transporter lesdites poussières vers aes diviseurs coniques, à y diviser le courant de poussières en plusieurs filets qui sont ensuite dirigés par des conduits de départ vers les tuyères du haut fourneau. Danscecas, cas, larépartition des poussières de charbon entre les tuyères ntest pas régulière du fait que les résistances hydrauliques desdits conduits de départ sont différentes. On connatt aussi un procédé d'amenée d'un mélange combustible en poudre, décrit dans le brevet d'invention US Nô3204942 et consistant à charger périodiquement une chambre de débit de mélange combustible en poudre, à transporter celui-ci en continu, à l'aide d'un gaz transporteur, à travers les orifices calibrés d'un distributeur qui divise le courant de poussières de charbon en plusieurs filets qui sont ensuite amenés par des conduits de départ dans les tuyères du haut fourneau. Il est évident que les orifices calibrés permettent d'égaliser les résistances hydrauliques des conduits et, par la mime, de rendre plus régulière la répartition des poussières de charbon entre les tuyères. Cependant, en cas de variations de la pression dans les tuyères, ou bien en cas d'usure ou d'obstruction d'au moins un conduit de départ, le caractère régulier de la répartition des poussières de charbon entre les tuyères se trouve altéré. Cela se traduit par la formation de canaux dans la cuve du haut fourneau,psr descente non régulière des charges, c'est-à-dire par des perturbations dans le processus technologique optimal de la fusion. L'invention vise donc procédé d'amenée dlun mélange combustible en poudre qui, gracie à l'égalisation des caractéristiques hydrodynamiques des conduits de départ, permettrait une répartition régulière du combustible entre les tuyères d'un haut fourneau. Le problème ainsi posé est résolu en ce que le procédé d'amenée d'un mélange combustible en poudre dans les tuyères d'un haut fourneau, du type consistant à charger périodiquement une chambre de débit du mélange combustible en poudre, ladite chambre étant sous surpression, à faire sortir ledit mélange en continu de ladite chambre et à le transporter par des conduits de départ vers les tuyères du haut fourneau à l'aide d'un gaz, est caractérisé, selon l'invention, ence qulWrèsla sortie du mélange combustible en poudre de la chambre de débit, chacun des conduits est alimenté en gaz auxiliaire dont le débit total est de 3 à 10 fois supérieur au débit de gaz principal, le produit du débit total de gaz dans chacun des conduits par la concentration du mélange combustible dans ce conduit étant maintenu le même dans toutes les tuyères. Cela permet d'égaliser les caractéristiques hydrodynamiques des conduits, en particulier d'augmenter la résistance hydraulique de chacun des conduits et, par la même, de diminuer l'effet exercé par les variations de la contre-pression sur les tuyères du haut fourneau, d'où une répartition du combustible plus régulière entre lesdites tuyères. Il est rationnel que le gaz transporteur auxiliaire soit introduit dans le conduit sous forme d'un jet opposé au courant du mélange combustible s' échappant de la chambre de débit, la vitesse du jet de gaz auxiliaire étant maintenue dans les limites de 0,25 à 1,5fois la vitesse critique de son écoulement. Cela aussi permet d'augmenter la résistance hydraulique totale de chacun des conduits et d'obtenir une répartition plus régulière du mélange combustible en poudre entre les tuyères. Il est avantageux que lors du chargement de la chambre de débit précitée, ceBe-ci soit déchargée d'une partie du gaz principal à un débit égal au débit de gaz arrivant dans ladite chambre avec le mélange combustible. Cela permet de stabiliser le processus d'évacuation du mélange combustible de la chambre de débit, ce qui contribue aussi à régulariser la répartition dudit mélange entre les tuyères du haut fourneau. L'invention sera mieux comprise et d'autres buts, détails et avantages de celle-ci apparaitront mieux à la lumière de la description qui va suivre d'un exemple de réalisation non limitatif avec références au dessin unique annexé qui représente le schéma général d'amenée du mélange combustible en poudre dans les tuyères d'un haut fourneau. Le circuit pour la mise en oeuvre du procédé de l'invention comprend une chambre d'accumulation 1 ; un conduit 2 d'amenée du mélange combustible dans la chambre d'accumulation 1 ; un conduit3 d'évacuation du gaz de la chambre d'accumulation, muni d'un filtre et d'un organe de fermeture ; une chambre 4 formant sas ; un canal 5 reliant la chambre d'accumulation à celle formant sas, respectivement 1 et 4 ; un conduit 6 d'égalisation de la pression dans la chambre formant sas 4 et celle d'accumulation 1 ; un conduit 7 d'amenée du gaz dans la chambre 4 formant sas ; une chambre de débit 8 ; un conduit 9 d'évacuation d'une partie du gaz de la chambre de débit 8 dans la chambre d'accumulation 7 ; un canal 10 reliant la chambre 4 formant sas à la chambre de débit 8 ; un conduit Il d'amenée du gaz dans la chambre de débit 8 des alimentateurs-mélangeurs 12 ; un canal 13 reliant la chambre de débit 8 aux alimentateurs-mélangeurs 12 ; des conduits 14 d'amenée du gaz transporteur auxiliaire dans les alimentateurs-mélangeurs 12 ; des conduits 15 d'amenée du mélange. combustible dans les tuyères 16 ; un appareil 17 de contre du débit Qk de gaz de la chambre 4 formant sas ; un appareil 18 de contrôle du débit Q1 de gaz de la chambre de débit 8 ; un bloc 19 de comparaison des débits 9k et Q1 et de réglage du débit Q; unsppar 20 oe oentle di débit Q gaz amené dansa iambe de debit 8 pour un seul conduit 15 Qn étant le ombre de conduits 15); un appareil 21 de contrôle du délit n de gaz auxilliaire dans chacun des conduits 15; un bloc 22 totaliseurs des débits Qm et Qn ; un appareil 23 de mesure de la concentration ; un bloc 24 multiplicateur des signaux provenant du bloc totalisateur 22 et de l'appareil de mesure de concentration 23 ; un bloc 25 de comparaison des signaux provenant des blocs multiplicateurs 24 de chaque conduit et de réglage du débit Qn; un régulateur 26 de la pression dans la chambre de débit 8. Le haut fourneau est alimenté en continu en mélange combustible en poudre en provenance de la chambre de débit 8 qui est périodiquement alimentée en ledit mélange à partir de la chambre d'accumulation 1 par l'intermédiaire de la chambre 4 formant sas. La chambre d'accumulation 1 reçoit le mélange combustible pulvérisé, transporté pneumatiquement ou par gravité par le conduit 2e La capacité de la chambre d'accumula:don 1 est choisie de sorte qu'elle soit suffisante pour alimenter le haut fourneau en mélange combustible pendant au moins plusieurs heures.Toutes les 5 à 20 mn, au fur et à mesure que la chambre 4 formant sas se vide, celle-ci est coupée de la chambre de débit 8, se trouvant sous pression, par l'organe de fermeture dont est muni le canal 10, et est rechargée de mélange combustible en provenance de la chambre d'accumulation 1. Le gaz chassé de la chambre 4 formant sas est dirigé par le conduit 6 vers la chambre d'accumulation 1 d'où, une fois purifié, il s'échappe à l'atmosphère par le conduit 3. La chambre 4 formant sas étant remplie de mélange combustible, on la sépare de la chambre d'accumulation 1 et on la relie à la chambre de débit 8. Le mélange combustible quitte alors la chambre de débit 8 et arrive par le canal 13 dans les alimentateursmélangeurs 12 qui le distribuent, par les conduits 15, entre les tuyères 16 du haut fourneau. La répartition régulière du mélange combustible en poudre entre les tuyères 16 du haut fourneau est réalise par introduction dans chacun des conduits 15 d'un gaz auxiliaire à un débit total S Qn de 3 à 10 Qm. Quand le rapport entre les débits Qm et É Qn est inférieur à 3, on n'arrive pas à compenser complètement la différence entre les caractéristiques hydrodynamiques des conduits, surtout lorsque ceux-ci sont très longs et nombreux. Par conséquent, on n'obtient pas une répartition régulière du mélange combustible entre les tuyères du haut fourneau. Quand le rapport en question est supérieur à 10, on obtient une amélioration insignifiante de la répartition du mélange entre les tuyères, mais en même temps il se produit une augmentation sensible de la quantité de gaz froid parvenant au creuset du haut fourneau. Un débit constant de mélange combustible par chaque tuyère 16 est obtenu par modification du débit total de gaz dans le conduit 15 approprié. Le débit Qn de gaz auxiliaire dans chaque conduit 15 est choisi de façon que le produit Jv (i) du débit total de gaz dans chaque conduit par la concentration du mélange combustible dans ce conduit soit le meme pour toutes les tuyères, c'est-à-dire que la valeur où Qm est le débit de gaz amené dans la chambre de débit 8 n est le nombre de conduits alimentant les tuyères à partir de la chambre de débit 8 On est le débit de gaz auxiliaire dans la ième tuyere conduit menant à la ième tuyère ; doit titre maintenue la même pour toutes les tuyères par modification de la valeur Qn. il est rationnel que l'égalité des valeurs : (i) pour toutes les tuyères soit maintenue automatiquement. A cet effet, le signal proportionnel à la valeur Qm, fourni par l'appareil 20, et le signal proportionnel à la valeur Qn et provenant de l'appareil 21,sont appliqués au bloc totalisateur 22 et puis au bloc multiplicateur 24, qui reçoit en outre un signal proportionnel à la concentration 8 (i) du mélange combustible dans le conduit considéré, mesurée par l'appareil 23 approprié. Le signal résultant du bloc multiplicateur 24 est comparé aux signaux analogues provenant des autres conduits dans le bloc de comparaison 25 et, en cas de nécessité, un signal de commande est engendré pour augmenter ou diminuer le débit du gaz en fonction du signe de désaccord du signal à la sortie du bloc 25. En tant que valeur de référence pour la comparaison on adopte le produit 5f(i) minimal (pour le conduit à résistance maximale) en cas d'amenée latérale ou opposéedu gaz auxiliaire, et le produit t (i) maximal (pour le conduit à résistance minimale) dans le cas où le gaz auxiliaire est amené dans le meme sens, assurant un effet d'éjection. il est rationnel que le gaz auxiliaire soit introduit dans chaque conduit 15 sous forme d'un jet opposé au courant de mélange combustible quittant la chambre de débit 8. La vitesse du gaz formant jet est maintenue dans les limites de 0,25 à 1,5 fois la vitesse critique de son écoulement0 Cela permet d'élever la pression dans l'alimentateur-mélangeur 12 approprié et, par là même, d'augmenter la résistance hydraulique totale du conduit 15, résistance qui devient alors supérieure aux variations de la pression dans la zone de la tuyère du haut fourneau, lesquelles variations n'influencent pratiquement pas la résistance totale du conduit 15 et, de ce fait, la régularité de l'amenée de combustible. Une réduction de la vitesse du jet de gaz auxiliaire à une valeur inférieure à 0,25 fois la vitesse critique de son écoulement n'assure pas l'effet désiré, du fait que la pression cinétique dudit gaz est faible, d'où l'augmentation insignifiante de la pression dans l'alimentateur-mélangeur 12. Une vitesse du jet de gaz transporteur supérieure à 1,5 fois la vitesse critique d'écoulement du gaz est indésirable et entraine une augmentation de la pression dans l'alimentateur-mélangeur 12 du fait qu'elle nécessite une énergie élevée pour transporter le mélange combustible et des souffleries plus puissantes. La régularité de la répartition du mélange combustible entre les tuyères et le caractère continu de son insufflation dans le haut fourneau dépendent dans une grande mesure de la stabilité du chargement de la chambre de débit 8 se trouvant sous pression. Lors du chargement du mélange combustible en poudre (poussières de charbon) dans la chambre de débit 8 sous pression, il se produit en général dans la chambre 4 formant sas un accrochage de la matière pulvérulente,avec formation de voûtes. De ce fait, le processus de remplissage de la chambre de débit 8 dure 10 à 15 mn. Pour éviter ces phénomènes indésirables lors du chargement de la chambre de débit 8, il est rationnel d'évacuer de celle-ci une partie des gaz à un débit égal au débit de gaz arrivant dans ladite chambre avec le mélange combustible. A cet effet, lors de l'ou- verture de l'organe d'obturation du canal 10, on fait en même temps arriver dans la chambre 4, à travers le conduit 7, un gaz (air sec ou azote) et on évacue exactement une meme quantité de gaz de la chambre de débit 8 à travers le conduit 9 vers la chambre d'accumulation 1, d'où il s'échappe ensuite à l'atmosphère par le conduit 3 en passant par un filtre. Pour assurer simultanément le chargement dela chambre de débit 8 et 1' évacuation à partir de celle-ci du mélange combustible sans affecter le régime de transport pneumatique, les débits des gaz arrivant dans la chambre 4 formant sas et s'échappant de la chambre de débit 8 doivent.étre égaux. il est rationnel quecette égalité soit maintenue automatiquement.A cet effet, les signaux provenant des appareils 17 et 18 mesurant, respectivement, les débits Qk et Q1 sont dirigés vers le bloc de comparaison 19 qui, lorsqu'on se trouve en présence d'une différence entre eux, élabore un signal de commande de modification du débit QL qui agit sur l'organe de fermeture et de réglage dont est muni le conduit 7. La position de l'organe de fermeture et de réglage dont est équipé le conduit 9 est généralement établie au préalable et ne nécessite pas un réglage. Ceci est dû au fait que, pour maintenir invariable le temps de chargement lors de l'augmentation de la pression P dans la chambre de débit 8, on doit augmenter la valeur QI. La valeur- de cette augmentation est modifiée automatiquement, car, la position de l'organe de fermeture et de réglage restant inchangée sur le conduit 9, la valeur du débit de gaz évacué 9k s'accroit proportionnellement à la valeur, où P est la valeur de la surpression dans la chambre de débit 8. La valeur de Ql augmente d'une manière correspondante. La pression P dans la chambre de débit 8 est le paramètre essentiel déterminant le débit de mélange combustible de la chambre 8 vers le haut fourneau. Cette pression est choisie en fonction du débit voulu, de la pression de gaz dans les tuyères du haut fourneau et de la résistance hydraulique des conduits. Le débit total de mélange combustible est contrôlé suivant la variation de la masse de la chambre 8, mesurée à l'aide de capteurs tensométriques à résistance,de conception connue. Le caractère constant de la valeur P est obtenu à l'aide du régulateur de pression 26 agissant sur 1 'organe de fermeture et de réglage dont est muni le conduit 11. Plusieurs exemples concrets mais non limitatifs de miseen oeuvre du procédé conforme à l'invention sont décrits ci-après. Exemple 1. Pour la mise en oeuvre du procédé conforme à l'invention on a eu recours à une installation expérimentale associée à un haut fourneau d'une capacité de 1033 m3. Pression dans le haut fourneau 0 20.104 Pa Pression P dans la chambre de débit one 250104 Pa Variations de la pression dans les tuyères du haut fourneau 0 0.0 +2.104 Pa Longueur de chaque conduit mesurée à partir de l'alimentateur-mélangeur jusqu'à la tuyère............................... 100 m Diamètre du conduit ............................ 25 mm Résistance hydraulique du conduit .0 2,5.104Pa Concentration du combustible # (i) 0 0,06 m3/m5. Le remplissage en poussières de charbon de la chambre 4 formant sas, d'une capacité de 2 m3 a été réalisé sous pression atmosphérique, à un débit Qk = 120 m3/h. La pression dans la chambre 4 formant sas ayant atteint 25o104Pa, l'élément de fermeture du canal 10 a été ouvert pour mettre en communication les chambres 4 et 8. En mAe temps a été ouverte la soupape du canal 9 reliant la chambre de débit 8 à la chambre d'accumulation 1 pour laisser échapper le gaz de la chambre 8 à un débit égal, lui aussi, à 120 m3/h. On a ainsi assuré un remplissage rapide de la chambre de débit 8 en poussières de charbon0 La pression dans la chambre de débit 8 n'a pratiquement pas changé, car le débit du gaz évacué était égal à celui du gaz amené.Ceci a permis de remplir la chambre de débit en 3 à 5 mn et d'y stabiliser la pression et le niveau du combustible. Le débit de gaz Qm a été maintenu égal à 20 m3/h, et celui du gaz auxiliaire #Qn , à 160 m3/h, c'est-à-dire à n une valeur 8 fois supérieure à Qmo L'amenée du gaz auxiliaire dans les alimentateursmélangeurs 12 s'est effectuée dans le sens opposé au courant de poussières de charbon, à une vitesse de 200 m/s. Alors on a constaté une augmentation de la résistance hydraulique des conduits 15 jusqutà 5.104 Pa, qui, de ce fait, est devenue notablement supérieure à la contrepression dans les tuyères 16 du haut fourneau, ce qui a permis de diminuer jusqu'à 5 % les irrégularités de l'amenée du combustible aux tuyères 16. Exemple 2. Dans la méme installation que dans l'exemple 1, le gaz auxiliaire a été amené, conformément à l'invention, sous forme d'un jet opposé au courant du mélange combustible, à une vitesse de 300 m/s. La résistance hydraulique à l'entrée du conduit 15 a augmenté de 9,5.104 Pa grâce à l'accroissement de la pression dans l'alimentateurmélan- geur 12. On a constaté une faible irrégularité de l'amenée des poussières de charbon aux tuyères du haut fourneau qui, les oscillations de la contre-pression étant les mus (2.10 Pa),a constitué 3,6 . REVENDICATIONS 1.- Procédé d'amenée d'un mélange combustible en poudre dans les tuyères d'un haut fourneau, du type consistant à introduire périodiquement le mélange combustible en poudre dans une chambre de débit sous surpression, à évacuer en continu ledit mélange de ladite chambre et à le transporter dans des conduits jusqu'aux tuyères du haut fourneau à l'aide d'un gaz, caractérisé en ce que, après l'évacuation du mélange combustible en poudre de la chambre de débit (8), on introduit dans chacun des conduits (15) un gaz auxiliaire à un débit total de 3 à 10 fois supérieur au débit du gaz principal, le produit de la valeur dudit débit total de gaz dans chaque conduit (15) par la valeur de la concentration du mélange combustible dans ce conduit étant maintenu à unemUme valeur pour toutes lesdites tuyères (i6. 2.- Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que le gaz auxiliaire est introduit dans le conduit sous forme d'un jet de sens oppose au courant du mélange combustible s'échappant de la chambre de débit, la vitesse du jet de gaz auxiliaire étant maintenue dans les limites de 0,25 à 1,5 fois la vitesse critique de son écoulement, 3.- Procédé selon l'une des revendications 1 et 2, caractérisé en ce que lors de l'introduction du combustible en poudre dans la chambre de débit, on évacue de celle-ci une partie du gaz principal à un débit égal au débit de gaz arrivant dans cette chambre avec le mélange combustible.