Brevet FR2511703A1 — publié le 19830225

- 1 7 La présente invention concerne un procédé pour déterminer la fin d'une coulée dans un système de suppression de la pollution d'une fonderie de hauts fourneaux et plus particulièrement dans un système o on utilise des éléments protecteurs qui recouvrent le trou de coulée des hauts fourneaux pendant la coulée. Lorsque le trou de coulée est recouvert - par un élément protecteur, il n'est pas possible de voir directement le trou de coulée pour observer quand la matière en fusion cesse de s'écouler sous forme d'un courant à partir du fourneau, indiquant ainsi la fin d'une coulée A la fin de la coulée, il est nécessaire d'enlever l'élément protecteur dans le but de faire place à la machine à obstruer le trou de coulée que l'on doit faire pivoter en position pour boucher le trou de coulée Il est important d'être à même de sentir ou de prévoir lorsque la coulée est terminée dans le but d'éviter l'arrêt du fourneau et de réduire au minimum toute détérioration de l'élément protecteur qui pourrait se produire, Dans la demande de brevet US No 190 130, on décrit unprocédé et un appareil pour supprimer et réduire les fumées du chenal de coulée de la fonte et des rigoles de coulée de la fonte et du laitier dans les systèmes de coulée des hauts fourneaux. Dans cette demande de brevet, on décrit que dans les systèmes de contrôle de la pollution parla fumée connus dans la technique, on utilise la ventilation ou l'échappement des fumées après qu'elles se soient formées, principalement en faisant circuler de l'air qui fonctionne comme véhicule et comme gaz de re- froidissement des fumées avant d'être collectées. Au contraire, la demande de brevet US Nô 190 130 cherche à réduire au minimum les effets responsables de la poflution c'est-à-dire la formation de fumées dues 2- à 'oxyda Liorn du fer, du lai Lier et du soufre par des gaz oxydants occlus, principalement en utilisant des éléments protecteurs ou couvercles sur le chenal de coulée de la fonte et les rigoles de la fonte et du laitier. Il est admis qu'il n'existepas d'autres systèmes de contrôle de la pollution dans les fonderies de hauts fourneaux qui recouvrent le trou de coulée au moyen d'éléments protecteurs sans provoquer de courants d'air. Il est un but principal de la présente in- vention d'améliorer le système de suppression de la ma- tière polluante des fonderies de hauts fourneaux décrit dans la demande de brevet US No 190 130 en réalisant un i procédé et un appareil indiquant quand la coulée est ter-l minée, ou presque terminée, dans un haut fourneau o on utilise un tel système de suppression de la pollution. Il estun aitre but de la présente invention de réaliser un procédé et appareil pour détecter quand une coulée est terminée ou presque terminée dans un haut fourneau qui comprend un élément protecteur recouvrant son trou de coulée. Dans la plupart des systèmes de ventilation dela matière polluante des fonderies de hauts fourneaux le trou de coulée du haut fourneau est laissé exposé de sorte qu Ul est clairement visiable pour un opérateur et celui-ci peut observer lorsqu'une coulée est terminée par la nature du courant de matière en fusion qiï estdéch gée au travers du trou d coulée A la fin de la coulée,le courant ne remplit pas la totalité delasection transversale du trou de coulée Lorsque ceci se produit, l'opérateurs' - prête à boucher le troude coulée au moyen d'argile ou de boue forcée à partir d'une machine à obstruer les trousde coulée, positionnée avec son nez dans le trou de coulée. Une caractémstique de la présente invention est la découverte que dans le sytème de suppression de la pollu- 3 - tion de hauts fourneaux qui comprend des dispositifs protec- teurs ou couvercles pour empêcher l'air ambiant de pénétrer dans le chenal de coulée de la fonte et le trou de coulée,' la température sous le couvercle forme d'abord un plateau et commence ensuite à monter avant la fin de la coulée provenant du haut fourneau c'est-à-dire avant que le haut fourneau ne soit sec Lorsque le courant de la matière enfusion passant au travers du trou de coulée devient plus faible, jusqu'à un point tel qu'il ne remplit pas entièrement la section transversale du trou de coulée, un peu de vent ou de gaz de haut-fourneau se déchargera au travers du trou de coulée. Etant donné que la température de ces gaz est supérieureà celle de la matière en fusion lorsque les gaz pénètrent dans les éléments protecteurs, la température à l'intérieur de ces éléments protecteurs montera au-dessus de la température. du plateau On a constaté que la présence de courant de gaz de haut fourneau dans l'espace en-dessous des couvercles se manifestera par une légère vibration de l'élément protecteur recouvrant le trou de coulée On a également observé que pen- dant la coulée à l'extrémité non couverte de déchargement d'une rigole de laitieril se produit une flamme jaune dis- tincte, cependant, lorsque les gaz chauds s'échappent du haut fourneau au travers du trou de coulée et au travers des rigoles de coulée recouvertes, la flamme à l'extrémité de la rigole de laitier change de couleur, c'està-dire qu'elle devient plus blanche Il est admis que ce changement de couleur est dû à une combustion plus complète des gaz ame-n nés à des températures plus élevées et des gaz plus riches. Il est important que l'élément protecteur soit enlevé du trou de coulée et que le trou de coulée soit bouché le plus tôt possible après que le haut fourneau soit sec dans le but de réduire au minimum la nécessité de couper le vent dans le four et de réduire au minimum la perte de temps T 35 pour procéder à la coulée suivante et de réduire l'endomma l gement du haut fourneau et de l'installation auxiliaire. Une circulation excessive des gaz de haut fourneau dans les -4- éléments protecteurs peut amener une érosion prématurée de l'isolant réfractaire dans les éléments protecteurs à cause de l'effet de barbottement des gaz Egalement, si le burreaiest "sur-soufflé", du coke solide peut être soufflé hors du trou de coulée et interrompre les opérations continues jusqu'à ce que le coke puisse être enlevé. Pour que l'invention puisse être mieux comprise, référence est faite aux dessins o La figure 1 est une représentation schématique en plan d'un système typique de haut fourneau et de rigoles decoulée; la figure 2 est une vue de côté en élévation d'une partie d'un haut fourneau et du chenal de coulée de la fonte ensemble avec un couvercle pour celui-ci; la figure 3 est une vue en coupe prise le long de j laligne 3-3 de la figure 2; la figure 4 est une vue en coupe d'une rigole de coulée et d'un élément protecteur; la figure 5 est un diagramme par blocs d'un dispositif sensible à la température et émettant un signal d'un cireuit générateur d'un signal selon l'invention; la figure 6 est une reproduction d'une partie d'un diagramme circulaire de température créé au cours du fonctio- nement d'un haut fourneau pendant quatre coulées; et- la figure 7 est une reproduction d'une partie d'un diagramme de température du type cylindrique créé par un autre fonctionnement de haut fourneau pendant deux coulées, le déplacement-du diagramme se faisant-vers le bas par rap- port à la feuille du dessin. Dans un mode de réalisation typique de la présente invention tel au'il est montré dans la figure 2, le haut fourneau et le trou de coulée sont généralement désignés par les symboles de référence BF et N respectivement La matière en fusion, comprenant de la fonte et du laitier est vidée du haut fourneau BF au travers du trou de coulée N et s'étend vers le bas à partir de l'extérieur du fourneau -5- au travers du blindage du creuset refroidi à l'eau jusqu'au creuset Le trou de coulée N est bouché après chaque coulée au moyen d'un mélange d'argile forcé dans le trou de coulée sous pression au moyen d'une machine àd Obstruer le trou dé coulée (non représentée) qui est accrochée sur un support LS Lorsque le trou de coulée N est ouvert au début de la coulée, la matière en fusion coule dans une grande rigole IT, généralement désignée chenal de coulée de la fonte, qui sert à conserver la matière en fusion pendant une période de temps suffisante pour permettre à la fonte et au laitier de se séparer Il existe un dispositif d'écréma- ge S à l'extrémité du chenal de coulée IT qui sert à écré- mer le laitier pour le séparer de la fonte en fusion se trouvant au fond du chenal de coulée IT Le dispositif d'écrémage S dans certains systèmes est suivi d'un barrage (non représenté) qui sert à aider à maintenir le niveau de la fonte en fusion plus élevé que la base de la plaque d'écrémage Au dispositif d'écrémage S se trouvent un barrage et un arrangement de trous G et de rigoles de cou- lée SR pour éliminer le laitier S vers le dispositif collec- teur de laitier SC, tel qu'une cuve à laitier ou un grand trou La fonte s'écoulant sous la plaque d'écrémage et par-dessus le barrage descend le long des rigoles IR, désignées habituellement rigoles de fonte, qui comprennent également des orifices G pour dévier sélectivement le cou- rant vers chacune des J poches de coulée IL A la fin d'une coulée, on met la machine en place pour boucher le trou de coulée avec de l'argile C'est à ce moment que quelque chose doit être prévu pour manipuler la section d'enceintes entourant le trou de coulée dans le but de permettre un accès de la machine à obturer les trous de coulée au trou * de coulée C'est également à ce moment que le procédé et appareil selon l'invention trouvent une application. Immédiatement adjacent au haut fourneau BF se trouve un élément protecteur H-l qui recouvre le chenal de coulée | On préfère réaliser un mécanisme de levage et de transport I -6- séparé généralement désigné par le symbole de référence HTM, pour lever et déplacer l'élément protecteur H-1 pouir l'éloig- ner du trou de coulée en préparation pou-r les procédés de forage et de bouchage L'élément protecteur H-1 comprend diverses section de panneaux P qui sont jointes ensemble, par exemple par soudage des bords tournés vers le haut des enceintes externes q ii forment des rebords rigides La sec- tion P-1 comprend une tête effilée vers là haut fourneau et se terminant en un nez pour réaliser une fermeture terminale qui permettra également l'ajustement de l'élément protecteur H-1 en position en-dessous du support LS de la machine à obturer le trou de coulée La section d'extrémité opposée P-2 comprend une partie de paroi verticale W-1 pour similai- rement constituer une fermeture terminale Chacune des sec- tions P est pourvue d'une isolation pour protéger le couver- cle métallique - Les éléments protecteurs H-2 sont prévus pour entourer les rigoles de fonte IR et les rigoles de laitier SR Les éléments protecteurs H-2 peuvent avoir une construction similaire à celle de l'élément protecteur H-1 ou ils peuvent simplement être des plaques plates doublées de manière simi-4 laire par un isolant { Selon un mode de réalisation préféré de la présente invention, on monte dans l'élément protecteur, de préféren-1 ce dans l'élément protecteur H-1, un thermocouple TC pour déterminer la température dans l'élément protecteur et créer une impulsion électrique représentative de la tempé-1 rature mesurée L'impulsion électrique est reçue par le dispositif CM enregistreur et comparateur des températures. Dans certains cas, la section d'enregistrement de la tempé- rature peut être omise Le dispositif comparateur CM peut être d'un type o un point fixe peut être présélectionné de façon ajustable pour correspondre à la température à laquelle on désire créer un signal pour activer le disposi- tif indicateur IM qui crée une indication visuelle ou audi- ble lorsque le point de température présélectionné et la -7- température mesurée correspondent l'un à ltautre. On a observé pendant les essais que chaque système d'éléments protecteurs présente un profil de température caractéristique pendant une coulée, lequel profil de température est utilisable pour anticiper la fin d'une coulée Les températures mesurées peuvent varier d'un système à l'autre à cause des variations dans les struc- tures des éléments protecteurs, de la position du thermo- couple dans l'élément protecteur, de la composition de Ja matière en fusion, etc Dans tous les cas, ainsi qu'on l'a observé dans les figures 6 et 7, il se développe une courbe de températures caractéristique qui correspond généralement au temps o le gaz de haut fourneau commence à passer au travers du trou de coulée dans l'élément pro-: tecteur jusqu'à ce que le haut fourneau soit sec Dans le but d'établir un profil de température pour un système, il est nécessaire de faire fonctionner à dessein le four à sec pour plusieurs coulées Ensuite, le temps approximatif auquel le fourneau fonctionnerait a sec I peut être prévu et la coulée peut être arrêtée en enle- vant l'élément protecteur et en bouchant l'orifice de coulée Le temps requis dépendra, bien entendu, du pourcentage total de matière en fusion disponible que l'opérateur désire couler, du type et du rendement de l'équipement utilisé pour enlever l'élément protecteur et l'écarter du trou de coulée et du temps nécessaire pour boucherie trou de coulée, ainsi que l'expérience du personnel du haut fourneau. Le procédé selon l'invention peut être illustré davantage en se référant à la figure 6 o les courbes de température de l'élément protecteur sont développées sur un enregistreur circulaire Les courbes de tempéra- ture montrent que la température à l'intérieur de l'élé l ment protecteur a commencé à augmenter de façon nette à partir d'un plateau PL, ensuite de dévier ou de s'incliner à partir d'une augmentation en ligne géné- -8- ralement droite à une température d'environ 10380 C + 380 C, et ensuite d'atteindre un pic à 14270 C + 380 C Dans un système qui présente un tel profil de températures de l'élément protecteur, l'opérateur du haut fourneau pourrait opter pour un point présélectionné comparateur à 13710 C pour signaler l'approche de la température à sec du haut fourneau d'environ 14270 C, pour avoir un temps suffisant pour l'enlèvement de l'élément protecteur du trou de couléel et pour boucher le trou de coulée avant que le haut fournea_ ne soit entièrement à sec. Les courbés de température dans la figure 7 ont été obtenues avec un autre haut fourneau simultanément sur un enregistreur cylindrique Ici les températures inféreures à 10930 C n'ont pas été enregistrées Cependant, on peut voir que les températures à l'intérieur des éléments protecteurs commencent à augmenter à partir d'un plateau PL (hors du diagramme) à environ 10930 C et ensuite d'attein- dre un pic à environ 13160 C Dans un système qui présente un tel profil de températures, l'opérateur de haut fourneau pourrait opter pour un point présélectionné à 12600 C. Dans le mode de réalisation précédent selon l'inven- tion, le profil de températures caractéristique d'un élément protecteur de haut fourneau recouvrant un trou de coulée est développé en faisant fonctionner à dessein le haut fourneau à sec pendant plusieurs coulées Le profil développé présentera un intervalle dans lequel la tempé- rature à l'intérieur de l'élément protecteur augmentera brutalement et alors atteindra généralement un pic au point qui correspond à celui lorsque le four est sec Le point correspondant auquel la température commence à monter correspondra généralement à cette température atteinte dans l'élément protecteur lorsque le gaz chaud provenant du haut fourneau commence à pénétrer dans l'élément protec- teur Après que ce profil de températures caractéristique v ait été développé, l'opérateur du haut fourneau choisira arbitrairement cette température pour laquelle un signal 9- d'indication est souhaité Cette température dépendra de l'expérience de l'opérateur et de son jugement du rendement de ses aides, de l'installation de manipulation de l'élé- ment protecteur, et de l'installation pour boucher le trou de coulée Dans une situation optimale, il choisira cette température comme point présélectionné pour enlever l'élé- ment protecteur qui fournira suffisamment de temps pour couler un maximum de matière en fusion hors du fourneau mais insuffisant pour faire fonctionner le four à sec au point o l'air de haut fourneau doit être coupé Eventuel- lement, un signal de préalerte peut être prévu en plus du signal indiquant l'approche de la température du four à sec. Un tel signal de préalerte peut être choisi pour correspon- dre à la température moyenne (en fonction de l'histoire passée) à laquelle la température dans l'élément protecteur commence d'abord à changer à partir de la température du plateau. Le fonctionnement d'un circuit tel que celui montré dans la figure 5, pour créer le signal d'indication et/ou de contrôle sera maintenant décrit, L'opérateur choisit un point présélectionné sur le comparateur correspondant à la température à laquelle il désire un signal Le comparateur ne doit pas réellement comparer les températures mais au lieu de cela comparer les tensions créées par le thermocouple TC avec la tension du point présélecticinné représentatif de la température choisie Lorsque la tension créée par le thermocople TC coîncide avec la tension du point présélectionné, le comparateur créera une seconde tension qui commandera un signal d'alarme ou autre moyen d'indication visuel ou audible Facultativement, la seconde tension peut être utilisée pour commander les dispositifs de réglage pour commander le mécanisme HTM de levage de transport de l'élé- * 35 ment protecteur Dans le cas o un tel mécanisme HTM est commandé ainsi, un dispositif manuel de remplacement doit être prévu pour des raisons de sécurité. - Dans le cas o il y aurait une panne dans le procédé préféré de mesure de la température décrite ci-dessus, le moment auquel le haut fourneau commence à fonctionner à sec peut être mesuré en observant tout changement d'intensité dans les vibrations de l'élément protecteur Une telle vibration peut être sentie en disposant une main gantée sur l'élément protecteur Il est admis qu'une telle vibra- tion est probablement due au grand volume de gaz sortant du haut fourneau et passant au travers de l'élément protec- teur dans lequel les gaz prélèvent de petites parties de laitier et propulsent le laitier contre la paroi de l'élé l ment protecteur Lorsque le niveau en fusion dans le haut i fourneau s'abaisse, l'intensité de la vibration augmentera ' Une autre possibilité pour sentir lorsque le gaz de haut fourneau commence à passer au travers du trou de coulée consiste à observer la flamme formée à l'extrémité de sortie de la rigole de laitier Lorsque les gaz chauds, qui habituellement comprennent du monoxyde de carbone et de l'hydrogène passent au travers des éléments protecteurs, il se produit une rupture dans les hydrocarbures telle que lorsqu'ils se combinent avec l'air à l'extrémité des rigo- les de laitier protégées, la combustion est plus complète aux hautes températures et produit une flamme qui est plus blanche que celle produite avant que les gaz chauds enri- chis ne passent au travers du trou de coulée. Bien entendu diverses modifications peuvent être appliquées par l'homme de l'art aux procédés qui viennent d'être décrits uniquement à titre d'exemples non limitatifs sans sortir du cadre de l'invention. - 11 Revendications: 1 Procédé de fonctionnement d'un haut fourneau com- prenant un élément protecteur servant à limiter ou à suppri- mer la pollution, recouvrant son trou de coulée pendant la coulée, caractérisé en ce qu'il consiste à déterminer, avec l'élément protecteur en place, quand le niveau de la matière en fusion ne remplit pas-la section transversale verticale du trou de coulée; et enlever cet élément protec- teur avant que le haut fourneau ne fonctionne à sec. 2 Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que cette détermination consiste à mesurer la température à l'intérieur de l'élément protecteur et à observer quand cette température monte depuis celle correspondant à celle lorsque les gaz ne sortent pas du haut fourneau au travers du trou de coulée dans cet élément protecteur 3 Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que cette détermination consiste à observer un changement del la couleur de la flamme émise à l'extrémité d'une rigole de laitier. 4 Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que cette détermination consiste à observer un changement de l'intensité des vibrations de cet élément protecteur, Procédé de fonctionnement d'un hautfourneau compre- nant un élément protecteur servant à limiter la pollution recouvrant un trou de coulée caractérisé en ce qu'il consiste à: (a) mesurer et enregistrer la température à l'in- térieur de cet élément protecteur; (b) faire fonctionner le haut fourneau à dessein à sec pendant un certain nombre de coulées pour réaliser un profil de températures pour cet élément protecteur simulta Ui nément avec ce haut fourneau; ( 1) ce profil comprenant un intervalle de températures de plateau représentatif à l'intérieur de cet élément protecteur, atteint pendant l'écoulement à plein de la matière en fusion au travers de ce trou de coulée, 12 - ( 2) ce profil comprenant également un intervalle de températures de fonctionnement à sec repré- sentatif dans cet élément protecteur atteint lorsque ce haut fourneau fonctionne à sec; (c) enlever cet élément protecteur pendant les coulées ultérieures de ce haut fourneau lorsque la tempé- rature à lintérieur de cet élément protecteur est supé- rieure à la température plateau dans ce profil et inférieur re à la température de coulée à sec dans ce profil. 6 Procédé selon la revendication 5, caractérisé en ce que cet élément protecteur est enlevé au cours de l'éta- pe (c) lorsque la température à l'intérieur de l'élément protecteur atteint un point le long de la pente d'une courbe de températures de ce profil. 7 Procédé selon la revendication 5, caractérisé en ce qu'il consiste, en outre, à présélectionner une tem-I pérature inférieure à cet intervalle de températures de fonctionnement à sec pour signaler l'approche de cet inter- valle de températures de fonctionnement à sec; et créer un signal lorsque la température présélectionnée à l'in- térieur de l'élément protecteur est atteinte. * 8 Procédé selon la revendication 5, caractérisé en ce que cet élément protecteur est enlevé au cours de l'étape (c) immédiatement après que cette température de fonctionnement à sec soit atteinte. i i