Brevet FR2528553A1 — publié le 19831216

Procédé d'utilisation d'un générateur de plasma pour augmenter la température du vent dans un four à cuve La présente invention se rapporte à l'augmentation des températures du vent, et plus particulièrement à unprocédé d'utilisation d'un générateur de plasma pour augmenter la température du vent dans un four à cuve pour faire fondre et éventuellement réduire des métaux et/ou oxydes de métaux. On sait depuis longtemps qu'en augmentant la température du vent dans un haut fourneau, il est possible de réduire la consommation de coke et en même temps d'augmenter la production Par ailleurs, à des températures de vent supérieures à 850 'C, de l'huile peut être injectée dans des tuyères, ce qui permet d'obtenir une économie supplémentaire de coke Le coefficient de rendement pour l'huile est d'environ 2 kg de coke/kg d'huile pour la première addition d'huile Cependant, lorsque l'on ajoute plus d'huile et qu'une température constante du vent est maintenue, ce coefficient de rendement tombe à une valeur de l'ordre de 1 kg coke/kg huile Aucune plus ample augmentation de la quantité d'huile n'est possible au-delà d'une certaine quantité car la température de combustion à l'avant des tuyères serait trop faible, et cela dans tous les cas, réduirait la production. Ces facteurs ont poussé à des tentatives pour augmenter la température du vent autant que possible. Cependant, une température accrue du vent permet également l'injection de combustibles autres que de l'huile, comme de la poussière de charbon ou de la poussière de coke, des boues de charbon ou de coke dans l'huile ou dans l'eau, du gaz naturel, du gaz d'installation de cokéfaction et autres. D'autres additifs peuvent également être utilisés aux hautes températures de vent, comme des matériaux oxydés tels que l'eau, du minerai de fer, de la poussière de gaz de carneau et des oxydes fer très réduits, ainsi que des formeurs de scories. Une façon efficace pour obtenir l'augmentation souhaitée de la température du vent consiste à utiliser la méthode PLASMABLAST (marque déposée), selon laquelle une partie ou tout l'air du vent est conduit à travers un plasma. Cependant, cette méthode présente certains inconvénients par le fait que les tuyères s'affaissent souvent pour des raisons inexplicables. La présente invention a ainsi pour objet l'élimination des inconvénients de cette méthode connue. Cela est obtenu selon l'invention, dans la méthode décrite ci-dessus par le fait que l'introduction d'oxyde d'azote est sensiblement empêchée, par l'énergie thermique produite qui est transférée du générateur de plasma au gaz de vent par un gaz qui est inerte ou oxydant par rapport au métal à traiter, pour produire une fraction molaire d'oxygène et une fraction molaire d'azote dans le gaz utilisé, plus faibles ou égales à 0,02. Cependant, dans des expériences pratiques intensives avec cette méthode, comme on l'a précédemment mentionné, il s'est produit un affaissement d'un certain nombre de tuyères pour des raisons difficiles à expliquer Une étude complète de ces affaissements a révélé de façon surprenante qu'ils étaient provoqués par les quantités massives d'oxydes d'azote pouvant se former dans le procédé PLASMABLAST (marque déposée) On peut admettre que les oxydes d'azote qui passent vers le haut à travers la cuve du four se désintègrent et ne posent au moins pas les problèmes ci-dessus mentionnés. Cependant, les oxydes d'azote se dissolvent à un certain point dans l'eau condensée sur la tuyère refroidie à l'eau, ce qui donne lieu à une corrosion intensive et un affaissement subséquent. Par la présente invention tous les avantages du procédé PLASMABLAST peuvent être utilisés, sans perturbations de fonctionnement. Le générateur de plasma est extrêmement efficace, ayant une efficacité habituellement supérieure à 85 %, et il est également relativement insensible à la température Le gaz sortant a normalement une température de l'ordre de 3000 à 4000 C. Comme la température du gaz de vent fourni aux tuyères peut être simplement et efficacement régulée au moyen du générateur de plasma, on obtient une nouvelle variable de contrôle dans le fonctionnement du haut fourneau Lorsqu'un haut fourneau fonctionne à froid, par exemple, la quantité d'énergie amenée par les tuyères peut être accrue de façon que l'on obtienne un changement considérablement plus rapide de l'équilibre d'énergie du haut fourneau que ce qui peut être obtenu en augmentant l'alimentation en coke, ce qui était jusqu'à maintenant le processus normal. D'autres caractéristiques et avantages de l'invention ressortiront plus clairement à la lecture de la description qui va suivre d'un exemple de réalisation, donné à titre indicatif mais nullement limitatif en référence aux dessins annexés dans lesquels: La Figure 1 montre un schéma de base du procédé PLASMABLAST; La Figure 2 montre un mode de réalisation de l'invention; et La Figure 3 montre un mode de réalisation approprié d'une tubulure pour souffler du gaz de vent et par exemple de l'huile ou de la poussière de charbon dans le four. La Figure 1 montre ainsi un schéma de base du procédé PLASMABLAST appliqué à un haut fourneau 1 alimenté de façon conventionnelle par une ouverture 2 Le gaz quittant le haut fourneau est conduit par le tube 3 à un purificateur de gaz, non représenté Du purificateur de gaz, il est de préférence amené par le tube 4 à un échangeur de chaleur, qui n'est pas représenté non plus, tel qu'un dispositif Cowper, et il est ensuite libéré par une cheminée L'air de vent qui entre, de préférence en étant préchauffé, est conduit par le tube 5 à un tambour annulaire 6 agencé autour de la cuve du haut fourneau, d'o il est conduit dans le haut fourneau par un certain nombre de ramifications 7, 8 et de tuyères 9, 10. Pour permettre une augmentation de la température du gaz de vent amené, on utilise un générateur de plasma 11 qui est connecté en shunt avec le tube 5 dans le mode de réalisation représenté ici Un gaz passe à travers le générateur de plasma dans un tube 13 qui est pourvu d'une vanne de commande Cela permet un contrôle précis de la température et de la quantité de gaz de vent qui est amené au haut fourneau Un tube 13 a pour l'introduction de carbone, d'hydrocarbone, gaz de four à coke, ou analogues, dans les tuyères, est connecté à la partie inférieure du haut fourneau. Le mode de réalisation de la Figure 1 est approprié lorsque le gaz de vent ne doit pas être chauffé à plus d'environ 15000 C Pour des températures de vent supérieures à cette valeur, le générateur de plasma est de préférence placé à proximité immédiate de la tuyère, c'est-à-dire comme le montre la Figure 2, partiellement pour réduire l'effort thermique dans le système de tuyauteries du gaz de vent et partiellement pour réduire les pertes de chaleur. La Figure 2 montre une partie du fond d'un haut fourneau connecté à une tuyère 14, o une ramification 15 conduit d'un tambour annulaire 16 du même typeque celui de la Figure 1. Selon un mode de réalisation préféré de l'invention, le gaz utilisé pour transférer l'énergie thermique produite par le générateur de plasma se compose d'un gaz d'échappement remis en circulation à partir du sommet du réacteur. Le gaz de vent peut également comprendre du gaz du sommet de la cuve, auquel cas le générateur de plasma peut être incorporé dans un conduit en shunt du type représenté sur la Figure 1 Si on le souhaite, le gaz peut être amené par le tube d'alimentation 13, à partir d'une autre source à condition qu'il remplisse les critères stipulés selon l'invention, c'està-dire que le produit de la fraction molaire d'oxygène et de la fraction molaire d'azote dans le gaz utilisé soit plus faible ou égal à 0,02. Le générateur de plasma est de préférence placé comme le montre la Figure 2, une partie du gaz de vent provenant du tambour annulaire étant dans ce cas conduite par un tube 17 à travers un générateur de plasma 18 avec sa sortie dans le tube et dirigée vers l'intérieur, vers la tuyère 14 Un second tube 17 a pour l'alimentation en plasma gazeux autre que le gaz de vent peut être agencé avec son orifice dans le tube 17 à l'avant du générateur de plasma. Un tube 19 pour l'alimentation en hydrocarbure, par exemple, dans le gaz de vent chauffé, est inséré dans le tube 15 à l'avant de l'ouverture vers le générateur de plasma, le jet d'hydrocarbure étant dirigé vers la tuyère. Comme pour l'injection d'huile, cela peut être accompli sensiblement de la même façon que dans la plupart des hauts fourneaux actuels Une conception avantageuse de la tubulure pour la pulvérisation, vers l'intérieur, de carbone, hydrocarbone, gaz de four à coque ou analogues, ainsi que du gaz chaud d'un générateur de plasma dans un haut fourneau est représentée sur la Figure 3 Une tubulaire annulaire 21, pourvue d'un certain nombre de trous pour la pulvérisation ou l'atomisation de l'huile, est agencée autour du tube d'échappement 20 du générateur de plasma, l'huile étant amenée par le tube 22 L'huile, le plasma gazeux du générateur de plasma et tout gaz de vent n'ayant pas passé par là, voir flèches 24, sont alors mélangés dans la tuyère 23. L'invention sera mieux illustrée par l'exemple qui suit. L'invention a été testée dans une installation avec une capacité de production d'environ 30 tonnes de fer brut par 24 heures. On a amené 1080 m 3 (n) d'air préchauffé à 900 'C dans l'installation sous forme d'un gaz de vent par tonne de fer brut et 60 m'(n) de gaz de gueulard froid et 330 k Wh sous forme d'électricité ont été amenés au générateur de plasma. Par ailleurs, on a ajouté 190 kg de poussière de charbon après le générateur de plasma, économisant ainsi 240 kg sur les 560 kg coke/tonne de fer brut produit normalement consommés. Une augmentation de production d'environ 24 % est obtenue en comparaison aux méthodes conventionnelles o la température du vent est d'environ 900 'C. REVENDICATIONS 1 Procédé d'utilisation d'un générateur de plasma pour augmenter la température du vent dans un four à cuve pour faire fondre et éventuellement réduire des métaux et/ou oxydes de métaux, caractérisé en ce que l'énergie thermique produite dans le générateur de plasma est transférée, afin d'empêcher essentiellement la formation d'oxyde d'azote, du générateur de plasma au gaz de vent par un gaz qui est inerte ou oxydant par rapport au métal à traiter, le produit de-la fraction molaire d'oxygène et de la fraction molaire d'azote dans le gaz utilisé étant plus faible ou égal à 0,02. 2 Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que du gaz de gueulard en recirculation du four à cuve est utilisé partiellement ou totalement comme gaz de plasma. 3 Procédé selon l'une quelconque des revendica- tions précédentes, caractérisé en ce que du gaz supplémentaire, comme de l'air, est amené avant que le gaz de vent chauffé n'entre dans la cuve. 4 Procédé-selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce qu l'on amène un combustible carboné solide, liquide et/ou gazeux, avant entrée du gaz de vent dans la cuve. S.A R L au CG,ÂC 2 c S Of F RCS S'63 185 116,:e J 1-2 1 wrs Menn C 3 S PA As ' y; TêL f 1)2 LI-20