Brevet FR2559785A1 — publié le 19850823

PROCEDE DE REGULATION DE LA TEMPERATURE DE FLAMME DANS UN FOUR A CUVE La présente invention concerne un procédé de régulation de la température de flamme dans un four à cuve au cours de la fabrication de métal brut. La température de flamme dans un four à cuve peut en principe être réglée par l'intermédiaire de la température de vent; on s'efforce de déterminer dans la plupart des cas d'une manière empirique la tempéra- ture de flamme associée au lit de fusion et de la régler ensuite d'une manière appropriée. Lors de l'utilisation de fours à cuve, il est connu de réduire la température de flamme et de diminuer simultanément la consommation en agent réducteur coûteux en introduisant dans le four des agents réduc- teurs peu coûteux en même que le vent de chauffage, par l'intermédiaire des tuyères. Ainsi, par exemple, dans un haut fourneau, il est possible de remplacer une certaine proportion du coke par des combustibles solides comme du lignite, du charbon, des combustibles liquides ou bien des combustibles gazeux, le pouvoir calorifique du gaz de haut fourneau étant conservé et même amélioré dans certains cas. Il est également connu que l'introduction de vapeur d'eau dans le haut fourneau, qui s'effectue également à l'aide des tuyères, produit d'une part un refroidissement important dans la zone de flamme, cepen- dant qu'il se forme, par dissociation des molécules d'eau, de l'oxygène qui se combine au carbone du coke pour former de l'oxyde de carbone, et d'autre part, il se forme de l'hydrogène qui constitue un agent réduc- teur tout comme l'oxyde de carbone, et qui augmente le pouvoir calori- fique du gaz de haut fourneau. Lorsque l'on désire introduire dans le haut fourneau des agents auxiliaires, solides, liquides ou gazeux, il faut, dans tous les cas, modifier en correspondance l'équipement des tuyères et il doit exister des sources appropriées de fournitures de ces agents auxiliaires. Aussi n'est-il pas surprenant que la dépense en appareillage, ainsi que les frais de fournitures des agents auxiliaires compensent en partie ou même complètement les économies réalisées. L'invention a pour but de créer un procédé qui permette une régulation de la température de flamme dans un four à cuve, en utilisant un agent auxiliaire généralement disponible et peu coOteux et en faisant intervenir un minimum de frais d'appareillage et de frais de fourniture d'énergie, tout en permettant de surcroît d'augmenter le pouvoir calori- fique du gaz du four à cuve. Ce problème est résolu selon l'invention en ce que l'on règle la température de flamme en aigssant sur la teneur en humidité de l'air d'affinage qui est insufflé dans le réchauffeur de vent, une augmenta- tion de la teneur en humidité correspondant à une diminution de la température de flamme et à une augmentation de la teneur en hydrogène du gaz sortant du four. Cette humidité est introduite finalement dans le four à cuve sous forme de vapeur d'eau surchauffée; selon une autre caractéristique du procéde conforme à l'invention, on produit la vapeur d'eau nécessaire exclusivement à l'aide d'énergie extraite de l'instal- lation. A cette fin, on peut utiliser la chaleur latente contenue dans l'air d'affinage qui est insufflé dans le réchauffeur de vent et qui est chauffé à plus de 100 C par le travail d'un compresseur. Le procéde conforme à l'invention offre plusieurs avantages: Des fours à cuves modernes fonctionnent selon le processus de contre-pression de sorte que l'air d'affinage doit être comprimé à des pressions supérieures à la pression de service, ce qui provoque son échauffement. Un autre avantage consiste en ce que, d'une manière surprenante, il n'est nullement désavantageux, mais parfaitement avan- tageux de refroidir l'air chaud d'affinage introduit dans le réchauffeur de vent. Cela s'explique par le fait que la chaleur introduite dans le réchauffeur de vent par l'intermédiaire de l'air d'affinage agit seule- ment dans la partie inférieure du réchauffeur de vent, c'est-à-dire que l'ossature porteuse de la maçonnerie est sollicitée thermiquement. Lors de la commutation du réchauffeur de vent de la phase de soufflage à la phase de chauffage, cette chaleur est perdue du fait qu'elle est évacuée par la cheminée avec l'air sortant. Un autre avantage du procéde consiste en ce que, conformément à l'invention, il suffit d'injecter dans le conduit de vent d'affinage, en aval du compresseur, une quantité contrôlée d'eau pour que celle-ci se décompose, dans la zone de flamme du four à cuve, en oxygène et en hydrogène. Cela signifie que l'on peut se passer de l'utilisation auxiliaire d'un générateur de vapeur coûteux car le dispositif néces- saire pour la mise en pratique du procédé est limité à un pulvérisateur d'eau réglable associé à une pompe. Un autre avantage repose sur la possibilité de régler dans le réchauffeur de vent proprement dit la température élevée qui convient pour le matériau véhiculant la chaleur. Ainsi, il est connu que des réchauffeurs de vent équipés d'un garnissage en briques de silicate doivent fonctionner à des températures élevées. Il en résulte évidemment de hautes températures de vent. Cependant, lorsque l'utilisateur du haut fourneau désire abaisser pour des raisons déterminées la température de flamme dans le haut fourneau, par exemple à cause d'une modification inévitable de la composition du lit de fusion, il peut obtenir ce résultat sans faire intervenir des dépenses importantes en augmentant conformément à l'invention la teneur en humidité de l'air d'affinage. L'augmentation du pouvoir calorifique du gaz de haut fourneau résultant de l'application du procédé procure un avantage supplémen- taire. Ainsi, l'inventeur a pu observer que la teneur en hydrogène du gaz de haut fourneau pour une humidité d'air d'affinage de 10 g/Nm3 s'élève à environ à 0,6%, cette valeur augmentant jusqu'à environ 1,2% lorsque l'on augmente l'humidité de l'air jusqu'à 20 g/Nm3. En outre, on a observé que l'injection d'eau dans le conduit d'air d'affinage va de pair avec une marche plus régulière du four, c'est-à- dire avec une baisse de pression, ce qui réduit la consommation de courant par le moteur du compresseur. En outre, il est a noter que l'eau à injecter doit de préférence être déminéralisée. En effet, des dépôts de calcaire sur le garnissage du réchauffeur de vent peuvent causer des difficultés par le fait qu'il peut se produire un abaissement du point de fusion dans le matériau réfractaire. D'autres caractéristiques et avantages de l'invention seront mis en évidence dans la description ci-dessous, donnée à titre d'exemple, mais non de limitation, en référence au dessin annexé o: - la figure i représente schématiquement un agencement possible d'une installation pour la mise en oeuvre du procédé conforme à l'invention. Le four à cuve 5 est relié à un réchauffeur de vent 1 par l'inter- médiaire d'un conduit 6 pourvu d'une vanne V3. Ce réchauffeur de vent est constitué essentiellement par une ossature portante 11 et des éléments d'accumulation de chaleur 10. Le réchauffeur de vent 1 est en outre relié, par l'intermédiaire d'un conduit 8 pourvu d'une vanne V1, à une cheminée 8 et, par l'intermédiaire d'un conduit 7 pourvu d'une vanne V2, à un compresseur 4. Pendant la phase d'échauffement du réchauf- feur de vent, les vannes V3 et V2 sont fermées, la vanne Vi est ouverte et un brûleur 2 est alimenté en gaz G et en air A. Par contre, pendant la phase de soufflage, le brûleur 2 n'est pas en service, la vanne V1 est fermée et les vannes V2 et V3 sont ouvertes. Le compresseur 4 insuffle alors de l'air d'affinage dans le réchauffeur de vent 1 o cet air est échauffé avant d'être introduit dans le four à cuve 5. Un appareil de mesure 16 contrôle la température de flamme dans le four a cuve 5 et est relié, avec interposition d'un convertisseur, à un calculateur 9. Celui-ci compare les valeurs de mesure de température avec des valeurs de consigne prédéterminées et il actionne en correspon- dance la vanne de régulation 14 de manière que la quantité d'eau, qui est nécessaire pour le réglage de la température de flamme désirée, parvienne, à partir d'un récipient 13 contenant de l'eau exempte de calcaire, dans une buse de pulvérisation 15 disposée dans le conduit 7. Du fait que l'air sortant du compresseur 4 se trouve à une température de 170 C par exemple, un mélange d'air et de vapeur d'eau parvient dans le réchauffeur de vent 1. Au lieu d'introduire l'eau dans l'air d'affinage après sa compres- sion, on peut naturellement aussi augmenter l'humidité de l'air aspiré par le compresseur. En outre, il existe la possibilité d'ajouter à l'air d'affinage, à la place d'eau, de la vapeur d'eau, auquel cas il est naturellement approprié (se référer aux avantages de l'invention) de vaporiser l'eau au moyen d'une énergie tirée de l'installation, par exemple au moyen d'un échangeur de chaleur branché dans le conduit 7. Il est essentiel pour l'invention que la teneur en humidité de l'air d'affinage soit réglée à une valeur de consigne avant l'introduction dans le réchauffeur de vent. Comme cela a été décrit dans l'exemple de réalisation, la régula- tion peut être effectuée de façon continue par contrôle de la tempéra- ture de flamme et au moyen d'un calculateur. Il existe cependant égale- ment la possibilité de contrôler l'humidité de l'air aspiré par exemple par un compresseur et de porter l'humidité de l'air, à l'aide de courbes d'étalonnage (à déterminer pour chaque four à cuve) à la valeur qui correspond à la température de flamme désirée. REVENDICATIONS 1.- Procédé de régulation de la température de flammne dans un four à cuve alimenté en air chaud par l'intermédiaire d'un réchauffeur de vent, caractérisé en ce que l'on effectue la régulation en réglant la teneur en humidité de l'air d'affinage qui est injecté dans le réchauf- feur de vent. 2.- Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que l'on contrôle la température de flamme dans un four à cuve, on la compare à une valeur de consigne et l'on introduit dans l'air d'affinage une quantité d'eau tenant compte du résultat de cette comparaison. 3.- Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que l'on contrôle la teneur en humidité de l'air d'affinage et on la porte par introduction de quantités contrôlées d'eau pulvérisée à une valeur de consigne déterminée empiriquement qui correspond à la température de flamme désirée. 4.- Procédé selon les revendications 2 ou 3, caractérisé en ce que l'air d'affinage est chargé en eau après une phase de compression. 5.- Procédé selon une des revendications i à 3, caractérisé en ce que, pour réduire la température de flamme et pour augmenter simultané- ment la teneur en hydrogène du gaz sortant du four à cuve, on introduit dans l'air d'affinage une quantité accrue d'eau pulvérisée. 6.- Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que l'on charge l'air d'affinage avec de la vapeur d'eau, l'énergie requise pour la vaporisation de l'eau provenant notamment de l'installation elle- même.