Brevet FR2590009A1 — publié le 19870515

Procédé pour améliorer la vitesse de chauffe, la rénulation, la oré- ciPion de tpXrature dans les fours industriels comportant l'aopli- cation de ce procédé. La présente invention concerne un procédé pour améliorer la vitesse de chauffe, la régulation, la précision de température des fours industriels et surtout l'obtention de notables économies d'énergie. Elle peut s'appliquer sur tous les fours chauffés à l'aide de brûleurs à feux directs alimentés avec tous types. de gaz ainsi qu'au fuel et mazout normal. Le four doit avoir un -volume utile minimum de deux mètres cubes et être chauffé par quatre brûleurs minimum. I1 n'y a pas de volume maximum. Les meilleurs bilans économiques peuvent être obtenus sur les granas fours. L'invention vise également les fours industriels équipés pour la mise en oeuvre de ce procédé. On sait que, dans la majorité des cas, les fours industriels de volumes utiles moyens et grands, en service pour les traitements thermiques, les forges ou la sidérurgie sont chauffés à l'aide de brûleurs à feux directs alimentés avec un mélange air/gaz, air/fuel ou air/mazout. Ces brûleurs sont disposés légèrement au-dessus du niveau de la sole, "sole mobile dans la plupart des cas". Ils sont montés sur les faces fixes et latérales des fours, leur nombre étant fonction des volumes et tonnages à chauffer. Pour des raisons d'économies dans les installations de la régulation des températures, le nombre des brûleurs est divisé en zône, en multiplets égaux de leur nombre total, ceci pour homogénéiser et obtenir une plus grande précision de température. Cette régulation se fait en trois allures : grand chauffage, petit chauffage ou arrêt du chauffage appelées dans la profession "tout, peu ou rien c.-à-d. que lorsque la température du four arrive à son point de consigne, pour affiner sa précision, les brûleurs chauffent en tout, peu ou rien, mais par zone ou par multiples de zones, ceci en fonction des températures relevées par les thermo-couples répartis dans le four. Cette façon de procéder provoque très souvent une approche du point de consigne par à-coup et de longue durée. L'un des buts de l'invention est de remédier à ces difficultés. Le procédé suivant l'invention est décrit ci-après à l'aide des figures 1 et 2. La figure 1 est une vue en coupe verticale du four t !;3 figure 2 un vue en perspective de la tuyère en acier réfractaire. Une tubulure calorifugée t5) située à la sortie du carneau du four (2) c.-à-d. a a base de la cheminée d'évacuation (6) capte les gazs chauds afin de les réintroduire dans le ommet du four à la naissance de la voûte t7) Ces gazs recyclés créent, avec la combustion des brûleurs (1) une pression dans le four, pression qu'il faut réguler. La régulation de la pression interne du four s'effectue par un registre f8) du type à papillon incorporé dans le premier tron çon d'embase de la cheminée d'évacuation (6) commandé par un servomoteur pneumatique (9 et embiellage asservis à un régulateur électropneumatique (10) avec enregistrement de la pression par enregistreur circulaire. Le régulateur pneumatique continu est à action proportionnelle et intégrale permettant le règlage, par relais couplé à la commande pyrométrique (17) d'un brûleur additionnel (3) de faible puissan- ce "en moyenne 60 s de moins qu'un de ceux servant à la chauffe du four". Sa fonction est d'amener la température des gazs chauds recyclés à la température du point de consigne du four, ceci dès le début ou en cours de traitement. Le thermo-couple (17) nécessaire à la commande pyrométrique du brûleur (3) sera protégé par une plaquel6eA acier réfractaire austénitique selon les normes ANGOR Z 12 CN 25-20 ou Z 8 CN 32-21 placé entre l'arrivée des gazes sortant du brûleur additionnel (3) et la soudure chaude du thermo-couple(17). Cette protection est indispensable pour ne pas perturber la lecture pyrométrique et la marche du brûleur (3) par arrêt ou surchauffe. La pression interne du four obtenue par la manoeuvre angulaire du registre à papillon (8) doit être réglée par les points de consignes affichés sur le régulateur (10) de façon à obtenir une pression de 5 mbr par paliers de 2500 centigrade. Cette pression est calculée de façon à ne pas freiner l'arrivée des gazs recyclés et, à l'inverse, ne pas créer une dépression interne pouvant nuire à l'homogénéité de la température du four. De plus, les gazs chauds recyclés et chauffés dès leur entrée au sommet du four (7) accélère la turbulence de l'atmosphère interne et par là-même l'homogénéité et la précision de la température désirée, ceci en mettant en service une faible puissance de chauffe, ce qui augmente la montée en température et réduit, dans de très fortes proportions, l'usage des brûleurs (1) du four.Cette turbulence vient également suppléer au manque de ventilation mécanique généralement arrêtée vers 650 /700 C pour des questions de tenue mécanique des matériaux à chau Depuis l'augmentation de l'énergie, on sait que de nombreux fours recyclent les gazs de combustion. Le procédé suivant l'invention consiste à utiliser au rnaxi- mum les calories ainsi récupérées en les réinjectant au sommet du four pour un contrôle précis de la pression interne, en créant à l'intérieur une turbulence naturelle, d'où précision et homogénéité de chauffe, mais surtout ces gazs recyclés sont chauffés à leur arrivée dans le four, de façon à leurs donner l'apport de calories nécessaires pour compenser la différence de température entre ces gazs et le point de consigne Ce chauffage est obtenu à l'aide d'un brûleur '3) monté à l'arrière d'une tuyère (12) venant se fier en bout de la tubulure ca Iorifugée '5) å son arrivée au sommet du four Cette tuyère (12) est constituée d'un tube (13) de même diamètre que celui qui constitue la tubulure 15 d'un autre tube concentrique d'un diamètre supérieur tel4) se fixant à l'extérieur du premier. Entre ces deux tubes de même longueur est soudée sur champ, une tôle hélicoidale (15), le brûleur (3) étant monté entre ces deux tubes obligeant ses gazs de combustion à tourner autour des gazs recyclés pour les chauffer. 5rSce à ce procédé, on peut obtenir avec un faible apport de calories, un important volume de gaz à la température du point de consigne. Le montage ainsi décrit, suivant l'invention, permet de ré dulre le nombre de brûleurs nécessaires au chauffage d'un four et la régulation judicieuse de la pression interne associée au contrôle du débit des gazs recyclés permet un gain d'énergie. Le procédé. suivant l'invention, peut, étant adopté sur des fours neufs ou adapté sur fours en service, faire réaliser des économies d'énergie. REVENDICATIONS I - Procédé pour améliorer les conditions de chauffe en réduisant les consommations d'énergie des fours industriels de tous types chauffés par bruleurs à feux directs, caractérisé en ce qu'il consiste à rez cycler les gazs chauds de combustion, à les diriger dans le four, à les chauffer aux températures du point de consigne, n créer et réguler la pression interne du four pour accroitre l'homogénéité et la précision des températures et des métaux à traiter. 2 - Procédé suivant la I vendication caractérisé n c- que les gazs chauds sont recyclés au sommet du four (7), à la naissance de la voûte. 3 - Procédé suivant l'une des revendications 1 et 2 caractérisé en ce que les gazs recyclés au semmet du four ont chauffés par un brûleur additionnel (3). 4 - Procédé suivant la revendication 1 - 2 - 3 caractéried en ce que les" gazs sont recyclés au sommet du four par la seule pression régulée du four. 5 - Procédé suivant la revendication 1 caractérisé en ce que la pression interne du four sera de 5 mor par palier de 250 dentigrade. 6 - Four industriel à chauffaqe par brûleurs à feux directs pour la mise en oeuvre du procédé se ton les revendications 1 à 5 caractérise. en ce qu'il comprend une conduite calorifugée (5) prenant naissance à la base de la cheminée d'évacuation '6) et captant les oazs chauds afin de les introduire au sommet du four a' la naissance de la voûte (7). Une tuyère (12) fixée à l'extrémité de ladite conduite calorifugée en sa partie située au sommet du four (7). Un brûleur additionnel (3) fixé à l'entrée de la tuyère (12). Un système de régulation (10) de la pression règnant à l'intérieur du four 7 - Four selon la revendication 6 caractérisé en ce que le système de la pression interne du four est constituée d'un thermo-couple (17) placé à la sortie de la tuyère (12) et relié à une régulation (10) commandant un servo-moteur (9) qui actionne un registre à papillon (8) incorporé à la base de la cheminée d'évacuation (6) des gazs du four. 8 - Four selon la revendication (1) caractérisé en ce que le thermo-couple (17) est protégé par une gaine et une plaque de protection (16) placée entre la sortie de la tuyère (12) et le thermo-couple (17). 9 - Four -elon l'ensemble des revendications 6 - 7 - 8 prise. dans leur ensemble caractérisé en ce que 13 tuyère (12), la qaine de protection du thermo-couple (17), la plaque de protection (16) sont fabriquées en acier réfractaire austénitique selon les normes AF@OR Z 12 @N 25-20 ou Z 8 @N 32-21. 10 - Four selon la revendication 6 caractérisé en ce que la tuyère 112 est constituée d'un tube !1', de même diamètre que la tubulure (5) d'un tube (14) concentrique de diamètre supérieur au tube (13), llespace ainsi constitué entre les deux tubes étant occupé par une tôle hélicoidale (15) fixée sur les tubes 13 et 14, le brûleur (3) étant monté entre les deux tubes 13 et 14.