Brevet FR2676802A1 — publié le 19921127

L'invention est relative au captage de gaz ou de fumées émis par un four à arc électrique. Les fours à arc électriques, en particulier les fours utilisés pour l'élaboration d'aciers ou alliages comportent une enceinte dans laquelle on réalise une fusion et/ou une transformation d'une charge métallurgique, s'accompagnent d'une production de gaz ou fumées. Un étage d'émission des gaz ou fumées, communiquant avec l'enceinte du four et généralement disposé à sa partie supérieure, permet d'évacuer à l'extérieur de l'enceinte, les gaz ou fumées produits par l'intermédiaire d'un dispositif de captage. Des dispositifs existants de ce type comprennent généralement, dans le prolongement de l'étage d'émission du four, un étage d'aspiration constitué d'une hotte, d'une chambre de combustion, de filtres, d'un ventilateur, tous ces éléments étant reliés en série et dans cet ordre par des canalisations. La canalisation qui relie les filtres au ventilateur est munie d'un organe de réglage de la perte de charge commandé par une régulation pilotée par une mesure de pression dans l'enceinte du four au voisinage de la voûte de celui-ci. Cette régulation a pour but de maintenir la pression du four au voisinage de la pression atmosphérique extérieure afin de limiter soit les entrées d'air à l'intérieur du four, soit les émissions de gaz ou de fumées à l'extérieur du four. Ce dispositif a des inconvénients - d'une part il n'a pas une plage de fonctionnement stable en débit suffisamment étendue en particulier vers les bas débits. Il faudrait en effet avoir tantôt de très grands débits, tantôt de très faible débits et les sytèmes capables de très grands débits ne sont pas stables vers les très faibles débits, - d'autre part, il n'a pas un temps de réponse suffisamment faible lorsqu'on doit passer d'un petit débit à un grand débit. Lorsqu'une bouffée de gaz ou de fumée doit être absorbée, pour que l'aspiration devienne importante à la sortie du four, il faut d'abord vider partiellement les filtres, la chambre de combustion et les canalisations afin de faire baisser la pression à l'entrée du dispositif d'aspiration. Celà peut prendre 30 secondes, ce qui est très long. Le brevet français n" 79-21972 propose un procédé et un dispositif d'aspiration de gaz d'un four à arc qui remédie partiellement à ces inconvénients. Ce procédé utilise un dispositif dans lequel l'étage d'émission est muni d'un organe de réglage de la perte de charge piloté par la pression dans le four ; la canalisation reliant la hotte à la chambre de combustion étant équipée d'un organe de réglage de la perte de charge pilotée par la pression à l'entrée de la hotte. Ce dispositif à double régulation de pression dans des endroits aussi proches l'un de l'autre sur le circuit d'évacuation des fumées peut présenter l'inconvénient d'une certaine instabilité, notamment à l'occasion de variations brutales du régime de fonctionnement du four. Le but de l'invention est de proposer un dispositif de captage de gaz ou de fumées émis par un four à arc électrique qui puisse fonctionner sur une très large plage de débit, en particulier à très bas débit et à très haut débit, qui ait un temps de réponse très court et qui ait des régimes de fonctionnement stables. A cet effet, l'invention a pour objet un dispositif de captage des gaz ou fumées émis par un four à arc électrique qui comporte une enceinte dans laquelle on réalise la fusion et/ou la transformation d'une charge métallurgique, avec production de gaz ou fumées, et un étage d'émission de gaz ou fumées à l'extérieur du four, en communication avec l'enceinte du four, le dispositif de captage comprenant une hotte d'aspiration des gaz ou fumées dans l'étage d'émission du four, une chambre de combustion des gaz ou fumées, un filtre et un ventilateur ayant une partie d'aspiration, reliés en série et dans cet ordre par une première canalisation joignant la hotte d'aspiration et la chambre de combustion, une seconde canalisation joignant la chambre de combustion et le filtre et une troisième canalisation joignant le filtre au ventilateur, caractérisé en ce qu'il comporte - un premier organe de réglage de perte de charge disposé dans la première canalisation commandé par un premier moyen de régulation, relié pour son pilotage, à un capteur de pression disposé dans l'enceinte du four, au voisinage de l'étage d'émission, - une canalisation additionnelle reliée à la troisième canalisation à l'une de ses extrémités et débouchant à l'air libre à son autre extrémité, - et un second organe de réglage de perte de charge disposé dans la canalisation additionnelle et commandé par un second moyen de régulation relié, pour son pilotage, à un capteur de pression disposé dans la troisième canalisation à proximité de la partie d'aspiration du ventilateur. Les organes de réglage de perte de charge peuvent être des vannes papillon ou des ventelles et le ventilateur peut être un ventilateur centrifuge. La régulation de l'organe de réglage de perte de charge situé dans la première canalisation reliant la hotte de captage et la chambre de combustion maintient la pression à l'intérieur du four au voisinage de la pression atmosphérique à l'extérieur dudit four. La régulation de l'organe de réglage de la perte de charge situé dans la canalisation additionnelle maintient la pression à l'aspiration du ventilateur au voisinage de la pression correspondant au débit maximal dudit ventilateur. L'invention est également relative à un four électrique à arc équipé d'un dispositif de captage des gaz ou fumées selon l'invention. L'invention va maintenant être décrite plus en détail en regard de l'unique figure annexée qui représente, de manière schématique, un four à arc équipé du dispositif de captage selon l'invention. Le four à arc 2 muni de trois électrodes de voûte 3 dont une seule est représentée, délimite une enceinte 21 (ou laboratoire) destinée à recevoir la charge métallique à fondre 22 et comporte un étage d'émission de gaz ou de fumées 4 constitué d'un trou dans la voûte 23 et d'un élément de canalisation. Ce four est équipé d'un dispositif de captation des fumées selon l'invention et repéré par la référence générale 1. Ce dispositif comporte une hotte 5 située en regard de l'étage d'émission 4. Cette hotte est reliée par une canalisation 6 à une chambre de combustion 7 reliée par une canalisation 8 à des filtres 9 reliés par la canalisation 10 à un ventilateur 11. La canalisation 6 est munie d'un organe de réglage de la perte de charge constitué par exemple par une vanne papillon ou par une ventelle. Cet organe 12 est commandé par une régulation 13 pilotée par un capteur de pression 14 situé dans le four, au voisinage de l'étage d'émission 4. Sur la canalisation 10 est connectée une canalisation additionnelle 15 d'aspiration d'air ouverte à l'atmosphère. Cette canalisation additionnelle est munie d'un organe de réglage de la perte de charge 16 constitué par exemple d'une vanne papillon ou d'une ventelle. Cet organe 16 est commandé par une régulation 17 pilotée par un capteur de pression 18 situé au voisinage de l'aspiration du ventilateur 11. En fonctionnement : - la régulation 13 ajuste la position de l'organe 12 de telle sorte que la pression dans le four reste au voisi nage de la pression atmosphérique à l'extérieur du four ; en l'absence d'émission importante de gaz ou de fumée, l'organe 12 est presque fermé ; lorsqu'il y a émission importante de gaz, cet organe est ouvert en grand, - la régulation 16 maintient la pression à l'aspiration du ventilateur au niveau correspondant au débit maximum du ventilateur ; celà correspond à un écart de pression avec la pression atmosphérique faible ; lorsque le débit provenant du four est faible, l'organe 16 est presque fermé et inversement. Lorsque l'émission de gaz est faible, ce dispositif peut fonctionner de façon stable avec un débit très faible à l'aspiration de la hotte 5 et la pression en aval de l'organe 12 est faible ; la pression dans le four est maintenue au voisinage de la pression atmosphérique. Si une bouffée de gaz ou de fumée apparaît brutalement, l'organe 12 s'ouvre brutalement. Comme la pression est faible dans la partie aval de la canalisation 6, dans la chambre de combustion 7, dans la canalisation 8, dans le filtre 9 et dans la canalisation 10, la bouffée de gaz ou de fumées est aspirée dans le dispositif 1, et le temps de réponse du four est très court. On a constaté des temps de réponse de 1 seconde contre 30 secondes pour les dispositifs classiques. Lorsque le régime permanent est atteint, l'or- gane 12 est ouvert et l'organe 16 est fermé ; toute la capacité du ventilateur est utilisée pour extraire les gaz ou fumées émis par le four. I1 est clair que, en fin d'émission de gaz, l'organe 12 peut se refermer très rapidement et maintenir un débit d'aspiration à la hotte très faible, ce qui évite d'abaisser la pression dans le four ; progressivement l'organe 16 s'ouvre. Le dispositif selon l'invention permet ainsi d'obtenir un fonctionnement stable sur une très large plage de débits à l'aspiration de la hotte ; son temps de réponse est très court. Ceci permet tout à la fois de bien réguler la pression dans le four, d'éviter les entrées d'air parasites, lorsque les émissions de gaz ou de fumées sont faibles et de bien aspirer les gaz ou les fumées lorsque leur production augmente brutalement. REVENDICATIONS 1.- Dispositif de captage des gaz ou fumées émis par un four à arc électrique (2) qui comporte une enceinte dans laquelle on réalise la fusion et/ou la transformation d'une charge métallurgique, avec production de gaz ou fumées et un étage d'émission (4) de gaz ou fumées à l'extérieur du four (2), en communication avec l'enceinte du four, le dispositif de captage comprenant une hotte d'aspiration (5) des gaz ou fumées dans l'étage d'émission (4) du four (2), une chambre de combustion (7) des gaz ou fumées, un filtre (9) et un ventilateur (11) ayant une partie d'aspiration, reliés en série et dans cet ordre par une première canalisation (6) joignant la hotte d'aspiration (5) et la chambre de combustion (7), une seconde canalisation (8) joignant la chambre de combustion (7) et le filtre (9) et une troisième canalisation (10) joignant le filtre (9) au ventilateur (11), caractérisé en ce qu'il comporte - un premier organe de réglage de perte de charge (12) disposé dans la première canalisation (6) commandé par un premier moyen de régulation (13), relié pour son pilotage, à un capteur de pression (14) disposé dans l'enceinte du four (2), au voisinage de l'étage d'émission (4), - une canalisation additionnelle (15) reliée à la troisième canalisation (10) à l'une de ses extrémités et débouchant à l'air libre à son autre extrémité, - et un second organe de réglage de perte de charge (16) disposé dans la canalisation additionnelle (15) et commandé par un second moyen de régulation (17) relié, pour son pilotage, à un capteur de pression (18) disposé dans la troisième canalisation (10) à proximité de la partie d'aspiration du ventilateur (11). 2.- Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce que le premier organe de réglage de perte de charge (12) situé dans la première canalisation (6) reliant la hotte (5) à la chambre de combustion (7) est une vanne papillon ou une ventelle. 3.- Dispositif selon la revendication 1, ca ractérisé en ce que le second organe de réglage de la perte de charge (16) situé dans la canalisation additionnelle (15) est une vanne papillon ou une ventelle. 4.- Dispositif selon l'une quelconque des revendications 1 à 3, caractérisé en ce que le ventilateur (11) est un ventilateur centrifuge. 5.- Dispositif selon l'une quelconque des revendications 1 à 4, caractérisé en ce que le moyen de régulation (13) du premier organe de réglage (12) de la perte de charge situé dans la première canalisation (6) reliant la hotte de captage (5) et la chambre de combustion (7) maintient la pression à l'intérieur du four (2) au voisinage de la pression atmosphérique à l'extérieur dudit four. 6.- Dispositif selon l'une quelconque des revendications 1 à 5, caractérisé en ce que le moyen de régulation (17) du second organe de réglage (16) de la perte de charge situé dans la canalisation additionnelle (15) maintient la pression à l'aspiration du ventilateur (11) au voisinage de la pression correspondant au débit maximal dudit ventilateur (11). 7.- Four à arc électrique équipé d'un dispositif selon l'une quelconque des revendications 1 à 6.