Brevet FR2801321A1 — publié le 20010525

La présente invention concerne le domaine des fours utilisés en fonderie pour la production de fonte liquide, activité pour laquelle ils reçoivent l'appellation de "cubilots". Un cubilot comprend, généralement, une cuve verticale présentant, en partie basse, des moyens d'évacuation de la fonte liquide fabriquée comprenant un système séparation ou siphon pour l'évacuation séparée de la fonte et du laitier. Le cubilot comprend, également, au niveau de l'extrémité supérieure de la cuve, des moyens chargement de la cuve en matières à fondre et/ou en combustible et des moyens captation associés à des moyens d'extraction mécanique des gaz de combustion. Enfin, le cubilot comprend, au niveau d'une partie basse de la cuve, des moyens soufflage de gaz comburants, plus généralement de l'air sous pression appelé communément "vent". Un tel cubilot est utilisé en chargeant la cuve de coke et de matériaux à fondre. Afin d'entretenir la combustion du coke pour dégager l'énergie thermique nécessaire à la fusion de la charge métallique, les moyens de soufflage injectent, au sein de la cuve, de l'air à une pression suffisante pour que cet air, ensuite les gaz de combustion, traversent toute la hauteur de la charge de la cuve. Les gaz de combustion sont alors aspirés au niveau des moyens de captation partie haute de la cuve les moyens mécaniques d'extraction pour passer, le plus généralement, à l'intérieur d'une installation de traitement des gaz de combustion avant rejet dans l'atmosphère. Ainsi, pendant le fonctionnement du cubilot, il existe, partie basse de la cuve, forte pression d'air, engendrée par les systèmes de soufflage, tandis que cette pression va diminuant jusqu'au niveau des moyens de captation des gaz de combustion. La pression du vent soufflé est régulée de manière à maintenir un débit de soufflage correspondant au débit de fusion désiré, tout en tenant compte des variations inévitables de la perméabilité de la charge à fondre présente dans la cuve du cubilot. Cette régulation de la pression du vent soufflé induit alors d'importantes variations de pression au niveau de la partie basse de la cuve qui rendent instables les conditions de fonctionnement des siphons de séparation entre la fonte et le laitier, de sorte que cette séparation n'est pas toujours bien assurée. Par ailleurs, la présence d'une surpression importante, en partie basse du cubilot, rend particulièrement difficile la réintroduction des particules récupérées lors traitement des gaz de combustion, comme cela est effectué de plus en plus couramment. En effet, la réintroduction des particules dans un environnement sous pression nécessite alors la mise en oeuvre de systèmes de sas complexes présentent coût d'installation et d'entretien élevé. Il apparaît donc le besoin de pouvoir disposer d'un nouveau mode de conduite du cubilot qui permette de s'affranchir de systèmes onéreux pour l'introduction de particules dans la cuve du cubilot et qui offre des conditions de fonctionnement stable pour des moyens d'évaluation de la matière traitée tels que les siphons de séparation entre la fonte liquide et le laitier. Afin d'atteindre ces objectifs, l'invention concerne un procédé de conduite fonctionnement d'un cubilot pour la production de fonte liquide, du type comprenant - une cuve pour le chauffage des matières à fondre par combustion de combustible au sein de la cuve, - des moyens de chargement de la cuve en matières à fondre, - des moyens d'apport de combustible, - des moyens de captation des gaz de combustion, - des moyens d'extraction des gaz de combustion, - des moyens d'entrée dans la cuve de gaz comburant, - des moyens d'évacuation de la fonte liquide. Selon l'invention, ce procédé consiste, pour activer la combustion, à établir, par rapport à la pression atmosphérique et en relation avec les moyens d'extraction des gaz de combustion, une dépression suffisante au sein de cuve pour aspirer le gaz comburant par au moins une tuyère d'aspiration formant les moyens d'entrée. L'invention concerne, également, un cubilot pour la production de fonte liquide, du type comprenant - une cuve pour le chauffage des matières par combustion au sein de la cuve de combustible, - des moyens de chargement de la cuve en matière à fondre, - des moyens d'apport du combustible, - des moyens de captation des gaz de combustion, - des moyens d'extraction des gaz de combustion, - des moyens d'entrée de gaz comburant dans la cuve, - des moyens d'évacuation de la fonte liquide. Selon l'invention # les moyens d'apport de comburant sont formés par au moins une tuyère d'aspiration, # les moyens d'extraction sont adaptés pour établir, par rapport à la pression atmosphérique et en relation avec les moyens de captation des gaz de combustion, une dépression suffisante au sein de cuve pour aspirer le gaz comburant par la tuyère. Diverses autres caractéristiques ressortent de la description faite ci- dessous en référence aux dessins annexés qui montrent, à titre d'exemples non limitatifs, des formes de réalisation de l'invention. La figure unique est une vue d'ensemble schématique d'une forme préférée de réalisation d'un cubilot selon l'invention. Dans une application préférée mais non exclusive, l'invention se rapporte à un cubilot utilisé pour l'obtention de fonte liquide. Un tel cubilot est désigné dans son ensemble, par la référence sur la figure unique. Le mode de réalisation et la constitution particulière d'un tel cubilot relèvent des connaissances de l'homme du métier. De manière générale, le cubilot 1 comprend une cuve 2 sensiblement verticale qui présente, à sa base, des moyens 3 d'évacuation du métal en fusion. Ces moyens d'évacuation comprennent, pour assurer la séparation de la fonte liquide et du laitier un siphon 4 pour l'écoulement de la fonte liquide et un siphon pour l'écoulement du laitier. La partie basse de la cuve, dite zone de fusion 6, est raccordée à des moyens d'entrée ou d'apport de vent ou de comburant. Selon une caractéristique essentielle de l'invention, les moyens 7 d'entrée du comburant sont constitués au moins une et, de préférence, plusieurs tuyères d'aspiration qui ne sont raccordées à aucun dispositif de soufflage sous pression des gaz comburants. Ainsi, les tuyères 7 pourraient être qualifiées de tuyères d'aspiration libre par opposition à des tuyères d'apport de vent soufflé. Bien entendu, les tuyères 7 peuvent être raccordées à des moyens réchauffage du vent. Les tuyères 7 peuvent également être équipées de moyens d'injection de carburant, tel que par exemple du gaz naturel et aussi de moyens d'injection ponctuelle de gaz comburants, tels que par exemple l'oxygène. De même les tuyères 7 peuvent être associées à des registres de réglage du débit d'aspiration du vent. La zone de fusion 6 est surmontée par une zone 8, dite de préchauffage qui présente, au niveau de l'extrémité haute de la cuve 2, un gueulard 9 chargement de la cuve. Le cubilot 1 comprend, également, des moyens 10 de captation des gaz de combustion qui sont adaptés au-dessus de la cuve 2 au niveau de son gueulard de chargement 9. Les moyens 10 sont constitués par une enceinte fermée et raccordée de manière étanche, d'une part, au gueulard 9 et, d'autre part, à des moyens d'extraction des gaz de combustion. L'enceinte 11 définit alors un volume ou une zone de captation Z des gaz de combustion. Les moyens d'extraction 12 sont, par exemple mais non exclusivement, constitués par un ou plusieurs ventilateurs centrifuges. Selon une autre caractéristique essentielle l'invention, les moyens d'extraction 12 sont adaptés pour etre à même d'établir, comme cela ressortira par la suite, en relation avec les moyens 10 de captation gaz de combustion et par rapport à la pression atmosphérique, une dépression suffisante au sein de la cuve 2 chargée, pour aspirer les gaz comburants ou le vent par tuyères d'aspiration 7. Par ailleurs, les moyens d'extraction sont, de préférence mais non nécessairement, raccordés aux moyens de captation 10 en série avec moyens 13 pour le traitement des gaz de combustion avant leur rejet dans l'atmosphère par une cheminée 14. La constitution particulière des moyens 13 de traitement des gaz de combustion n'entre pas dans le cadre de la présente invention, mais il possible de rappeler que les moyens de traitement 13 peuvent comprendre, dans le sens de circulation des gaz de combustion, un caisson de décantation 15 grosses poussières, un séparateur cyclonique 16 pour les poussières moyennes et un filtre 17 pour les poussières fines. Enfin, le cubilot 1 comprend, en relation avec les moyens de captation 10 et l'enceinte 11 qui les délimite, des moyens 21 de chargement de la cuve 2 pour assurer son remplissage par le gueulard 9 en matière à fondre et/ou en combustible. Selon l'exemple illustré, d'un cubilot à coke pour la production de fonte liquide, les moyens 21 permettent un chargement de la cuve 2 en coke et en charge métallique à fondre et constituent donc, également, des moyens d'apport de combustible. Bien entendu, dans le cas d'un cubilot fonctionnant au gaz naturel, seules les matieres à fondre sont introduites par les moyens de chargement 21. En cours de campagne, le cubilot 1 décrit ci-dessus est mis en pauvre et fonctionne conformément au procédé de conduite selon l'invention de la manière suivante. Les zones de fusion 6 et de préchauffage 8 étant remplies d'une charge de matériau à traiter, les moyens d'extraction 12 aspirent les gaz de combustion, dans le sens de la flèche FI, et établissent, au sein de la cuve 2, une dépression par rapport à la pression atmosphérique. Compte tenu de cette dépression, les gaz comburants, constitués selon l'exemple illustré par l'air ambiant, sont aspirés au niveau des tuyères 7 dans le sens de la flèche FZ pour activer la combustion au niveau de la zone et traverser la charge de la cuve 2. Ce mode de fonctionnement est particulièrement avantageux car, dans la mesure où les tuyères d'aspiration 7 n'engendrent que de faibles pertes de charge, la pression Pl au niveau de la partie basse de la zone de fusion est sensiblement égale à la pression atmosphérique. Cette pression restera donc sensiblement constante tout au cours fonctionnement du cubilot, indépendamment des variations possibles de la perméabilité de la charge à fondre. Cette absence de différence sensible, entre la pression interne de la partie basse du cubilot et la pression atmosphérique, assure alors régime stable de fonctionnement des moyens d'évacuation des matières traitées et, selon l'exemple illustré, des siphons 4 et 5 de séparation entre la fonte liquide et le laitier. Il doit être noté que les moyens d'extraction 12 sont conçus pour, ' tout moment du fonctionnement normal du cubilot, assurer l'aspiration du comburant au niveau de la ou des tuyères 7 à un débit suffisant pour entretenir une température adaptée dans la cuve du cubilot 1 et ceci indépendamment de la perte de charge engendrée par, notamment, la matière à fondre et/ou les moyens de traitement 13. Par ailleurs, selon une forme préférée de réalisation de l'invention, afin de pouvoir assurer un fonctionnement optimal du cubilot en assurant régulièrement son rechargement, les moyens de chargement 21 comprennent un , par exemple mais non exclusivement, constitué par un barillet rotatif. Ainsi les moyens de chargement 21 sont sensiblement étanches et permettent d'éviter tout apport ou, au moins, un apport trop important d'air parasite lors du chargement de la cuve 2 du cubilot fonctionnement. Dans le même sens, l'étanchéité au moins relative moyens 10 de captation gaz de brûlage évite tout apport trop important d'air parasite susceptible de venir perturber le fonctionnement du cubilot et augmenter, de manière inutile, le volume gaz devant être traité par les moyens 13. Selon une autre caractéristique avantageuse de l'invention, l'aspiration du vent, effectuée au niveau des tuyères 7 et l'absence de surpression au niveau de la sortie ces dernières à l'intérieur de la cuve 2, permet d'introduire, au niveau des tuyères 7, des particules devant être traitées, comme par exemple les résidus provenant de la filtration des gaz de combustion. Ces particules sont alors, de façon naturelle, entraînées par le flux du gaz comburant aspiré, et entrent dans la cuve 2. Afin d'assurer cette introduction, le cubilot 1 comprend des moyens d'introduction 25 disposés en relation avec les tuyères 7. Ces moyens 25 comprennent, par exemple, une trémie de stockage 26 et un dispositif de distribution 27 des particules à l'embouchure d'au moins une tuyère d'aspiration dans le flux de comburant aspiré. Les moyens d'extraction mécanique 12 sont disposés en aval des moyens de traitement 13, par rapport au sens de circulation des gaz de combustion, de manière à aspirer ces gaz à partir des moyens de captation 10 au travers des moyens de traitement 13 pour ensuite les refouler par la cheminée 14 dans l'atmosphère. Toutefois, conformément à l'invention, les moyens d'extraction 12 pourraient être placés de manière à aspirer les gaz de combustion par les moyens de captation 10 pour les refouler dans les moyens de traitement 13. Dans l'exemple décrit précédemment, l'enceinte de captation est sensiblement étanche par rapport à l'extérieur du cubilot, mais elle pourrait ne pas l'être, les moyens d'extraction étant alors adaptés pour absorber les apports d'air parasite. L'invention n'est limitée aux exemples décrits et représentés, car diverses modifications peuvent y être apportées sans sortir de son cadre. REVENDICATIONS 1 -Procédé de conduite du fonctionnement d'un cubilot pour la production de fonte liquide, du type comprenant - une cuve (2) pour le chauffage des matières par combustion de combustible au sein de la cuve (2), - des moyens de chargement (9, 21) de la cuve en matières à fondre, - des moyens (21) d'apport de combustible, - des moyens de captation (10) des gaz de combustion, - des moyens (12) d'extraction des gaz de combustion, - des moyens d'entrée (7) dans la cuve de gaz comburant, des moyens d'évacuation (3) de la fonte liquide, caractérisé en ce qu'il consiste, pour activer la combustion, à établir, rapport à la pression atmosphérique et en relation avec les moyens d'extraction (12) des gaz de combustion, une dépression suffisante au sein de la cuve (2) pour aspirer le gaz comburant par au moins une tuyère d'aspiration (7) formant les moyens d'entrée. 2 - Procédé de conduite selon la revendication 1, caractérisé en ce 'il consiste à éviter sensiblement tout apport d'air parasite par les moyens de chargement de la cuve. 3 - Procédé de conduite selon la revendication 1 ou 2, caractérisé en consiste à éviter sensiblement tout apport d'air parasite au niveau des moyens de captation (10). 4 - Procédé de conduite selon l'une des revendications 1 à 3, caractérisé ce qu'il consiste à traiter les gaz de combustion avant leur rejet dans l'atmosphère. 5 - Procédé de conduite selon l'une des revendications 1 à 4, caractérisé en ce qu'il consiste, pour introduire des particules à traiter dans la cuve (2), à les introduire au niveau d'au moins une tuyère pour que le flux de comburant aspiré les entraîne à l'intérieur de la cuve. 6 - Procédé de conduite selon les revendications 4 et 5, caractérisé en ce qu'il consiste à recycler les particules provenant du traitement des gaz de combustion en les introduisant au niveau des tuyères. 7 - Procédé de conduite selon l'une des revendications 1 à 6, caractérisé en ce qu'il consiste à injecter, au niveau des moyens d'apport, du comburant et/ou du carburant. 8 - Cubilot pour la production de fonte liquide, du type comprenant - une cuve (2) pour le chauffage des matières à fondre par combustion de combustible au sein de la cuve (2), - des moyens (21) de chargement de la cuve en matières à fondre, - des moyens (21) d'apport du combustible, - des moyens (10) de captation des gaz de combustion, - des moyens (12) d'extraction des gaz de combustion, - des moyens (7) d'entrée de gaz comburant dans la cuve, - des moyens (3) d'évacuation de la fonte liquide, caractérisé en ce que # les moyens d'apport de comburant sont formés par au moins une tuyère d'aspiration (7), # les moyens d'extraction (12) sont adaptés pour établir par rapport à la pression atmosphérique et en relation avec les moyens (10) de captation des gaz de combustion, une dépression suffisante sein de la cuve (2) pour aspirer le gaz comburant par la tuyère (7). 9 - Cubilot selon la revendication 8, caractérisé en ce que les moyens (21) de chargement comprennent un sas pour éviter tout apport d'une grande quantité d'air parasite lors du chargement de la cuve pendant le fonctionnement du cubilot. 10 - Cubilot selon la revendication 8 ou 9, caractérisé en ce les moyens (10) de captation des gaz de combustion sont sensiblement étanches par rapport à l'extérieur du cubilot pour éviter tout apport d'une trop grande quantité d'air parasite. 11 - Cubilot selon l'une des revendications 8 à 10, caractérisé en qu'il comprend, au niveau d'au moins une tuyère d'aspiration, des moyens (25) pour l'introduction de particules à traiter destinées à être aspirées par le flux gaz comburants et introduites à l'intérieur de la cuve.