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Société Anonyme Fried. Krupp Aktiengesellschaft Friedrich-
Alfred-Hütte à Rheinhausen (Niederrhein).
Procédé pour le fonctionnement de fours à cuve, en particulier de hauts-fourneaux.
Convention Internationale: Demande de brevet en
La production de fonte brute au haut-fourneau exige, pour la réduction des minerais et la fusion de la fonte brute et de la scorie, de la chaleur qui est produite par com- bustion du coke devant les tuyères.
La conduite exacte du procédé exige un équilibre ther- mique constant entre la quantité de chaleur nécessaire et la quantité de chaleur fournie.
La quantité de chaleur nécessaire est soumise à des variations continuelles, suivant la composition et la quan- tité du lit de fusion et du fer; il en est de même pour la quantité de chaleur fournie, qui dépend du poids et de la teneur en carbone du coke ajouté, des proportions d'acide carbonique et d'oxyde de carbone dans les produits de la
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combustion, et de la température des gaz d'échappement.
Ces variations se manifestent dans l'aspect extérieur, la température et la composition de la scorie et de la fonte brute, et conduisent à des essais ayant en vue de rétablir l'équilibre de chaleur. Le moyen préféré \ cet effet consiste dans la température du vent soufflé chaud. Par un accroisse- ment de 1000 de la température du vent soufflé, on fournit au four une quantité de chaleur qui correspond à celle que l'on obtient par la combustion de 4-5 % en plus de coke. On peut par suite bien compenser ainsi un tel déficit en chaleur fournie au point de vue purement thermique, mais non au point de vue chimique, car l'oxyde de carbone correspondant 1 cette quantité de carbone manque.
Il y a lieu d'ajouter que la température plus élevée du vent modifie également la tem- pérature de réaction dans l'ouvrage du four, de sorte que la composition de la fonte brute peut ainsi subir une modi- fication.
Mais les conditions physiques et chimiques modifiées peuvent également aussi modifier les proportions d'anhydride de carbone et d'oxyde de carbone dans les produits de la combustion, de façon telle qu'il ne se produise pas un excès réel de chaleur, étant donné qu'une diminution de 1% de 002 dans les gaz d'échappement correspond une diminu- tion de 5 % dans la production de chaleur.
La mesure est ainsi douteuse. Si elle n'a pas le succès désiré, on accroît par suite encore la température du vent, jusque ce qu'on arrive, à environ 800-850 C, à la limite du possible. Il ne reste plus alors qu'à faire marcher le four plus lentement ou d'accroître la quantité de carbone fournie, en retirant du minerai dans la charge. Mais cette mesure n'agit qu'après la durée de passage de la charge,
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ci est à dire, dans le cas le plus favorable, seulement après
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10 heures, lorsque peut-être l'équilibre s'est déjà rétabli de lui-même pour d'autres raisons, et conduit ainsi 'à un gaspillage de coke.
L'invention a pour but d'obvier à ces inconvénients; elle est basée sur la constatation suivante :
Le gaz de gueulard est par lui-même, en raison de sa teneur élevée en oxyde de carbone, un agent réducteur énergique, Il lui manque toutefois, pour exercer son action dans le four, la tem- pérature de réaction nécessaire. Si on l'insufflait simplement dans l'ouvrage du four, il exercerait une action de refroidisse*- ment énergique, en raison de sa consommation élevée de chaleur nécessaire pour le porter à la température de l'ouvrage et pour réduire l'acide carbonique qu'il contient.
En chiffres, cette action s'exprime par le fait que, lorsqu'on insuffle dans l'ouvrage 3,5 % de la production de gaz du haut-fourneau et lorsqu'on chauffe ce gaz la température de l'ouvrage, on con- somme une quantité de chaleur, qui correspond à un accroissement de 1000 dans la température du vent. Mais on introduit aussi en même temps dans le four la quantité d'oxyde de carbone qui cor- respond à une charge de 3,5 % de coke.
De cette constatation découle le procédé faisant l'ob- jet de la présente invention.
En insufflant du vent plus chaud qu'on n'en utiliserait pour l'état d'équilibre du four, on détruit cet équilibre, mais on le rétablit par une insufflation simultanée d'une quantité de gaz du gueulard telle que, par son chauffage à la température du four, l'excès de chaleur soit consommé, mais qu'on introduise en même temps une quantité d'oxyde de carbone correspondant a cette chaleur. On peut alors réduire dans la charge la quantité de coke dans une proportion correspondant \ cette quantité de chaleur et de carbone; on économise ainsi du coke, et on consomme
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ainsi le gaz du gueulard en excès en partie comme gaz d'insuff- lation, en partie pour le chauffage du vent une température
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plus élevée.
Si l'on chauffe également le gaz du gueulard, la con- sommation de chaleur, pour porter celui-ci à la température de l'ouvrage du four, devient d'autant plus faible ; peut par conséquent insuffler d'autant plus de gaz et économiser d'autant plus de coke.
On obtient le même résultat lorsque, au lieu d'air, on utilise de l'oxygène, en même temps que, par la suppression du chauffage de la masse inerte d'azote, on obtient dans 1'cuivrage une température plus élevée, que l'on peut équi- librer par l'addition de gaz du gueulard exerçant une action refroidissante.
L'influence du gaz comme régulateur de température n'est nullement limitée à l'ouvrage du four. Dans d'autres parties du four, le réglage de la température ou l'accroissement de la concentration en oxyde de carbone est également désirable dans certains cas. On peut atteindre ce résultat par l'in- sufflation de gaz chaud ou froid. On peut compenser un apport déficitaire de chaleur, dans les parties du four,- dans lesquelles le gaz du gueulard, froid ou réchauffé, brûlé avec du vent chaud ou froid, donne lieu à un abaissement de la température-, par insufflation simultanée de gaz et d'air.
Mais on peut également, par insufflation de gaz seul, abaisser la température aux endroits où elle est indési- rablement élevée. On doit distinguer dans le haut-fourneau deux zones possédant des températures de travail différentes à savoir la zone de la chaleur de fusion et de surchauffage, avec un champ de température d'environ 1200 à 1500 C, et la zone de réduction indirecte, avec un champ de températures de 600 à 900 C environ. La zone entre les deux champs de températures ne doit être que petite car, dans son étendue,
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on nia besoin que de la quantité de chaleur relativement
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faible pour l'accroissement de la température sensible du fer et de la scorie.
Par l'insufflation de gaz froid dans la zone intermé- diaire, on peut provoquer un saut de la température et ré- duire la zone dangereuse de la réduction directe.
Jusqu'ici on a travaillé avec un accroissement de la température du vent, lorsqu'il existait un déficit dans l'apport de chaleur, sans pouvoir ainsi remplacer en même temps la quantité de carbone correspondant à cette quantité de chaleur. On peut également avoir recours à ce moyen auxiliaire dans le procédé suivant l'invention, en diminuant l'addition de gaz du gueulard aux dépens de la concentration en oxyde de carbone. Mais il est préférable de conserver l'équilibre thermique, sans détruire l'équilibre chimique.
Dans ce but on devait jusqu'ici modifier la charge, ce qui constitue une mesure qui ne devient efficace qu'après la durée de passage de la charge. Mais comme le coke brûle pour la plus grande partie devant les tuyères, le moyen le plus simple et agissant le plus rapidement consiste à introduire le combustible directement a la partie inférieure du four. Pour qu'il brûle immédiatement, on l'insufflera à l'état divisé ou sous forme de poussière et, lorsqu'on voudra éviter qu'ils'agglomère et qu'il soit soustrait à l'action de l'air de combustion, on l'insufflera immédiate- ment avec la quantité d'air nécessaire.
Le coke, venant d'en haut, est supérieur au combustible qui est introduit par le bas, d'autant plus qu'il est déjà réchauffé méthodiquement jusqu''a la température de l'ouvrage du four.
La poussière de charbon insufflée froide consommerait une certaine quantité de chaleur, qui possède la plus grande
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valeur. C'est pourquoi on l'insuffle de préférence au dessus
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des tuyères, à une hauteur telle qu'elle arrive, avec sa température de combustion, dans la zone de températures con- venable.
Si, dans ce qui précède, il a été question plus parti- culièrement du haut-fourneau pour la production de fer, le procédé suivant l'invention peut évidemment aussi être appliqué pour tous les fours à cuve, dans lesquels on tra- vaille avec un chauffage mixte et on obtient des gaz d'é- chappement qui, par leur composition, sont propres à exercer une influence régulatrice dans la chambre de travail sur la phase gazeuse, coopérant dans le procédé avec le combustible solide.
'Revendications.