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BREVET D'INVENTION' Récupérateur de haut-fourneau.
Les récupérateurs connus pour le fonctionnement des hauts-fourneaux consistent en une enveloppe de fer cylindri- que qui est fermée du haut en forme de coupole. L'intérieur est garni de pierres réfractaires et se divise essentiellement en deux parties, ce qu'on appelle la cuve de 'combustion et la partie restante qu'on appelle les empilages, dans lesquels se produit l'accumulation de chaleur. La cuve de combustion ayant le plus souvent une section transversale ronde ou ovale est maçonnée indépendamment et est complètement vide jusqu'à la coupole. Le gaz de haut-fourneau est introduit du bas dans la cuve de combustion et s'enflamme moyennant l'addition d'air de combustion. La flamme s'élève dans la cuve de combustion, se rabat dans la chambre vide de la coupole et parcourt les empilages remplissant le reste de la chambre.
Après que les gaz de combustion ont cédé la plus grande partie de leur chaleur aux empilages réfraotaires, ils s'échappent par le bas dans le oanal de fumée
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qui est en communication avec la cheminée.
Après le chauffage, qui dure environ 2 1/2 à 3 heures, le récupérateur est soumis à l'inversion pour le passage du vent, c'est à dire que l'arrivée de gaz est interrompue et que de l'air froid est refoulé en sens inverse par le trajet décrit des gaz, trajet au cours duquel il s'échauffe et parvient alors au haut-fourneau. Cette période est appelée dans la suite la période de vent.
Ce genre de récupérateurs a l'inconvénient que l'air chaud extrait pour l'envoi dans le haut-fourneau ne présente pas une température constante mais que cette température tombe au cours de la période de vent à partir d'une pointe de température, ce qui limite l'emploi économique du vent chaud. Suivant l'expérience, chaque élévation d'environ 100 C de la température du vent chaud dans le haut-fourneau est égale, dans les limites de température employées pratiquement, à une économie de coke d'environ 4%. Une chute de température du vent chaud d'environ 200 C pendant la période de vent du récupérateur signifie alors, pour la marche du four, la même chose qu'un changement de la charge de coke d'environ 8%.
Pour écarter de pénibles perturbations de la marche du haut-fourneau, il faut presque toujours une augmentation passagère de la charge de coke d'au moins 5%.
De cette influence de la chute de température du vent résulte la nécessité, pour une marche sans dérangement du haut-fourneau, de maintenir,dans des limites aussi minimes que possible, les variations de température.
Plus la chute de température du vent chaud doit être petite, plus il faut choisir courte, pour le récupérateur ordinaire, la durée de la période de vent. Avec ce raccourcissement, les pertes de vent et de chaleur s'élèvent toutefois. Pour la compensation totale ou partielle des variations de température du vent chaud, .on utilise, comme on
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le sait, des régulateurs de température. Leur action repose sur le fait qu'on ajoute au vent chaud une quantité telle d'air froid que sa température est toujours seulement aussi élevée que celle se présentant à la fin de la période de vent.
Par l'addition de vent froid, on détruit toutefois de la chaleur coûteuse et précieuse du vent. Les régulateurs de température sont, en outre, des appareils compliqués qui exigent des manipulations et des observations continuelles lorsque leur sécurité de fonctionnement doit rester assurée.
La présente invention propose une voie beaucoup plus économique pour régler la température du vent chaud et elle consiste en ce qu'outre une chambre d'accumulation chauffée directement, il existe une chambre supplémentaire d'ac- cumulation qui n'est pas chauffée ou est chauffée seulement partiellement pendant la période de gaz et à travers laquelle, pendant la période de vent, on fait passer le vent chauffé dans la chambre d'accumulation chauffée directement.
Cette chambre d'accumulation supplémentaire est prévue avantageusement à l'intérieur de la maçonnerie de l'enveloppe du récupérateur de telle manière qu'elle est entourée complètement ou partiellement par la chambre d'accumulation chauffée directement, remplie d'empilages réfractaires, de pierres de remplissage, etc..; domme cette dernière, elle est garnie de corps de remplissage, par exemple d'une ma- çonnerie d'empilages.
Cette chambre d'accumulation supplémentaire, pour laquelle on peut employer également, dans le cas de récupérateurs existants, la ouve de' combustion vide jusqu'à présent, est chauffée pendant la période de gaz,indirectement, jusqu'à une certaine température qui est toutefois en-dessous de la température de la chambre d'accumulation chauffée directement. Pendant la période de vent, l'air froid parcourt d'abord les empilages chauffés directement et s'é-
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chauffe ainsi jusqu'à sa température maxima. Il passe ensuite dans la chambre d'accumulation supplémentaire à température plus basse, cède sa température excessive aux empilages de celle-ci et quitte la chambre,d'accumulation supplémentaire en un point approprié avec la température convenable pour le fonctionnement du haut-fourneau.
Cette chaleur,cédée par le vent chaud, s'accumule donc dans ltaccumulateur de compensation supplémentaire et aide ensuite la chambre d'empilages chauffée directement pour le chauffage du vent.
On obtient, de cette manière, que la température du vent ame- -né au haut-fourneau peut être maintenue, contrairement à ce qui se passe dans les récupérateurs connus à périodes de vent et de gaz égales, à la hauteur de la température moyenne du vent chaud, sans qu'aucun autre régulateur de température soit nécessaire et sans qu'il se produise des variations de température nuisibles au fonctionnement du haut-fourneau.
L'amenée du gaz au récupérateur,suivant la présente invention, se fait avantageusement d'une manière connue à la partie supérieure de la coupole, tandis que l'air de combustion peut être amené du bas jusqu'à la coupole entre la ma- çonnerie de l'enveloppe du récupérateur et l'enveloppe extérieure de fer ou analogue. Il va toutefois de soi que non seulement une amenée de gaz, par le milieu de la coupole, est possible, mais que le chauffage peut'également se faire dans la partie restante de la coupole et, éventuellement, encore dans la partie du récupérateur située immédiatement en-dessous. Par l'amenée d'air de combustion sous l'enveloppe extérieure, on obtient l'avantage que les pertes de refroidissement au cours de la période de gaz sont alors diminées et qu'en même temps il se produit un réchauffage de l'air, favorable à la combustion.
D'autres caractéristiques de l'invention résulteront de la description donnée ci-dessous de l'exemple de réali-
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sation représenté au dessin.
La fig. 1 montre une coupe longitudinale dans un récupérateur.
La fig. 2 est une coupe transversale de celui-ci.
La fig. 3 montre une autre forme de réalisation de la coupole du récupérateur avec un brûleur en coupe.
Le récupérateur consiste en une maçonnerie extérieure usuelle 1 en forme de cuve, de préférence en matières réfractaires comme la terre réfractaire, etc., qui est fermée du haut par une coupole. A l'intérieur de la maçonnerie d'enveloppe 1, une seconde enveloppe de. cuve 2 est élevée environ jusqu'à la coupole à la manière d'une cheminée.
Cette seconde enveloppe de cuve, dont le diamètre, comme pour la cuve de combustion connue dans les récupérateurs, peut comprendre une partie de l'enveloppe extérieure 1, s'appuie d'un côté contre la paroi intérieure de cette dernière.
L'enveloppe de cuve 2 peut toutefois aussi être élevée tout à fait librement à l'intérieur du dispositif et avoir, éventuellement, une forme de section transversale ovale ou autre.
Aussi bien l'espace 5 délimité par l'enveloppe 2 que l'espace restant 6 à l'intérieur de l'enveloppe extérieure 1, qui sont représentés vides, c'est à dire sans garniture, pour plus de simplicité, à la fig. 1, sont remplis d'empilages posés sur des grilles 3, 4 et qui sont représentés schématiquement à la fig. 2 par des hachures; les empilages de l'espace 6 sont indiqués à la fig. 1 seulement par le contour supérieur 7.
Au milieu de la coupole, l'amenée du gaz chaud provenant du haut-fourneau pour le récupérateur se fait par le tuyau 8 qui peut être obturé par des vannes 9, 10. L'amenée de l'air nécessaire pour la combustion se fait par l'intermédiaire d'une vanne 11 par le tuyau 12 qui débouohe dans un canal annulaire 13 entourant complètement la ma-
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çonnerie 1 de l'enveloppe. Cette dernière est entourée, avec un certain intervalle par une enveloppe 14 en tôle de fer ou en une matière analogue de sorte que l'air de combustion peut s'élever du canal annulaire 13 dans cet intervalle jusqu'à la coupole où il pénètre,par un canal 15 dans la chambre de la coupole, et fournit au gaz de haut-fourneau l'oxygène nécessaire pour la combustion.
Par suite de cette cheminée d'air en'forme d'enveloppe autour de la maçonnerie 1, on réduit d'une part considérablement le rayonnement de chaleur vers l'extérieur pendant la période de gaz, et, d'autre part, on réchauffe l'air de combustion, ce qui s'est montré avantageux pour la combustion.
La flamme passe de la chambre de coupole à travers les empilages ou le remplissage analogue de l'espace 2 vers le bas et cède ainsi sa chaleur. Les gaz brûlés passent à travers la grille 3 et se rendent dans la cheminée par un ou plusieurs canaux de sortie et la vanne des gaz brûlés 16.
Le chauffage du récupérateur dure jusqu'à ce que le tiers supérieur de la garniture d'empilages chauffée directement dans la chambre de flamme .6 ait été chauffé à la température nécessaire, par exemple au-delà de 1000 C. En même temps, les empilages, dans la chambre de compensation plus petite 5, qui est entourée partiellement par les empilages de la chambre 6, sont échauffés également indirectement. Leur température est toutefois inférieure à celle de la chambre 6.
Après l'obtention de cet état, on produit l'inversion du dispositif pour le passage du vent c'est à dire que, comme c'est l'habitude jusqu'à présent, l'amenée de gaz est arrêtée par fermeture des vannes 9 et 10 et qu'également la vanne 16 des gaz brûlés est fermée et ensuite on refoule du vent froid à travers le dispositif. Ce dernier entre par un ou plusieurs orifices d'admission 17 en-dessous de
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la grille 3, s'élève à travers les canaux de la garniture d'empilages dans l'espace 6, s'yéchauffe et s'écoule de nouveau vers le bas à partir de la coupole, comme vent chaud dans la cuve 5. Le vent chaud quitte le récupérateur par un tuyau lE, raccordé en un point approprié au-dessus ou en-dessous de la grille 4 et qui peut être fermé par une vanne 19.
Le vent chaud possède à la sortie de la garniture d'empilages de la chambre 6 la même température ou approximativement la même température que ceux-ci. Mais, comme la garniture d'empilages de la chambre 5 a une température plus basse, le vent chaud s'écoulant vers le bas cède de la chaleur aux empilages de la chambre de compensation 5, chaleur qui s'accumule dans ceux-ci. Il se produit donc dans cette partie du récupérateur, au commencement de la période de vent, une nouvelle augmentation de température, jusqu'à ce que les empilages dans les deux chambres 5, et 6 présentent approximativement la même température. A partir de cet instant, les empilages de la chambre 5 viennent en. aide à la cession de chaleur des empilages de la chambre 6 au vent chaud.
De cette manière, la température de l'air chaud s'écoulant vers le haut-fourneau peut être maintenue uniforme, tout au moins entre des limites tellement étroites que des influences nuisibles pour la marche du haut-fourneau ne se produisent plus.
La fig. 3 représente un brûleur pouvant être employé avec avantage pour la meilleure répartition du gaz oombus- tible et de la chaleur. Avant l'entrée de gaz dans la coupole, on a placé ici une chambre de mélange 20 dans laquelle le gaz de haut-fourneau est amené par le oanal 21 et l'air de combustion par deux ou plusieurs canaux 22 de préférence uniformément répartis. Le mélange gazeux s'écoule de cette chambre par des canaux 23 dirigés obliquement vers l'extérieur, qui peuvent également être en répartition uniforme
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et en plus grand nombre, par exemple au nombre de quatre, jusque dans la chambre de la coupole. Ce brûleur peut éga- lement être inséré dans la coupole de façon interchangeable.
Il est toutefois possible également d'employer d'autres brû- leurs connus en eux-mêmes qui peuvent être disposés dans la coupole à poste fixe ou de façon interchangeable.
L'introduction des gaz de chauffage peut toutefois se faire également latéralement en-dessous de la coupole par le fait qu'ils sont introduits par exemple à la partie su- périeure de la chambre 5 qui, dans ce cas, n'est pourvue d'empilages que jusqu'aux environs du point d'entrée du gaz.
. Les gaz de combustion peuvent alors se développer comme dans les récupérateurs connus à cuve de combustion spéciale, dans la partie supérieure de la chambre 5. Ils se renversant alors dans la coupole et s'échappent de la manière décrite par les canaux de la chambre d'accumulation 6. Les empila- ges de cette chambre 6 peuvent, éventuellement, être main- tenus plus bas que dans la réalisation normale.
La présente invention peut s'appliquer également direc- tement à des récupérateurs existants déjà comportant une cuve de combustion. Il est seulement nécessaire, à cet effet, de modifier le passage du gaz et du vent et de rem- plir la cuve de combustion, vide jusqu'à présent, au moyen d'un empilage approprié,sans qu'il en résulte des dépenses considé- rables. Eventuellement, à la place de l'empilage, on peut employer également d'autres matières de remplissage connues en elles-mêmes.
Suivant les différentes circonstances, la tubulure de départ 18 et également la grille 4 peuvent être prévues à une hauteur quelconque de la chambre de compensation 5 vu que la hauteur de la sortie de l'air se détermine par la température du vent chaud dans les différentes zônes ou couches en hauteur de la chambre de compensation 5,
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température que le vent doit oonserver à la sortie. Dans le cas de récupérateurs ayant la hauteur usuelle de 30 mètres environ, la tubulure de sortie 18, peut, par exemple, se trouver à environ 8-10 mètres au-dessus du fond.
La disposition peut, éventuellement, aussi être telle que la prise du vent chaud de la chambre 5 soit possible à différentes hauteurs. A cet effet, on peut disposer sur sa face extérieure un tuyau vertical qui est en communication par deux ou plusieurs branchements avec l'intérieur de la chambre 5, chaque branchement pouvant être fermé par une vanne. De cette manière, suivant la température nécessaire, le vent chaud peut être extrait du bas ou plus loin vers le haut.
La maçonnerie d'empilages de la chambre 6 et, éventuellement, aussi celle de la chambre de compensation 5 peut se faire comme c'est connu à la manière des récupérateurs à plusieurs zônes, dans laquelle, pour plus d'économie au point de vue de la technique thermique, - des sections différentes en hauteur peuvent être réalisées avec des ouvertures de passage de grandeurs différentes et des parois de pierre d'épaisseurs différentes.
Comme on l'a déjà mentionné, on peut réaliser également un remplissage complet ou partiel de la chambre d'accumulation 6.et, éventuellement, aussi de la chambre d'accumulation 5 au moyen d'un autre déversement de corps de remplissage connus en eux-mêmes:
La présente invention apporte en résumé les avantages suivants :
L'accumulateur de chaleur supplémentaire dans la chambre 5 égalise les variations de température du vent chaud sortant de l'accumulateur usuel 6 au cours de la période de vent. La température du vent chaud disponible pour le haut-fourneau est alors, contrairement à ce qui se produit en cas d'emploi de régulateurs de température de cons-
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truction mécanique dans les récupérateurs connus, au niveau de la température moyenne du vent chaud.
La période de vent du récupérateur peut être prolongée, pour un même poids d'empilages, dans la mesure où la chute de température du vent dans l'accumulateur 6 est compensée par l'accumulateur de chaleur supplémentaire 5. La chambre d'empilages chauffée 6 peut ainsi être utilisée plus complètement pour l'échange de chaleur que ce n'était le cas jusqu'à présent.
Les pointes de température, au commencement des périodes de vent, avec leur influence nuisible sur la solidité des registres à vent chaud, disparaissent et l'on peut employer, par conséquent, des registres de vent chaud en matière réfractaire ou résistant à la chaleur, par exemple en hématite, avec un refroidissement simplifié, éventuellement avec simplement deux bagues à refroidissement d'eau et une languette non refroidie. Les espaces morts de la cuve de combustion actuellement employée et de la coupole disparaissent complètement ou partiellement et le récupérateur, suivant la présente invention, peut, en outre, être équivalent en dimensions extérieures, pour un même débit, aux récupérateurs actuels.
En outre, la sollicitation thermique de la coupole n'est plus aussi grande qu'en cas d'emploi d'une cuve de combustion où toute la chaleur qui s'élève glisse le long de la coupole, car il se produit seulement essentiellement une sollicitation par chaleur rayonnante, en particulier lorsque le brûleur s'avance un peu dans la coupole. Un autre avantage consiste également en la possibilité d'application de l'invention a des récupérateurs existants à cuve de combustion, sans dépense importante de main d'oeuvre et d'argent.
Par le guidage particulier de l'air de combustion, les pertes de refroidissement au cours de la période de gaz sont, en outre, diminuées sensiblement. Les frais de cons-
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truotion totaux sont seulement plus élevés que ceux de la construction actuelle dans une mesure insignifiante vu que la dépense supplémentaire est déjà plus que compensée par la disparition des frais d'acquisition et d'exploitation de régulateurs mécaniques.
RESUMA -----------
1. Récupérateur de haut-fourneau, caractérisé par une chambre d'accumulation chauffée directement, garnie d'empilages de pierres réfraotaires, et par une chambre d'accumu- lation non chauffée ou chauffée seulement indirectement, également pourvue d'empilages, servant à la compensation de la température et à travers laquelle on fait passer, après l'achèvement de la période de chauffage, le vent chauffé dans la chambre d'accumulation chauffée directement.
2. Récupérateur de haut-fourneau suivant 1, caractéri- sé en ce que la chambre d'accumulation servant de compensateur de température est entourée totalement ou partiellement par la chambre d'accumulation chauffée directement et est en communication avec celle-ci dans la coupole.
3. Récupérateur de haut-fourneau suivant 1, caractérisé en ce que la chambre d'accumulation servant de compensateur de température est élevée en forme de cuve à l'intérieur de la maçonnerie d'enveloppe et est pourvue d'un empilage et/ou d'un autre remplissage d'accumulation.
4. Récupérateur de haut-fourneau'suivant 1, caractérisé en ce que l'amenée de vent froid se fait dans la partie inférieure de la chambre d'accumulation chauffée directement et l'éacuation du vent chaud se fait dans la partie inférieure,de la chambre d'aocumulation servant de compensateur de température.
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