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"Perfectionnements aux installations de hauts-fourneaux". Priorité des demandes de brevet aux Etats-Unis d'Amérique déposées les
La présente invention est relative aux hauts-fourneaux et aux dispositifs auxiliaires de hauts-fourneaux destinés à fonction- ner sous des pressions supérieures à la pression atmosphérique.
On a déjà proposé de conduire les hauts-fourneaux à une pres- sion moyenne (dans la cheminée) comprise entre 0,35 kg/cm2 et 7 kg/cm2 environ, c'est-à-dire au-dessus de la pression atmosphé- rique normale de 1,03 kg/cm2. Mais, lorsqu'on a tenté de mettre en oeuvre ces procédés en utilisant les hauts-fourneaux existants et l'appareillage auxiliaire,) ueuel, en prévoyant seulement des souffleries de plus grand débit, on s'est immédiatement aperçu
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de la nécessité d'y apporter des modifications et des perfec- , tionnements.
C'est ainsi qu'il est difficile .de maintenir la pression vou- lue pendant que l'on charge la cuve du haut-fourneau avec du mi- nerai, du fondant et du coke, par l'intermédiaire des cloches de chargement ; d'autre part, lorsqu'on évacue en continu les gaz de cheminée, on constate que les cloches et trémies de charge- ment, même neuves, s'usent rapidement, et n'assurent bientôt voulue plus d'étanchéité/aux gaz du haut-fourneau ; lorsqu'on ouvre la cloche de chargement supérieure du haut-fourneau, il se dégage d'abondants nuages de poussière et de fumée ;
cas où le joint hydraulique du laveur humide usuellement utilisé pour le dépous- à siérage des gaz du haut-fourneau vient/être expulsé, par exemple à la suite d'une chute de la charge dans la cuve du haut-fourneau, il se produit dans le four une chute de pression brusque et impor- tante. Or, les changements brusques de pression troublent le fonctionnement du haut-fourneau, et les conséquences de ces per- turbations ne prennent pas nécessairement fin lors du rétablis- sement de la pression correcte.
L'installation objet de l'invention surmonte ces inconvénients accompagnant le fonctionnement des hauts-fourneaux aux pressions supérieures à la pression atmosphérique, et il comprend les ca- ractéristiques suivantes : a) il comprend des moyens assurant une atmosphère de gaz purs (dépoussiérés) dans la trémie de chargement entre les clo- une ches supérieure et inférieure, sous/pression voisine de celle régnant dans le haut de la cuve du haut-fourneau, en combinaison avec des moyens permettant de supprimer cette pression gazeuse à certaines périodes synchronisées automatiquement avec les ou- vertures et les fermetures des cloches de chargement;
b) un dispositif assurant un joint étanche et durable entre la trémie de chargement et la cloche inférieure pendant tout le temps que la pression régnant entre les cloches est réduite, au
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cours du chargement de la trémie; c) un dispositif automatique à action rapide pour maintenir et éventuellement rétablir le joint hydraulique d'un laveur hu- mide associé au haut-fourneau et à sa trémie de chargement.
Chacune de ces caractéristiques peut être avantageusement utilisée séparément; néanmoins, ainsi qu'il apparattra de la suite de la description, la combinaison des trois caractéristiques pro- cure des avantages considérables.
Sur le dessin annexé, les caractéristiques de l'invention dont représentées de façon semi-schématique: - la fig.l montre la disposition générale de l'installation, la partie du haut-fourneau située en dessous du sommet étant omise pour plus de clarté; - la fig. 2 montre, en plus grand détail, une partie de la partie supérieure du haut-fourneau, comprenant la trémie et la cloche de chargement; - la fig.3 montre une partie de la trémie et de la cloche de chargement, et fait apparattre un joint d'étanchéité de forme nouvelle; -les fig.4,5 et 6 montrent des détails du joint représenté sur la fig.3; - la fig.7 est un détail de l'extrémité supérieure du haut- fourneau et fait apparattre un dispositif destiné à maintenir les surfaces de joint entre la trémie et la cloche en état de propreté ;
enfin, - les fig.8,9 et 10 montrent des variantes du dispositif re- présenté sur la fig.7.
L'installation représentée sur les fig.l et 2 comprend un haut-fourneau 10 équipé d'un système de chargement 11 à double cloche, des conduites montantes 12 d'évacuation des gaz, d'une ,soupape de purge 13 des gaz impurs, intercalée dans l'une des conduites d'évacuation 12, d'une conduite de descente 14 communi- quant avec les conduites 12, d'un dépoussiéreur à sec 15 relié à
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la conduite de descente 14, et d'un'laveur de gaz 16 relié au dé- puùssiéreur 15, l'orifice de sortie du laveur étant étranglé.
Une conduite 17 à gaz propre monte à partir de la partie su-," périeure du laveur 16 jusqu'à un niveau supérieur à celui du four et est munie d'un obturateur 18 pour le prélèvement des gaz propres. Un branchement 19 relie la conduite à gaz propre 17 à la chambre 20 formée par la trémie de chargement 21, la cloche supérieure 22 et la cloche inférieure 23 du système de chargement 11. Le branchement 19 est muni d'un obturateur 24 permettant de régler l'écoulement des gaz propres passant parce dernier. La chambre 20 de la cloche est munie d'une tuyauterie de purge 25 pourvue d'un obturateur 26.
Les obturateurs de purge 13 et 18 de la conduite montante 12 et de la conduite à gaz pro/pres 17 peuvent être actionnés contre de la pression gazeuse régnant dans l'appareil, en manoeuvrant de haut en bas les bras les plus longs 27 et 28 de leviers, dont les bras les plus courts portent des contrepoids.
Une conduite 29 est reliée à l'une des conduites montantes 12 ( ou à tout autre emplacement convenable près de la partie supérieure du four) et aboutit en un point commode à un niveau inférieur de la partie supérieure du four, où elle se divise en deux branches. L'une de celles-ci (30) conduit au diaphragme 31 d'un obturateur de régulation 32 qui commande le débit d'écoule- ment d'un fluide moteur, provenant d'un réservoir 33, vers un cy- lindre 34 muni d'un piston 35 fixé par un câble 36 au bras de le- vier 28 de l'obturateur de purge 18 des gaz purs.
L'autre branche 37 conduit de même au diaphragme 38 d'un obturateur régulateur 39 qui commande l'écoulement d'un fluide provenant d'un réservoir 40 vers un cylindre 41 muni d'un piston 42 fixé par un câble 43 au bras de levier 27 de l'obturateur de purge 13 des gaz chargés d'impuretés.
Les diaphragmes de régulation 31 et 38 sont réglés de manière à être actionnés pour divers niveaux de pression régnant dans la
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tuyauterie 29, le diaphragme 31 étant réglé de telle sorte qu' il actionne les obturateurs 32 et le cylindre 34 et piston 35 associés, de manière à ouvrir l'obturateur 18 de purge des gaz propres lorsque la pression dans la conduite 29 ( par exemple une pression de 0,91 kg/cm2) est inférieure à celle (1,27 kg/cm2 par exemple) pour laquelle le réglage du diaphragme 38 a été effectué. Le diaphragme 38 actionne l'obturateur 39 et le cylindre 41 et piston 42 qui lui sont associés, de manière à ouvrir l'ob- turateur de purge 13 des gaz impurs.
Ainsi, les accroissements brusques, mais modérés, de pression dans la partie supérieure du haut-fourneau, tels que ceux provoqués, par exemple, par les glissements, les roulements ou les chutes des charges ou accro- chages, d'importance moyenne, sont dissipés par la mise à l'air libre des gaz propres sans souiller l'atmosphère extérieure, et seuls les rares glissements, les roulements ou les chutes impor- tants, entraînent la mise à l'air libre, par mesure de sécurité, des gaz sales ou puussiéreux au sommet du haut-fourneau.
Les obturateurs 24 et 26 commandant le débit gazeux respecti- vement dans la conduite de branchement 19 des gaz purs et dans la conduite de purge 25 sont actionnés automatiquement dans un ordre déterminé à l'avance par la manoeuvre des cloches 22 et 23 du système de chargement 11. Comme on l'a représenté, plua particulièrement sur la fig. 2, un câble de commande 46 est atta- ché à un câble indicateur des descentes de la charge d'un type courant 44, muni d'un contrepoids 45 placé dans le haut-four- neau, le câble de commande 46 étant enroulé autour de poulies 47 et 48 respectivement clavetées sur les arbres des obturateurs 24 et 26. Un contrepoids 49 est fixé à l'autre extrémité du câ- ble de commande 46.
Les obturateurs 24 et 26 sont agencés de telle sorte que le déplacement du câble de commande 46, dans un sens ou dans l'autre, ouvre l'un des obturateurs et ferme l'au- tre. De la manière usuelle, les déplacements du câble 44 indica- teur des descentes de la charge, sont synchronisés avec les dé-
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placements des cloches de chargement 22 et 23, et par ltintermé- diaire de la liaison du câble de commande 46 avec le câble indi- cateur 44; le fonctionnement des obturateurs 24 et 26 est égalem ment synchronisé avec le mouvement des cloches de chargement.
Le fonctionnements de l'appareil de chargement que l'on vient de décrire est le suivant : en supposant que le haut-four- neau fonctionne en surpression, l'obturateur à gaz propres 24 est fermé, l'obturateur de purge 26 est ouvert, et le contrepoids 45 du câble de la tige indicatrice de descente de la charge est au repos sur le plan de la charge du haut-fourneau. Si, dans ces conditions, on désire charger celui-ci, on introduit une cer- taine quantité de la charge voulue dans la trémie 11 au-dessus de la petite cloche 22, on abaisse celle-ci, et la charge tombe dans la chambre 20 sur la grande cloche inférieure 23 ; ces opérations ont lieu sous la pression atmosphérique puisque l'obturateur de purge 26 est ouvert. On répète cette manoeuvre jusqu'à ce que l'on ait accumulé la quantité de matière voulue dans la chambre 20.
Ensuite, on élève la cloche supérieure ou petite cloche 22 ( de manière à la fermer) et on déplace le câ- ble 44 de la tige indicatrice du niveau des charges pour soulever son poids 45 jusqu'au dôme du haut-fourneau et pour fermer en même temps l'obturateur de purge 26 et ouvrir l'obturateur de gaz purs 24, remplissant ainsi la chambre de gaz purs sensiblement à la pression régnant dans le haut-fourneau.
On abaisse ensuite la grande cloche inférieure 23 pour provoquer la chute de la charge dans le haut-fourneau, puis on la relève à sa position de f ermeture. On déplace alors le cble 44 de manière à abaisser son poids 45 et à fermer simultanément l'obturateur à gaz pro- pres 24, tout en ouvrant l'obturateur de purge 26, ce qui a pour résultat d'évacuer les gaz purs par la conduite 25 jusqu'à ce que la pression dans la chambre de trémie 20 redevienne éga- le à la pression atmosphérique.
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Grâce aux moyens que l'on a décrits ci-dessus, il devient possible de charger un haut-fourneau, même lorsqu'il se trouve sous une surpression très notable, sans encourir de pertes sensi- bles en gaz haute pression et sans souiller l'atmosphère exté- rieure en dégageant des poussières abondantes par la trémie de chargement.
Il faut prévoir d'autres moyens, comprenant un obturateur d'étrangelemnt 50 prévu dans la conduite de sortie des gaz 51 du laveur de gaz 16, pour maintenir la surpression voulue dans le système; pour assurer le fonctionnement prolongé du haut- fourneau, il faut, en outre, prévoir d'autres dispositifs que l'on va décrire plus loin.
Lorsqu'on conduit un haut-fourneau sous une pression notable- ment supérieure à la pression atmosphérique, le problème posé par l'étanchéité, consistant à éviter toute fuite de gaz entre la cloche inférieure 23 et la trémie 11 ou à travers la trémie, est difficile à résoudre. Il est difficile, en effet, d'éssembler entre eux les parties d'une trémie classique, en plusieurs pièces d'une façon assez étanche pour empêcher toute fuite de gaz entre les parties de la'trémie; il faut, par suite, utiliser une tré- mie en une seule pièce.
Il est difficile, d'autre part, de main- tenir une portée assez étanche entre la périphérie de la cloche inférieure 23 et le rebord de joint de la trémie 11 pour éviter toute fuite de gaz entre ces deux surfaces; or, aux hautes pres- sions envisagées, le moindre espace de fuite est vite agrandi sous l'influence de l'usure produite par l'écoulement des gaz sous pression élevée et chargés de matières abrasives. Il est utile de prévoir des surfaces de siège eu de joint en alliages résistant à l'usure, du genre utilisé, par exemple, dans les soupapes à va- peur ou à gaz de combustion; néanmoins, il est désirable de pren- dre d'autres garanties encore ; à l'invention, on prévoit à cet effet les-moyens que l'on va maintenant décrire.
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On améliore le joint entre la cloche et la trémie, conformé- ment à l'invention, grâce à une pièce en matière flexible, élas- tique, résistant à la chaleur, de forme tubulaire de préférence, montée entre les surfaces de joint de la grande cloche inférieure 23 et la trémie 11. De préférence, on fait circuler à travers ce tube une substance de refroidissement, de manière à le gonfler et à améliorer le joint, tout en lui évitant une destruction rapide sous l'effet de la haute température ; ce tube (ou pièce d'au- tre forme) est monté de telle sorte qu'il soit;protégé des con- tacts destructeurs avec le$ matières chargées dans le haut-four- neau par la trémie.
Les fig. de 3 à 6 montrent plus particulièrement un tube flexible élastique composite 52,53,54 disposé au bord inférieur de la trémie 11 où il s'engage contre la périphérie de la cloche de chargement inférieure 23. Le tube flexible 52, de préférence en "élastomère" ( caoutchouc naturel ou synthétique), est logé dans un tuyau souple 53 résistant à la chaleur et dans une chemise 54. Le tube 52 peut être en caoutchouc, le tuyau 53 en amiante, et la chemise 54 en poly-tétrafluoréthylène.
En deux points rapprochés l'un de l'autre sur le tube flexi- ble 52 sont fixés un raccord 55 d'admission et un raccord identi- que d'évacuation pour le liquide. Un bloc ( non représenté), de préférence en matière poreuse ou perforé, est placé dans le tu- be 52 pour assurer l'écoulement du liquide autour du tube sur toute la longueur de celui-ci. Ce bloc poreux ou perforé permet- tra un débit faible, mais efficace ; fluide suivant le court trajet séparant les raccords d'entrée et de sortie, pour refoi- dir cete partie du tube.
Le maintien, le support et la protection du tube composite 52,53,54 sont assurés en prévoyant au bord inférieur de la tré- mie 11 un rebord 56 comportant un évidement annulaire. Le re- bord évidé 56 comporte¯des nervures 57 réparties le long du re- bord, faisant corps avec lui, et des ouvertures 58 communiquant
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avec ledit évidement à intervalles réguliers. On ménage dans le rebord 56 deux ouvertures 59 semblables pour permettre le monta- ge des raccords d'entrée et de sortie 55.
Une série de blocs 60 rainurés à leur face inférieure et dis- posés à la manière de segments d'anneau autour de la trémie 11 sont disposés dans la chemise 54. Une seconde série, supérieure, de blocs 61 disposés de même à la manière des segments d'un an- neau, mais à l'extérieur de la chemise 54,coopèrent avec les blocs 60 pour maintenir en place la chemise 54. De préférence, les joints entre les blocs supérieurs 61 sont décalés par rap- port à ceux des blocs inférieurs 60. Les blocs supérieurs et inférieures 60 et 61 sont assemblés au moyen de courtes vis 62 à tête fraisée vissées uniquement dans les blocs inférieurs 60 ; et les blocs sont boulonnés sur le rebord 56 à travers les ou- vertures 58 ménagées dans celui-ci. Les raccords d'entrée et de sortie 55 contribuent aussi à la fixation des blocs au rebord 56.
De l'eau froide entre par le raccord 55 d'entrée et sort par le raccord 55 de sortie par l'intermédiaire de tuyauteries 63 qui traversent la paroi du haut-fourneau grâce à un ou plusieurs presse-étoupe 64. Cette eau peut être, par exemple, sous une pression de 0,7 kg/cm.
A la place des moyens d'étanchéité décrits ci-dessus en se référant aux fig. 3 à 6, ou, mieux encore, en plus de ces moyens, on peut, conformément à l'invention, établir un courant, un ri- deau ou une nappe de gaz relativement frais, par exemple à 37,8 ,que l'on envoie dans le four suivant une direction géné- rale descendante, cette nappe balayant les extrémités inférieures de la cloche inférieure 23 et de la trémie 11 au voisinage de leurs surfaces de rencontre, puis s'en écartant, de manière à refroidir ces surfaces et à empêcher dans une grande mesure les poussières de passer entre elles.
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Les fig. 7 à 10 représentent un dispositif permettant d'é- tablir cette nappe de gaz frais. On voit sur la fig.7 que le bord inférieur de la trémie 11 est muni d'un rebord 65, dont la surface inférieure fait un angle très aigu avec la surface oppo- sée dela cloche inférieure 23 et est percée d'une série d'ouver- tures axiales 66, régulièrement réparties et débouchant à coté de la surface de la trémie 11 en contact avec la cloche. Une tuyauterie 67 monte à partir de chaque ouverture 66 et sort par le d8me du haut-fourneau où elle est reliée à une source de gaz froid sous pression, par exemple à une soufflerie ( non re- présentée) alimentée en gaz provenant du laveur de gaz 16.
Le dispositif de la fig. 8 est une variante de la fig.7, et comprend un déflecteur ou bouclier cylindrique en tôle entourant les tuyaux 65 et la trémie 11 pour les protéger de la chaleur dégagée par la charge du haut-fourneau, et une chambre 69 for- mant collecteur d'admission desservant les ouvertures 66. Le col- lecteur 69 améliore l'uniformité de la répartition du gaz et di- , minue le nombre de tuyaux 67 d'injection de gaz qu'il est néces- saire de prévoir.
Le dispositif des fig.9 et 10 montre une autre variante de celui des fig. 7 et 8; le déflecteur 68 y est plus important et est placé à une plus grande distance de la trémie 11 pour délimi- ter une chambre 70 plus grande, servant de colle cteur du gaz de refroidissement, en permettant ainsi de supprimer les tuyaux 67 et le-collecteur 69 des fig. 7 et 8; une autre modification con- siste en ce que la série d'ouvertures 66 y est remplacée par un orifice 71 unique s'étendant tout autour de la trémie 11. L'ori- fice annulaire unique 71 livre passage à une nappe continue de gaz froid.
Dans ce qui précède, on a décrit les caractéristiques de l'in- vention destinées à résoudre les problèmes qui se posent pour le chargement d'un haut-fourneau sous pression,et pour le maintien d'une bonne étanchéité dans la zone de chargement.
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Ce problème d'étanchéité se pose encore à propos d'un autre point de l'installation du haut-fourneau, à savoir le joint hy- draulique de gaz 16.
Les gaz de hauts-fourneaux sont habituellement envoyés dans des dépoussiéreurs à sec, puis dans un laveur de gaz. Le laveur de gaz usuel comprend le plus souvent une colonne verticale mu- nie à son extrémité inférieure d'une trémie contenant de l'eau, d'un orifice d'admission au-dessus du niveau d'eau pour l'entrée des gaz, venant du dépoussiéreur à sec, d'un dispositif permet- tant de projeter une pluie d'eau sur le courant ascendant des gaz, et d'une conduite sortant par le haut de la colonne et par laquelle les gaz nettoyés s'échappent.
Il importe de maintenir le liquide dans la trémie au fond du laveur à un niveau sensible- ment constant ; effet, si ce niveau vient à monter jusqu'à l'orifice d'entrée des gaz, l'entrée de ceux-ci est gênée, tan- dis que s'il tombe trop bas, les gaz peuvent s'échapper à travers la trémie, ou bien il peut se produire des reniées d'air qui vient de mélanger aux gaz.
Dans le cas d'un haut-fourneau fonctionnant aux pressions usuelles, dépassant une pression de 0,14 à 0,21 kg/cm2 environ dans le haut-fourneau au-dessus de la ligne de charge, on n'éprou. ve aucune difficulté particulière pour maintenir la surface du liquide dans la trémie à un niveau à peu près constant. Par con- tre, lorsque le haut-fourneau fonctionne sous une pression éle- vée, supérieure à 0,35 kg/cm2 environ, il devient beaucoup plus nécessaire de disposer d'un moyen de réglage plus complet de ce niveau.
En effet, les volumes de gaz à manutentionner sont plus grands et les quantités d'eau requises sont plus importantes en conséquence. Les accroissements brusques de volume des gaz quittant le four, et qui peuvent être provoqués par des "glis- sements" ou "roulements" de la charge dans le four, augmentent encore la difficulté éprouvée pour maintenir un niveau liquide
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constant dans la trémie du laveur: Ces augmentations brusques de pression peuvent expulser assez d'eau hors du laveur pour permet- tre à l'air d'entrer et de se mélanger avec le gaz, en donnant naissance à un mélange dangereux. Il peut y avoir également des fuites de gaz hors du laveur, dangereuses pour le personnel.
Quoi qu'il en soit, on perd du temps à arrêter le haut-fourneau et à refaire le plein d'eau dans la trémie.
La présente invention permet le lavage de volumes de gaz plus importants à une pression plus élevée, et d'assurer la présence constante d'un bon joint empêchant toute rentrée d'air, en dépit des glissements ou roulements éventuels de la charge dans le haut-fourneau. Conformément à l'invention, le niveau de liquide est maintenu automatiquement à une valeur sensiblement constante dans le laveur, et les surpressions brusques des gaz sont automa- tiquement déchargées par un évent de sécurité qui est, lui aussi, commandé automatiquement par le dispositif de maintien du niveau liquide.
L'installation comprend essentiellement un laveur pour haut- fourneau, une conduite de trop-plein, une conduite d'évacuation de sécurité, et un dispositif de commande à flotteur pour mainte- nir le niveau de liquide dans le laveur sensiblement constant.
Comme le montre plus particulièrement la fig.l, le laveur lui-même est de forme classique, et comprend un cylindre pourvu d'un orifice d'entrée des gaz impurs près du fond, d'un orifice de sortie des gaz lavés près du sommet, d'un dispositif d'arro- sage intérieur (non représenté) pour projeter une pluie d'eau de haut en bas à travers le courant de gaz ascendant, et d'une t ré- mie pleine d'eau à la partie inférieure du cylindre.
La trémie 72 comporte un tuyau de sortie 73 muni d'une sou- pape 74 à son extrémité inférieure. Cette soupape peut être ma- noeuvrée à la main au moyen d'un câble 75 ; lorsqu'elle est ouver- te, elle évacue l'eau et les matières solides dans un raccord d'égoût 76.
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Une conduite de trop-plein 77 monte à partir du tuyau d'éva- cuation 73 jusqu'au niveau désiré de l'eau dans le laveur 16, et débouche dans un raccord d'égoût 78. Un obturateur 79, inter- calé dans la conduite de trop-plein 77, porte un levier 80 par l'intermédiaire duquel il peut être actionné par les moyens que l'on va décrite un peu plus loin.
Un tuyau d'évacuation de sécurité 81, incliné vers le haut, part de la trémie, à un niveau supérieur à celui du tuyau d'éva- cuation 73, puis redescend pour déboucher dans un raccord d'égoût 82. L'extrémité inférieure du tuyau d'évacuation de sûreté est commandée par un obturateur 83, actionné de la manière décrite plus loin.
Un commutateur 84 à commande par flotteur est disposé près du laveur au niveau voulu de la masse d'eau dans le laveur 16.
Le commutateur 84 comprend un bottier 85 communiquant par des tu- bes 86 et 87 respectivement, d'une part avec la trémie 72 au-des- sus du niveau d'entrée de la tuyauterie d'évacuation 73 et, d'au- tre part, avec le cylindre laveur bien au-dessus du niveau nor- mal du liquide dans celui-ci. Le bottier 85 est également relié à une canalisation 88, qui se raccorde à son tour à une canalisa- tion 89 fournissant de l'eau d'appoint au laveur. La canalisation 88 porte un obturateur 90 qui règle l'écoulement d'eau dans le bottier 85 par la canalisation $9.
Dans le bottier 85 se trouve un flotteur courant porté à l'ex- trémité d'un bras dont l'autre extrémité est fixée à un axe d'ar- ticulation 91, articulé dans les parois du bottier 85. La disposi- tion de ce dernier est telle que lorsque le niveau d'eau dans le laveur 16 est à la hauteur voulue, le bras du flotteur est hori- zontal. L'axe 91 porte un bras dont l'extrémité de gauche 92 in- dique visuellement la position du bras du flotteur et dont l'ex- trémité de droite 84 joue le rôle d'un bras de commutateur pou- vant brancher une source 93 d'énergie électrique à trois plots différents 94,95 et 96.
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Le plot inférieur 94 est relié à un solénotde 97 qui commande un obturateur 98, qui commande à son tour le débit d'écoulement d'un fluide sous pression provenant d'une source 99 par un tuyau 100 vers un cylindre à piston 101 actionnant l'obturateur 83 de la conduite d'évacuation de sécurité 81,
Les plats intermédiaires 95 et supérieur 96 sont respective- ment reliés aux moteurs de poussoirs 102 et 103 actionnant l'ob- turateur 79 prévu dans la conduite de trop-plein 77. Ces pous- soirs peuvent présenter de nombreuses formes bien connues ; préférence, chacun comprend un cylindre et un piston actionné par un fluide pompé par une pompe centrifuge entraînée par un mo- teur électrique.
Lors du fonctionnement, l'obturateur 74 du tuyau d'évacua- tion 73 et l'obturateur 83 de l'orifice d'évacuation de sécurité 81 sont fermés et l'obturateur 79 de la conduite de trop-plein 77 est réglé de telle sorte que le débit normal du trop-plein de l'eau soit à peu près égal au débit de l'eau pénétrant dans le laveur, le niveau d'eau dans le laveur étant sensiblement aligné avec le bras indicateur 92 du commutateur 84. La quantité de matières solides dans la trémie 72 est variable et provoque des variations du débit de trop-plein de l'eau par la conduite 77, et le niveau d'eau dans le laveur tendra à varier aussi.
Lorsqu'il se produit de telles fluctuations du niveau d'eau, le bras de commutateur 84 établit et rompt le contact avec le plot central 95, rapidement et à intervalles fréquents. A chaque éta- blissement de contact, l'obturateur de trop-plein 80 est plus largement ouvert par le poussoir 102. Lorsque le niveau baisse, le bras 84 rompt le contabt, et le poussoir 102 retombe sous son propre poids à sa position première, en ramenant ainsi l'ob- turateur de trop-plein 80 à sa position primitive. Ces commuta- tions ont pour effet de maintenir le niveau d'eau pratiquement constant, lorsque les conditions opératoires du haut,-fourneau sont normales et stables.
S'il se produit un affaissement, tel qu'un glissement ou un roulement dans la charge du haut-fourneau,
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il y a une brusque surpression de gaz dans le laveur, et le dé- bit du trop-plein augmente de sorte que le niveau d'eau dans le laveur tombe rapidement ; bras commutateur 84 établit alors le contact avec le plot supérieur 96, en actionnant le poussoir 103 et en fermant sensiblement l'obturateur de trop-plein 80. Lorsque le contact avec le plot supérieur 96 est interrompu, le pous- soir 103 retombe par son propre poids dans sa position initiale.
Si le niveau d'eau dans le laveur s'élève beaucoup au-dessus de la hauteur voulue, par exemple par suite d'une obstruction partielle de la trémie ou de la conduite de trop-plein, le bras de commutateur 84 établit le contact avec le plot inférieur 94, en actionnant par suite le solénolde 97, en ouvrant l'obturateur 98 et en ouvrant l'obturateur de sécurité 83.
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"Improvements to blast furnace installations". Priority of patent applications in the United States of America filed on
The present invention relates to blast furnaces and to blast furnace ancillary devices intended to operate at pressures greater than atmospheric pressure.
It has already been proposed to operate blast furnaces at an average pressure (in the chimney) of between approximately 0.35 kg / cm2 and 7 kg / cm2, that is to say above the atmospheric pressure. - normal risk of 1.03 kg / cm2. But, when an attempt was made to carry out these processes using existing blast furnaces and auxiliary equipment,) ueuel, by providing only blowers with a higher flow rate, we immediately realized
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of the need for modifications and improvements.
Thus it is difficult to maintain the desired pressure while charging the blast furnace vessel with ore, flux and coke through the charging bells; on the other hand, when the flue gases are continuously evacuated, it is observed that the bells and loading hoppers, even new, wear out quickly, and soon no longer provide the desired gas-tightness of the blast furnace ; when the upper charging bell of the blast furnace is opened, heavy clouds of dust and smoke emerge;
In the event that the hydraulic seal of the wet scrubber usually used for removing gases from the blast furnace comes / is expelled, for example as a result of a drop in the load in the blast furnace tank, it occurs a sudden and severe pressure drop in the oven. However, sudden changes in pressure disturb the operation of the blast furnace, and the consequences of these disturbances do not necessarily end when the correct pressure is restored.
The installation object of the invention overcomes these drawbacks accompanying the operation of blast furnaces at pressures above atmospheric pressure, and it comprises the following characteristics: a) it comprises means ensuring an atmosphere of pure (dust-free) gases in the loading hopper between the upper and lower bells, under / pressure close to that prevailing in the top of the blast furnace vessel, in combination with means making it possible to remove this gas pressure at certain periods synchronized automatically with the opening and closing of the loading bells;
b) a device ensuring a tight and durable seal between the loading hopper and the lower bell while the pressure existing between the bells is reduced, at
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loading of the hopper; c) a fast-acting automatic device for maintaining and possibly re-establishing the hydraulic seal of a wet washer associated with the blast furnace and its loading hopper.
Each of these characteristics can advantageously be used separately; however, as will become apparent from the remainder of the description, the combination of the three characteristics provides considerable advantages.
In the appended drawing, the characteristics of the invention are shown semi-schematically: - fig.l shows the general arrangement of the installation, the part of the blast furnace located below the top being omitted for greater clarity ; - fig. 2 shows, in greater detail, part of the upper part of the blast furnace, comprising the hopper and the loading bell; - Fig.3 shows part of the hopper and the loading bell, and shows a new seal; -the fig.4,5 and 6 show details of the seal shown in fig.3; - Fig.7 is a detail of the upper end of the blast furnace and shows a device for keeping the joint surfaces between the hopper and the bell in a clean state;
finally, - fig.8,9 and 10 show variants of the device shown in fig.7.
The installation shown in fig.l and 2 comprises a blast furnace 10 equipped with a loading system 11 with double bell, risers 12 for evacuating the gases, a purge valve 13 for impure gases , interposed in one of the evacuation pipes 12, of a down pipe 14 communicating with the pipes 12, of a dry dust collector 15 connected to
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the descent pipe 14, and a gas washer 16 connected to the purifier 15, the outlet of the washer being constricted.
A clean gas line 17 rises from the upper part of the scrubber 16 to a level above that of the oven and is provided with a shutter 18 for taking off the clean gases. A branch 19 connects the outlet. clean gas pipe 17 to the chamber 20 formed by the loading hopper 21, the upper bell 22 and the lower bell 23 of the loading system 11. The connection 19 is provided with a shutter 24 making it possible to regulate the flow of gases clean passing because last .. The chamber 20 of the bell is provided with a purge pipe 25 provided with a shutter 26.
The purge plugs 13 and 18 of the riser pipe 12 and of the gas pipe pro / pres 17 can be actuated against the gas pressure prevailing in the apparatus, by maneuvering up and down the longer arms 27 and 28 levers, the shorter arms of which carry counterweights.
A duct 29 is connected to one of the risers 12 (or other suitable location near the top of the furnace) and terminates at a convenient point at a lower level of the top of the furnace, where it divides into two branches. One of these (30) leads to the diaphragm 31 of a regulating shutter 32 which controls the flow rate of a working fluid, coming from a reservoir 33, towards a cylinder 34 provided with a piston 35 fixed by a cable 36 to the lever arm 28 of the purge shutter 18 of the pure gases.
The other branch 37 similarly leads to the diaphragm 38 of a regulating shutter 39 which controls the flow of a fluid from a reservoir 40 to a cylinder 41 provided with a piston 42 fixed by a cable 43 to the control arm. lever 27 of the gas purge valve 13 loaded with impurities.
The regulating diaphragms 31 and 38 are adjusted so as to be actuated for various pressure levels prevailing in the
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piping 29, the diaphragm 31 being adjusted so that it actuates the shutters 32 and the cylinder 34 and piston 35 associated, so as to open the shutter 18 for purging clean gases when the pressure in the pipe 29 (for example a pressure of 0.91 kg / cm2) is lower than that (1.27 kg / cm2 for example) for which the adjustment of the diaphragm 38 has been carried out. The diaphragm 38 actuates the shutter 39 and the cylinder 41 and piston 42 which are associated with it, so as to open the purge shutter 13 of the impure gases.
Thus, sudden but moderate increases in pressure in the upper part of the blast furnace, such as those caused, for example, by slipping, rolling or falling loads or hang-ups, of medium importance, are dissipated by the venting of clean gases without contaminating the external atmosphere, and only the rare slips, bearings or significant falls, cause the gases to be vented, as a safety measure dirty or puussiéreux at the top of the blast furnace.
The shutters 24 and 26 controlling the gas flow respectively in the connection pipe 19 of the pure gases and in the purge pipe 25 are actuated automatically in an order determined in advance by the operation of the bells 22 and 23 of the system. loading 11. As has been shown, particularly in FIG. 2, a control cable 46 is attached to a cable indicating the descent of the load of a common type 44, provided with a counterweight 45 placed in the blast furnace, the control cable 46 being wound around pulleys 47 and 48 respectively keyed on the shafts of the shutters 24 and 26. A counterweight 49 is fixed to the other end of the control cable 46.
The shutters 24 and 26 are arranged such that the movement of the control cable 46, in one direction or the other, opens one of the shutters and closes the other. In the usual way, the movements of the cable 44 indicating the descent of the load are synchronized with the de-
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placement of charging bells 22 and 23, and through the connection of the control cable 46 with the indicator cable 44; the operation of the shutters 24 and 26 is also synchronized with the movement of the loading bells.
The operation of the charging apparatus which has just been described is as follows: assuming that the blast furnace operates under overpressure, the clean gas shutter 24 is closed, the purge shutter 26 is open. , and the counterweight 45 of the load lowering indicator rod cable is at rest on the blast furnace load plane. If, under these conditions, it is desired to charge the latter, a certain quantity of the desired charge is introduced into the hopper 11 above the small bell 22, the latter is lowered, and the charge falls into the chamber. 20 on the large lower bell 23; these operations take place under atmospheric pressure since the purge shutter 26 is open. This maneuver is repeated until the desired quantity of material has been accumulated in chamber 20.
Then the upper bell or small bell 22 is raised (so as to close it) and the cable 44 of the load level indicator rod is moved to lift its weight 45 up to the dome of the blast furnace and to close. at the same time the purge shutter 26 and open the pure gas shutter 24, thus filling the chamber with pure gases substantially at the pressure prevailing in the blast furnace.
The large lower bell 23 is then lowered to cause the load to drop in the blast furnace, then it is raised to its closed position. The cable 44 is then moved so as to lower its weight 45 and simultaneously close the clean gas shutter 24, while opening the purge shutter 26, which has the result of evacuating the pure gases through the outlet. line 25 until the pressure in the hopper chamber 20 returns to atmospheric pressure.
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Thanks to the means described above, it becomes possible to charge a blast furnace, even when it is under a very significant excess pressure, without incurring appreciable losses of high pressure gas and without soiling the gas. outside atmosphere by releasing abundant dust from the loading hopper.
Other means must be provided, comprising a throttle shutter 50 provided in the gas outlet pipe 51 of the gas scrubber 16, to maintain the desired overpressure in the system; to ensure the prolonged operation of the blast furnace, it is also necessary to provide other devices which will be described below.
When operating a blast furnace under a pressure appreciably higher than atmospheric pressure, the problem posed by sealing, consisting in preventing any gas leakage between the lower bell 23 and the hopper 11 or through the hopper, is difficult to resolve. It is difficult, in fact, to essembler between them the parts of a conventional hopper, in several parts in a sufficiently sealed manner to prevent any gas leakage between the parts of the hopper; it is therefore necessary to use a one-piece hopper.
On the other hand, it is difficult to maintain a fairly tight bearing between the periphery of the lower bell 23 and the seal rim of the hopper 11 to prevent any gas leak between these two surfaces; however, at the high pressures envisaged, the smallest leakage space is quickly enlarged under the influence of wear produced by the flow of gases under high pressure and loaded with abrasive materials. It is useful to provide seating surfaces of wear resistant alloys of the kind used, for example, in steam or combustion gas valves; nevertheless, it is desirable to take still other guarantees; the invention provides for this purpose the means which will now be described.
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The seal between the bell and the hopper is improved, according to the invention, by virtue of a part made of flexible, elastic, heat-resistant material, preferably of tubular shape, mounted between the seal surfaces of the hopper. large lower bell 23 and the hopper 11. Preferably, a cooling substance is circulated through this tube, so as to inflate it and improve the seal, while preventing it from being destroyed rapidly under the effect of the high temperature. ; this tube (or part of another form) is mounted in such a way that it is protected from destructive contact with the material loaded into the blast furnace through the hopper.
Figs. from 3 to 6 show more particularly a composite elastic flexible tube 52,53,54 disposed at the lower edge of the hopper 11 where it engages against the periphery of the lower loading bell 23. The flexible tube 52, preferably in " elastomer "(natural or synthetic rubber), is housed in a flexible heat-resistant pipe 53 and in a jacket 54. The tube 52 can be rubber, the pipe 53 of asbestos, and the jacket 54 of poly-tetrafluoroethylene.
At two points close to each other on the flexible tube 52 are fixed an inlet connector 55 and an identical outlet connector for the liquid. A block (not shown), preferably of porous or perforated material, is placed in the tube 52 to ensure the flow of liquid around the tube over the entire length thereof. This porous or perforated block will allow a low, but efficient flow; fluid following the short path separating the inlet and outlet fittings, to refool this part of the tube.
The maintenance, the support and the protection of the composite tube 52, 53, 54 are ensured by providing at the lower edge of the hopper 11 a flange 56 comprising an annular recess. The hollowed-out flange 56 comprises ribs 57 distributed along the flange, forming one body with it, and openings 58 communicating
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with said recess at regular intervals. Two similar openings 59 are provided in the rim 56 to allow the fitting of the inlet and outlet fittings 55.
A series of blocks 60 grooved on their lower face and arranged in the manner of ring segments around the hopper 11 are arranged in the sleeve 54. A second, upper series of blocks 61 arranged in the same manner in the manner of the segments of a ring, but on the outside of the liner 54, cooperate with the blocks 60 to hold the liner 54 in place. Preferably, the joints between the upper blocks 61 are offset from those of the. lower blocks 60. The upper and lower blocks 60 and 61 are assembled by means of short countersunk screws 62 screwed only into the lower blocks 60; and the blocks are bolted to the flange 56 through the openings 58 formed therein. The inlet and outlet fittings 55 also assist in securing the blocks to the flange 56.
Cold water enters via the inlet fitting 55 and leaves via the outlet fitting 55 via pipes 63 which pass through the wall of the blast furnace by means of one or more glands 64. This water can be , for example, under a pressure of 0.7 kg / cm.
Instead of the sealing means described above with reference to fig. 3 to 6, or better still, in addition to these means, it is possible, according to the invention, to establish a relatively cool current, curtain or sheet of gas, for example at 37.8, than the this sheet is sent into the furnace in a general downward direction, this sheet sweeping the lower ends of the lower bell 23 and of the hopper 11 in the vicinity of their meeting surfaces, then moving away from them, so as to cool these surfaces and in preventing dust from passing between them to a great extent.
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Figs. 7 to 10 show a device making it possible to establish this sheet of fresh gas. It can be seen in fig. 7 that the lower edge of the hopper 11 is provided with a flange 65, the lower surface of which forms a very acute angle with the opposite surface of the lower bell 23 and is pierced with a series of 'Axial openings 66, regularly distributed and opening next to the surface of the hopper 11 in contact with the bell. A pipe 67 rises from each opening 66 and leaves through the d8me of the blast furnace where it is connected to a source of cold pressurized gas, for example to a blower (not shown) supplied with gas coming from the washer. gas 16.
The device of FIG. 8 is a variant of fig. 7, and comprises a deflector or cylindrical shield in sheet metal surrounding the pipes 65 and the hopper 11 to protect them from the heat given off by the charge of the blast furnace, and a chamber 69 forming a collector inlet serving the openings 66. The manifold 69 improves the uniformity of the distribution of the gas and reduces the number of gas injection pipes 67 that it is necessary to provide.
The device of fig.9 and 10 shows another variant of that of figs. 7 and 8; the deflector 68 is larger there and is placed at a greater distance from the hopper 11 to delimit a larger chamber 70, serving as a glue for the cooling gas, thus making it possible to eliminate the pipes 67 and the manifold 69 of fig. 7 and 8; a further modification is that the series of openings 66 is replaced there by a single orifice 71 extending all around the hopper 11. The single annular orifice 71 provides passage to a continuous web of cold gas. .
In the foregoing, we have described the characteristics of the invention intended to solve the problems which arise for charging a blast furnace under pressure, and for maintaining a good seal in the charging zone. .
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This sealing problem also arises in connection with another point of the blast furnace installation, namely the gas hydraulic seal 16.
Blast furnace gases are usually sent to dry dust collectors and then to a gas scrubber. The usual gas scrubber generally comprises a vertical column fitted at its lower end with a hopper containing water, an inlet orifice above the water level for the gas inlet. , coming from the dry dust collector, a device for projecting a rain of water on the upward flow of gases, and a pipe exiting from the top of the column and through which the cleaned gases escape.
It is important to keep the liquid in the hopper at the bottom of the washer at a substantially constant level; Indeed, if this level rises up to the gas inlet, the entry of the latter is obstructed, while if it falls too low, the gases can escape through the hopper, or there may be air leaks which has just mixed with the gases.
In the case of a blast furnace operating at the usual pressures, exceeding a pressure of approximately 0.14 to 0.21 kg / cm2 in the blast furnace above the load line, one does not test. There is no particular difficulty in maintaining the surface of the liquid in the hopper at an approximately constant level. On the other hand, when the blast furnace operates under a high pressure, greater than approximately 0.35 kg / cm2, it becomes much more necessary to have a more complete means of regulating this level.
Indeed, the volumes of gas to be handled are greater and the quantities of water required are consequently greater. Sudden increases in the volume of gases leaving the furnace, and which can be caused by "slips" or "rolls" of the charge in the furnace, further increase the difficulty experienced in maintaining a liquid level.
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constant in washer hopper: These sudden increases in pressure can force enough water out of the washer to allow air to enter and mix with the gas, creating a hazardous mixture. There may also be gas leaks out of the washer, dangerous for personnel.
In any event, time is wasted in stopping the blast furnace and refilling the water in the hopper.
The present invention allows the washing of larger volumes of gas at a higher pressure, and to ensure the constant presence of a good seal preventing any re-entry of air, despite any slipping or rolling of the load in the top. -furnace. In accordance with the invention, the liquid level is automatically maintained at a substantially constant value in the scrubber, and the sudden overpressures of the gases are automatically discharged by a safety vent which is also automatically controlled by the device. maintaining the liquid level.
The plant essentially comprises a blast furnace washer, an overflow line, a safety drain line, and a float controller to keep the liquid level in the washer substantially constant.
As shown more particularly in fig. 1, the scrubber itself is of conventional shape, and comprises a cylinder provided with an inlet port for impure gases near the bottom, an outlet port for the washed gases near the bottom. top, an internal sprinkler device (not shown) for projecting a rain of water from top to bottom through the ascending gas stream, and a t rm full of water to the part lower cylinder.
The hopper 72 has an outlet pipe 73 provided with a valve 74 at its lower end. This valve can be operated by hand by means of a cable 75; when open, it drains water and solids into a sewer connection 76.
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An overflow line 77 rises from the waste pipe 73 to the desired level of water in the washer 16, and opens into a sewer connection 78. A shutter 79, interposed in the overflow pipe 77 carries a lever 80 by means of which it can be actuated by the means which will be described a little further on.
A safety drain pipe 81, inclined upwards, starts from the hopper, at a level higher than that of the drain pipe 73, then goes down again to emerge in a sewer connection 82. The lower end of the safety discharge pipe is controlled by a shutter 83, actuated in the manner described later.
A float operated switch 84 is disposed near the scrubber at the desired level of the body of water in scrubber 16.
The switch 84 comprises a casing 85 communicating by tubes 86 and 87 respectively, on the one hand with the hopper 72 above the inlet level of the discharge pipe 73 and, on the other hand. hand, with the washing cylinder well above the normal level of the liquid in it. The casing 85 is also connected to a pipe 88, which in turn connects to a pipe 89 supplying makeup water to the washer. Line 88 carries a shutter 90 which regulates the flow of water into housing 85 through line $ 9.
In the housing 85 is a running float carried at the end of an arm, the other end of which is fixed to a hinge pin 91, articulated in the walls of the housing 85. The arrangement of the latter is such that when the water level in the washer 16 is at the desired height, the float arm is horizontal. The axis 91 carries an arm whose left end 92 visually indicates the position of the float arm and whose right end 84 acts as a switch arm that can connect a source 93. of electrical energy with three different pads 94.95 and 96.
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The lower stud 94 is connected to a solenoid 97 which controls a shutter 98, which in turn controls the flow rate of a pressurized fluid from a source 99 through a pipe 100 to a piston cylinder 101 actuating the valve. 'shutter 83 of the safety evacuation pipe 81,
The intermediate plates 95 and upper 96 are respectively connected to the push-button motors 102 and 103 actuating the shutter 79 provided in the overflow pipe 77. These push-buttons can have many well-known shapes; preferably, each comprises a cylinder and a piston actuated by a fluid pumped by a centrifugal pump driven by an electric motor.
In operation, the shutter 74 of the discharge pipe 73 and the shutter 83 of the safety discharge port 81 are closed and the shutter 79 of the overflow pipe 77 is set as such. so that the normal flow rate of the overflow water is approximately equal to the flow rate of the water entering the washer, the water level in the washer being substantially aligned with the indicator arm 92 of switch 84. The The amount of solids in hopper 72 is variable and causes variations in the overflow rate of water through line 77, and the water level in the washer will tend to vary as well.
When such fluctuations in water level occur, switch arm 84 makes and breaks contact with center pad 95 quickly and at frequent intervals. At each establishment of contact, the overflow shutter 80 is more widely opened by the pusher 102. When the level drops, the arm 84 breaks the contact, and the pusher 102 falls back under its own weight to its original position. , thereby returning the overflow shutter 80 to its original position. These switches have the effect of keeping the water level practically constant when the operating conditions of the upper furnace are normal and stable.
If sagging, such as slipping or rolling in the blast furnace load occurs,
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there is a sudden overpressure of gas in the scrubber, and the flow rate of the overflow increases so that the water level in the scrubber drops rapidly; switch arm 84 then establishes contact with the upper stud 96, by actuating the push-button 103 and by substantially closing the overflow shutter 80. When contact with the upper stud 96 is interrupted, the push-button 103 drops again by its own weight in its initial position.
If the water level in the washer rises much above the desired height, for example due to a partial obstruction of the hopper or the overflow line, switch arm 84 makes contact. with the lower stud 94, then actuating the solenoid 97, opening the shutter 98 and opening the safety shutter 83.