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Publication number: BE520531A
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Description

PROCEDE DE COMBUSTION ET FOUR POUR LA MISE EN OEUVRE DE CE PROCEDE.

La présente invention se rapporte à un procède de combustion applicable aux fours Martin et analogues, chauffés aux combustibles riches c'est-à-dire les combustibles à pouvoir calorifique élevé tels que les gaz de cokerie, les gaz naturels, méthane (CH4) ou autres, et tels que le naphte utilisés individuellement ou mélangés en toutes proportions convenables.

L'invention concerne également les têtes de four dont les caractéristiques constructives sont adaptées au procédé ci-dessus.

La combustion d'un combustible consiste en une réaction chimique entre le combustible et l'air de combustion Le dégagement de la chaleur dépend naturellement du pouvoir calorifique du combustible utilisé et de 1 inti- mité du mélange formé entre les particules de combustible et l'air de combustion. C'est dans cet ordre d'idées que l'on atomise couramment le combustible, opération qui revient à subdiviser celui-ci en particules très fines pour favoriser la formation d'un mélange intime entre les particules de combustible et d'air.

La présente invention permet de satisfaire ces conditions grâce au procédé et aux têtes de four qu'elle comporte.

Dans les fours Martin usuels destinés à la production de l'acier et chauffés au gaz de cokerie, aux gaz naturels ou au naphte, c'est-à-dire avec un combustible,.riche, tout l'air de combustion est introduit dans des conduits qui sont issus de la chambre à scories et dont au moins la partie supérieure est verticale., l'introduction du combustible étant effectuée dans une chambre de combustion disposée à. l'extrémité de la chambre de travail du four. Le combustible est introduit dans cette chambre de combustion par un brûleur approprié. La voûte de la chambre de combustion est généralement plus ou moins inclinée et ses parois sont conformées pour défléchir convenablement la flamme dans la chambre de travail du four.

Dans les fours usuels, le mélange entre les particules d'air ét de combustible est incomplet et il n'est pas possible de modifier les caractéristiques de la flamme par un réglage des proportions des diverses portions dont l'air de combustion est constitue.

Dans le procédé selon l'invention appliqué aux fours Martin et fours analogues,on mélange au préalable dans une chambre de mélange. Le combustible avec une partie de l'air de combustion préchauffé (air primaire), puis on introduit ce mélange dans une chambre de combustion disposée à 1' intérieur des têtes du four,, on provoque un choc du jet du mélange-1 combustible - air primaire (sortant de la chambre de mélange et entrant dans la
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chambre de combustionp avec un courant d'air f?e::ônd ùrELP:éch9.ufré,et;5.'acouJ.1ant au dessus du dit jeu, ce courant étant légèrement incliné vers le jet, de sorte qu'une partie de l'air secondaire peut être utilisée pour pousser la flamme vers le bas contre le métal fondu et pour écarter la flamme de la voûte, de façon à créer une couche protectrice pour la voûte.

Suivant une autre caractéristique , des moyens sont prévus pour régler le débit et la vitesse de l'air primaire et/ou secondaire et pour modifier les caractéristiques de la flamme.

Grâce à cette disposition, on obtient les résultats suivants: a)- par suite de la formation en deux étapes du mélange aircombustible. Le mélange final. des particules de combustible et d'air est pratiquement complet.. car le premier mélange entre le combustible et l'air primaire provoque une réduction de la densité du combustible, de sorte que le mélange suivant formé entre le premier mélange et l'air secondaire est complet et se fait facilement.

La combustion a ainsi un rendement optimum., ce qui permet une utilisation maximum des calories tirées dit combustible; b) - comme on peut régler le débit et la vitesse de l'air secondaire par rapport aux mêmes caractéristiques de l'air primaire, les caractéristiques de la flamme peuvent être réglées en toute circonstance; c)- la combustion se fait complètement à l'intérieur de la chambre de travail du four et ne se fait jamais dans les conduits d'échappement; d) - comme on peut régler les caractéristiques de l'air primaire et de l'air secondaire.. et comme l'air secondaire arrive au-dessus de la bouche de la chambre ou se forme le mélange de combustible et d'air primaire,. on peut charger la direction de la flamme et régler également les caractéristiques de la flamme., comme il a été déjà dit.

Le four selon l'invention est également caractérisé en ce que les conduits d'air secondaire, la chambre de mélange et le conduit d' air primaire sont remplaçables.

D'autres caractéristiques et avantages du procédé et du four selon l'invention ressortiront d'ailleurs de la description qui va suivre d'une forme d'exécution choisie à titre d'exemple en référence au dessin annexé, dans lequel:
La fig. 1 est une vue partielle en coupe longitudinale d'une des extrémités de la chambre de travail;
La fig. 2 est une vue en coupe transversale verticale,;
La fig. 3 est une vue en coupe suivant la ligne brisée III-III de la fig. 1;
La fig. 4 est une vue générale en plan du four.

Dans le mode de réalisation représenté, l'air primaire, préalablement chauffé dans une chambre appropriée de réchauffage, monte dans un carneau 1, qui est issu de la voûte d'une chambre à scories 2 raccordée à la chambre de réchauffage 3. L'air primaire entre dans une chambre de mélange

4 où le gaz de combustion et/ou le naphte sont injectes au moyen d'un brûleur approprié 5, légèrement incliné vers la chambre de travail 6.

Sur le cote de droite (fig.l) de la chambre 4. le combustible et l'air primaire se mélange tandis que de l'autre côté se produit une pré- combustion du combustible.

L'air secondaire, préalablement chauffé dans une autre chambre de réchauffage 7 montre dans deux carneaux 8 issus de la voûte d'une chambre à scories 9 raccordée à la chambre 7 et conduisant au carneau 10 qui s'étend avec une direction inclinée vers la chambre de travail 6. Le carneau 10 est conformé de façon à amener le jet d'air secondaire au-dessus du passage du mé- lange air primaire-combustible dans la chambre de combustion 11.

L'air secondaire et le mélange air primaire. combustible se ren- contrent à l'intérieur de la chambre de combustion 11. La flamme traverse là chambre de travail 6 quivant toute la longueur de celle-ci et les produits de la combustion s'échappent par l'autre extrémité du four et chauffent les deux chambres à scories puis deux chambres de récupération. Les produits de combus- tion d'échappent enfin vers la cheminée par les soupapes d'inversion 12.

Il en est ainsi quand le sens d'écoulement du gaz va d'une extrémité du four à l'autre. Ce sens est renversé de temps en temps au moyen des soupapes 12.

La division de l'air de combustion en air primaire et air secondaire est obtenue au moyen de soupapes appropriées 13,14 disposées dans les parties dérivées d'une bifurcation du tuyau menant l'air pulsé par le ventilateur vers les soupapes d'inversion 12 qui précèdent les chambres de récupération. On peut ainsi amener l'air pulsé dans une des deux chambres de récupération et de l'air extérieur dans l'autre.

Dans tous les cas, on peut toujours partager l'air de combustion en air primaire et en air secondaire, avec la proportion qui convient le mieux au processus de combustion en vue de remplir toutes les conditions qui donnent au four les meilleurs résultats thermiques.

La chambre 4 dans laquelle se forme le mélange air primaire combustible ainsi que les deux carneaux 9 parcourus par l'air secondaire, et le carneau 10 qui amène l'air secondaire dans le four, peuvent être remplacés si besoin et, par exemple lorsque le revêtement réfractaire est usé.

Dans chaque carneau, ce revêtement est fixé par un châssis métallique, de sorte qu'on peut facilement manipuler les parties de remplacement au moyen d'une grue.

La chambre 4 portée par le carneau fixe 1 est fixée contre la paroi de la tète de la chambre de travail par deux fers profilés 16 et des tirants d'ancrage 17. Les deux carneaux 8 et 10 sont fixés au four par deux fers profilés 18 et des tirants 19.

Il se produit ainsi un premier mélange air primaire-combustible avant 1' entrée dans la chambre de travail du four. Le mélange qui sort de la chambre 4 est frappé par le jet d'air secondaire qui s'écoule dans une zone supérieure à l'entrée de la chambre de combustion 11. On obtient ainsi un mélange complet air-combustible et il se produit dans ce mélange une turbulence qui favorise le contact entre les deux phases réagissant l'une sur l'autre, ce qui accrolt, dans une certaine mesure. la vitesse de combustion.

Le procédé de combustion se trouve ainsi amélioré et on atteint rapidement la température nécessaire pour une fusion rapide de la charge, de sorte que les conditions qui rendent le four parfait au point de vue des résultats thermiques sont obtenues et on peut ainsi accroître la production horaire et économique du combsutible.

On peut toujours diviser 1'air de combustion en air primaire et air secondaireen agissant sur les soupapes de régulstion 1.3; 14 dispo-

sées à la bifurcation du tuyau 15 qui amènent l'air pulsé du ventilateur aux deux soupapes d'inversion 12 précédant les chambres de récupération. On péut toutefois régler à volonté les caractéristiques de la flamme suivant les conditions de travail du four.

Comme la chambre de mélange pour l'air primaire et le combustible ainsi que la partie supérieure verticale des carneaux pour l'air secondaire et le conduit menant cet air à l'intérieur du four, sont tous remplaçables, le revêtement réfractaire de ces parties peut avoir une épaisseur limitée et être constitué par des matériaux réfractaires peu coûteux (briques de silice ou mortier silicieux). alors que les têtes des fours usuels chauffés aux gaz riches et/ou naphte sont généralement briquetées avec des briques chromo-magnésite beaucoup plus chères.

La possibilité de remplacer facilement les carneaux offre ainsi l'avantage que ces carneaux peuvent conserver leur secti n et leur forme pendant toute la campagne du four, ce qui assure la régularité de la flamme et une plus longue durée du briquetage de la chambre de travail.

Le four qui vient d'être décrit présente notamment les avantages suivants par rapport aux fours usuels chauffés aux gaz riches et/ou naphte : a) - combustion complète et excellente dans la chambre de travail; b) - rendement plus élevé; c) - consommation en poids réduite de combustible; d) - briquetage de la chambre de travail de durée accrue;
Outre ces avantages. on peut remplacer les carneaux décrits et il n'est pas nécessaire de prévoir un refroidissement des têtes de la chambre de travail par des tuyaux de circulation d'eau.

On peut néanmoins refroidir les parois de la tête de la chambre de travail en regard de la zone du mélange air primaire-combusti- ble. On peut également briqueter ces parois avec des briques chrome-magnési- te, encore que les parois elles-mêmes puissent être facilement réparées de l'extérieure après démontage des carneaux. -
Bien entendu l'invention n'est pas limitée à la forme d'exécution décrite et représentée mais embrasse au contraire toute variante dans la réalisation de ses divers éléments et'dans ses applications.

Claims

REVENDICATIONS. l) Procédé de combustion pour fours Martin et analogues chauffés aux combustibles riches à pouvoir calorifique élevé, caractérisé par le fait que on mélange graduellement le combustible avec des parties successives de l'air de combustion, l'alimentation graduelle de l'air étant faite dans des chambres séparées; 2) Procédé suivant la revendication 1, caractérisé par le fait qu'on mélange au préalable le combustible avec une partie pré-chauffée de 1' air de combustion, on introduit ce mélange dans une chambre de combustion disposée à l'extrémité de la chambre de travail, on provoque un choc du jet du mélange air primaire-combustible sortant de la chambre de mélange et entrant dans la chambre de combustion, avec un courant d'air secondaire préchauffé .

3) Procédé suivant les revendications 1 et 2. carcatérisé par le fait que l'air secondaire de combustion s'écoule au-dessus du jet sortant de la. chambre de combustion et dessous de la voûte du four.

4) Procédé suivant les revendications 1 à 3, caractérisé par le fait que les caractéristiques de .débit et de vitesse de l'air primaire et de l'air secondaire sont réglées séparément. EMI4.1

5) Four Martin ou 8logu'" ccur la 't$'3 9" ""3'lvre du procédé <Desc/Clms Page number 5> suivant les revendications 1-4, caractérisé par le fait que-le four comporte une chambre de mélange, un carneau pour conduire l'air primaire de combustion dans la dite chambre,, une chambre de combustion succédant à 'la dite chambre de mélange et communiquant avec la chambre de travail du four, un autre carneau amenant l'air secondaire de combustion dans la dite chambre de travail.. L'extrémité d' échappement de ce carneau étant placé au-dessus de l'orifice de la chambre de combustion et dirigé vers la chambre de travail du. four.

6) Four Martin suivant la revendication 5, caractérisé par le fait que les axes des moyens qui conduisent le combustible dans la chambre de mélange et du carneau qui conduit l'air secondaire dans le four sont tous deux inclinés vers la chambre de travail du four, l'axe du dit carneau pour l'air secondaire étant plus incliné que les dits moyens.

7) Four Martin suivant les revendications 5-6, caractérisé par le fait que la voûte du conduit d'air secondaire est disposée dans le prolongement de la voûte du four.

8) Four Martin suivant les revendications 5-7, caractérisé par le fait que les moyens de réglage du débit et de la vitesse de l'air primaire et secondaire sont disposés dans un conduit d'air pulsé qui mène à des soupapesd'inversion précédant les chamBR@S de récupération.

9) Four Martin suivant les revendications 5-8, caractérisé par le fait que les carneaux de l'air secondaire de combustion., la chambre de mélange et le carneau d'air primaire sont montés de façon à pouvoir être remplacés contre le corps du four.

10) Four Martin suivant les revendications 5-7, caractérisé par le fait que la chambre de mélange, la partie supérieure des carneaux d'air secondaire de combustion et le conduit de cet air qui débouche dans la cham- bre de combustion sont garnis de réfractaire à faible épaisseur et en matériaux même acides.