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KO-WE NIEDERSCHACHTOFEN-GESELLSCHAFT, m.b.H., résidant à BAD GODESBERG (Allemagne) .
SYSTEME COMBINE DE FOUR A CUVE ET DE FOYER.
La présente invention se rapporte- à des systèmes combinés de four à cuve (par exemple haut-fourneau, four à cuve bas, générateur à cou- lée) avec un foyer (par exemple chaudière à vapeur, chaudière chauffée par des gaz brûlés, four industriel, brûleur à gaz), qui, outre une capacité de production accrue, présentent également, comme avantages techniques, .la pos- sibilité de l'obtention de produits de valeur élevée, tels que des métaux (par exemple du fer), l'utilisation de charbon à teneur élevée en cendres et à bas point de fusion des cendres, et la suppression de travaux avec des ringards.
L'invention consiste essentiellement en ce qu'on utilise, comme installation de chauffage pour le foyer, un four à cuve (par exemple haut- fourneau, four à cuve bas, générateur à coulée), relié, directement à celui- ci et servant en même temps à l'obtention de métal (par exemple de fer).
Il est décrit ci-après plusieurs exemples de réalisation du sys- tème combiné faisant l'objet de l'invention et des procédés pour l'utilisa- tion de ce système combiné.
Le premier exemple de réalisation est constitué par une combi- naison d'un genre particulier d'un générateur à coulée de métal avec une chaudière à vapeur et présente les caractéristiques suivantes, séparément ou en combinaison;
1. Le générateur à coulée possède une section transversale hori- zontale rectangulaire.11 est réuni par construction à la chaudière de ma- nière à constituer avec celle-ci un seul tout, de telle sorte qu'il possède une paroi en commun avec la chambre de combustion de la chaudière. Le géné- rateur s'étend normalement sur toute la largeur de la paroi de la chaudière.
2.Les tuyères de soufflage pour l'air de combustion sont dispo- sées suivant une rangée horizontale sur le côté du générateur éloigné de la chaudière.
3.Le diamètre de l'ouvrage du générateur, c'est-à-dire la dis- tance de l'orifice des tuyères par rapport à la paroi opposée, est un peu su-
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périeur à la profondeur de pénétration de l'air soufflé. 11 est compris en général entre 1 m et 1,5 m.
4' On insuffle de l'air de combustion préalablement chauffé. Le chauffage préalable est avantageusement d'autant plus fort que la teneur du charbon en cendres est plus élevée.
5. On fait normalement fonctionner les générateurs à coulée avec insufflation de vapeur d'eau, pour utiliser la chaleur en excédent provenant de la formation de CO par décomposition de vapeur d'eau et pour obtenir, avec une couche de charbon relativement peu épaisse, une température aussi basse que possible du gaz du gueulard.
On renonce volontairement, et avec des avan- tages, à ce mode d'utilisation de la chaleur en excédent provenant de l'opé- ration de gazéification, dans la présente combinaison.La décomposition de la vapeur d'eau est liéeà la perte élevée d'énergie de la chaleur de vapori- sation de l'eau, qui, rapportée à l'équation stoechiométrique de la réaction, s'élève à peu près à 25 % de la quantité de chaleur employée (voir les équa- tions suivantes:)
C + H2O ( à l'état de vapeur d'eau) = CO + H2O- 31,6 Kcal
C + H2O ( à l'état liquide) = CO + H2 - 41,6 Kcal.
Pour cette raison, il est fondamentalement plus juste d'utiliser, comme tel- le, la chaleur dégagée par la gazéification de charbon avec de l'oxygène ou de l'air, et c'est l'un des grands avantages du procédé combiné mentionné de permettre l'utilisation directe de la chaleur de gazéification. La chaleur dégagée par la gazéification est contenue pour la plus petite partie dans la scorie fluide et, pour la plus grande partie, dans les gaz montant dans la cuve du générateur. Dans le générateur à coulée travaillant en combinaison avec une chaudière, on peut utiliser les deux quantités de chaleur, d'une ma- nière simple et directe, pour le chauffage de la chaudière.
En ce qui concerne la chaleur contenue dans les gaz, ceci a lieu par le fait que l'on maintient la couche de charbon aussi peu épaisse que ce- la est nécessaire dans l'intérêt d'une transformation complète de l'oxygène en CO2 et de l'acide carbonique en CO.La hauteur de la couche de charbon au- dessus du niveau des tuyères n'est ainsi la plupart du temps pas supérieure à 2 m environ. Le gaz, quittant cette couche de charbon après l'avoir traver- sée, a une température élevée et est insufflé, avec cette température, direc- tement dans la chambre de combustion de la chaudière, où il brûle, avec l'air de combustion, également préalablement chauffé, avec une flamme très chaude, de sorte que les capacités de production de la chaudière obtenues par unité de surface de chauffe sont inhabituellement élevées.
6. Pour permettre les températures élevées de sortie du gaz à partir de l'appareil de gazéification, il est avantageux de chauffer préala- blement le charbon avant qu'il pénètre dans la zone de gazéification. 11 est particulièrement avantageux de combiner ce chauffage préalable avec une dis- tillation lente du combustible, pour pouvoir récupérer le bitume comme gou- dron de distillation et pouvoir le vendre comme sous-produit de valeur élevée.
Une chambre de distillation lente et de chauffage préalable est par suite dis- posée en avant de la chambre de gazéification du générateur à coulée. Du gaz produit dans la chambre de gazéification, on dévie un courant partiel et on le fait passer à travers la chambre de distillation lente et de chauffage préalable. Ce courant partiel de gaz de balayage, refroidi à basse tempéra- ture, contient, après avoir quitté le générateur, les vapeurs de goudron. Cel- les-ci sont recueillies de manière connue et le gaz de balayage, enrichi du gaz de distillation lente à pouvoir calorifique élevé, est brûlé dans la cham- bre de combustion de la chaudière.
7. Il faut veiller à ce qu'il ne règne pas de dépression en aucun endroit dans le générateur. On peut régler de façon excellente les conditions de pression dans le système combiné de générateur et de chaudière en ne lais-
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sant pas le gaz de chauffage passer librement de la chambre du générateur dans la chambre de combustion de la chaudière, mais en retenant ce gaz par un dispositif intermédiaire en forme de tuyère. Cette disposition présente l'avantage que le niveau de la pression est relevé dans tout le générateur, de sorte qu'on peut marcher sous pression à travers toute la chambre de dis- tillation lente et qu'on peut, au gueulard, obtenir encore par réglage une surpression désirée quelconque.
Il est avantageux dans certaines circonstan- ces de faire marcher tout le générateur sous une pression un peu accrue, car on peut ainsi augmenter notablement la production par m2 de section transver- sale de la cuve, comme l'on montre des essais au haut-fourneau. L'accroisse- ment de pression dans le générateur par la tuyère de passage présente l'avan- tage additionnel qu'on peut, dans le cas d'une forme de réalisation appro- priée de la tuyère, obtenir un mélange rapide du gaz de chauffage avec l'air de combustion et ainsi une flamme courte et chaude.
8. La hauteur nécessaire de la couche de charbon dans le généra- teur dépend du pouvoir réactionnel du charbon.Il est par suite nécessaire de pouvoir régler la hauteur de la couche de charbon.On peut le faire, par exemple, en disposant, à l'endroit de passage du charbon à partir de la cham- bre de chauffage préalable et de distillation lente dans la chambre de gazéi- fication, un crgane de réglage du genre d'un registre.
9. Un générateur à coulée de métal, travaillant en combinaison avec une chaudière, peut, par la nature propre de cette combinaison, égale- ment être facilement adapté à l'utilisation de charbon collant. Bien que, dans le cas de charbons à teneur élevée en cendres, la propriété d'agglu- tination n'entraîne normalement pas les mêmes difficultés que dans le cas de charbons à faible teneur en cendres, ce fait souligne cependant également le caractère avantageux de la combinaison mentionnée.
En effet, le fait que les gaz, quittant la chambre de gazéification, sont très fortement chauffés, per- met le mode opératoire suivant: les charbons ne sont, dans la chambre de chauffage préalable et de distillation lente, chauffés que jusqu'au-dessous de la température du début d'agglutination et sont, dans cet état, répandus périodiquement en une couche mince sur la surface chaude du charbon dans la chambre de gazéification. Le chauffage, surtout de la zone extérieure des morceaux de charbon,au-delà de la température de cokéfaction, a lieu ici si rapidement que toute agglutination, gênante pour l'opération de gazéifi- cation, est évitéeo
10.
Un point particulier réside, dans le procédé combiné proposé, dans le fait qu'il se forme, au cours de la gazéification de charbon à te- neur élevée en cendres, de grandes quantités de scorie liquideoOn doit fon- damentalement, en traitant la question de la scorie, penser que la scorie, qui est introduite dans le générateur sous forme de cendres, entraîne exac- tement les mêmes frais que le charbon. Surtout à l'état fort chaud, elle constitue une matière qui entraîne des frais élevés. On doit par suite s'ef- forcer de transformer la scorie en produits susceptibles d'être vendus.
Les perspectives d'obtenir de tels produits à base de scorie sont, lorsqu'on les obtient à l'état fluide, beaucoup plus favorables que lorsqu'on obtient la scorie sous forme non homogène, pratiquement non utilisable, comme dans le cas de foyers à grille ou de foyers à combustible pulvérisé, - ou bien ces perspectives existent seulement dans le cas de l'obtention de scorie à l'é- tat fluide. De tels produits à base de scorie, qu'on peut dans certaines cir- constances transformer par des matières d'addition déterminées, sont les bri- ques de scorie, le sable de scorie, la laine de scorie et surtout du ciment.
Il a déjà été constaté à plusieurs reprises que les cendres de charbon ont des propriétés hydrauliques. L'utilisation de ce fait pour l'industrie du ci- ment n'était toutefois possible jusqu'ici que dans une mesure limitée, parce que la composition de ces cendres (qui proviennent surtout des foyers à char- bon pulvérisé) était trop inégale. Dans le générateur à coulée de métal, on obtient un produit complètement homogène à base de scorie, qui peut être transformé, par des additions appropriées, exactement en une matière première pour l'industrie du ciment. Il est en outre possible, par l'addition de quan-
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tités appropriées de chaux au charbon de gazéification, d'obtenir directement un ciment fondu dans le générateur à coulée.
Ce ciment fondu constitue un mo- de d'utilisation de valeur particulièrement élevée de la scorie recueillie, et le produit obtenu constitue un poste bénéficiaire élevé pour le généra- leur. On doit, bien entendu, dans ce mode opératoire, veiller à ce que la température dans l'ouvrage du générateur soit suffisamment élevée pour attein- dre la température d'écoulement libre de la scorie à ciment. Les moyens à em- ployer à cet effet sont le chauffage préalable de l'air et, dans certaines circonstances, l'emploi d'air enrichi en oxygène.
Dans le cas de l'emploi d'o- xygène, il est avantageux, pour maintenir aussi petit que possible la propor- tion de celui-ci, de disposer, au-dessous du niveau des tuyères de soufflage d'air, des tuyères additionnelles par lesquelles on insuffle une faible quan- tité d'oxygène, qui a uniquement pour rôle d'atteindre l'accroissement addi- tionnel de température pour rendre la scorie bien fluide.
11. La quantité de chaleur contenue dans la scorie fluide ne con- stitue qu'une petite fraction du pouvoir calorifique du charbon. Même lors- que la teneur en cendres du charbon est de 25 %, la chaleur contenue dans la scorie atteint à peine 3 % de la chaleur dégagée par la combustion du char- bon. Il peut, il est vrai, dans le cas de teneurs plus élevées des charbons en cendres, être de quelque importance que la scorie soit refroidie dans la chambre de combustion, en un endroit approprié, par un dispositif tenant comp- te de l'obtention continue de scorie.On peut également, de façon particuliè- rement simple, utiliser le refroidissement de la scorie pour le chauffage préalable de l'air.
12. Le fonctionnement de générateurs à coulée de métal avec du charbon comme combustible occasionne des difficultés dans le cas de certains charbons. Ceci est en particulier le cas lorsque le charbon, par le chauffa- ge, se désagrège en un coke fin. Il se produit alors, dans l'ouvrage du géné- rateur, un mélange peu fluide de coke et de cendres, qui conduit à des adhé- rences et qui rend impossible la coulée de la scorie.Dans de tels cas, il a été reconnu qu'un moyen excellent d'assurer un fonctionnement du four exempt de dérangements consiste à mélanger du minerai de fer au charbon de gazéification.
L'oxyde de fer dissous dans la scorie réagit avec les fines particules de charbon incluses dans la scorie, qui ne peuvent pas être at- teintes par l'oxygène insufflé, en raison de l'enveloppe de scorie qui les entoure, mais qui sont obligatoirement attaquées par l'oxygène du minerai.
Le danger de la formation d'un mélange peu fluide de scorie et de charbon dans l'ouvrage du générateur est naturellement d'autant plus grand que la te- neur du charbon en cendres est plus élevée, de sorte que l'addition du mine- rai au charbon constitue dans ce cas une mesure importante pour assurer une marche du four exempte de dérangements. Beaucoup de cendres de charbon con- tiennent par elles-mêmes d'assez grandes quantités d'oxyde de fer, de sorte qu'elles n'exigent pas ou n'exigent qu'une faible addition de minerai. On peut toutefois considérer, comme un avantage particulier de la gazéification de charbon dans le générateur à coulée, que l'oxyde de fer introduit est réduit et constitue, sous forme de fonte, un poste important à porter au crédit du générateur.
Les avantages du dispositif décrit aux points 1) à 12) pour l'u- tilisation de charbon riche en cendres pour le chauffage de chaudières sont, par rapport aux autres dispositifs connus, les suivants: fonctionnement exempt de dérangements même dans le cas d'une teneur élevée en cendres ; de rési- dus de charbon non brûlé dans les cendres; production maximum pour une peti- te surface d'encombrement; construction simple et peu coûteuse de l'installa- tion ; températures élevées des flammes dans la chambre de combustion de la chaudière; obtention de sous-produits de valeur élevée.
Sur les dessins ci-joints, la fig. 1 représente schématiquement une installation de gazéification pour un foyer de chaudière.
A désigne le générateur à coulée, et B la chambre de combustion de
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la chaudière. 1 désigne le dispositif de chargement du générateur, dans le- quel le charbon et, dans certaines circonstances, les matières d'addition sont chargés. 2 désigne l'orifice d'évacuation pour le gaz de balayage, qui est enrichi de vapeurs de goudron dégagées du charbon par distillation lente de celui=cio Le gaz de balayage est, après séparation du goudron de distillation lente, insufflé en un endroit approprié dans la chambre de com- bustion de la chaudière. 3 désigne la chambre de chauffage et de distilla- tion lente, qui est parcourue par le gaz de balayage chaud.
Ce gaz de bala- yage est constitué par un courant partiel du gaz formé dans la chambre de gazéification.4 désigne la chambre de gazéification, à partir de laquelle la plus grande partie du gaz formé s'écoule à l'état chaud dans la chambre de combustion de la chaudière, tandis qu'on en fait passer une petite par- tie, comme gaz de balayage, à travers la chambre de chauffage et de distil- lation lente du générateur.5 désigne les tuyères de soufflage pour l'air de gazéification. 6 désigne 1* orifice de sortie pour la scorie fluide, qu'on fait passer dans l'exemple considéré dans la chambre de combustion de la chaudière pour son refroidissement. 7 désigne le trou de coulée pour le fer formé.
Le passage du charbon,à partir de la chambre de distillation len- te dans la chambre de gazéification, est réglé par un registre 8, pouvant être déplacé en hauteur, de sorte qu'on peut régler la hauteur du lit de com- bustible dans la chambre de gazéification de façon correspondant à la capaci- té réactionnelle du charbon.Ce registre 8 comporte des ouvertures pour le passage du gaz de balayage.L'air de combustion et le gaz de chauffage sont insufflés dans la chambre de combustion de la chaudière par des orifices en forme de tuyères 9 et 10. Il est évident que le système combiné décrit peut être appliqué à tous les appareils qui brûlent du gaz de chauffage, par exem- ple réchauffeurs de gaz, fours à sole, fours de calcination, etc..
Le deuxième exemple de réalisation de la présente invention est constitué par un système combiné d'un générateur à coulée avec une chaudière à vapeur, dans lequel le générateur à coulée est situé si près de la chau- dière que le gaz passe avec la température la plus élevée dans la chaudière, et le dispositif pour l'admission d'air, de combustible et de matières d'ad- dition dans le générateur à coulée se trouve sur le côté du générateur à coulée qui est éloigné de la chaudière. Déjà dans le premier exemple de réa- lisation, la combinaison du générateur à coulée avec une chaudière à vapeur est réalisée de telle manière qu'ils constituent un seul tout complet.
Dans le deuxième exemple de réalisation, il est prévu, pour augmenter encore la capacité de production, les perfectionnements suivants:
La capacité de production d'un générateur à coulée est normale- ment,pour un combustible donné, fonction de la section transversale du gé- nérateur. On peut, en s'appuyant sur la pratique du haut-fourneau, construire des générateurs à coulée d'un diamètre de plusieurs mètres. Mais, dans le système combiné de générateur et de chaudière, il est désavantageux de donner au générateur une largeur supérieure à environ 1,5 à 2 m.
En effet, comme la hauteur du combustible au-dessus du niveau des tuyères est normalement com- prise entre 1 et 2 m, il faudrait,.avec des largeurs plus grandes du généra- teur, compter avec des tuyères assurant un soufflage de part en part, en ou- tre du fait que, pour une largeur croissante, la pression nécessaire de souf- flage pour le vent augmente fortement. Pour arriver, malgré la largeur rela- tivement faible du générateur, à des capacités de gazéification suffisantes pour des chaudières modernes à grande production de vapeur, il est prévu une série de caractéristiques opératoires nouvelles:
1.
Pour une section transversale donnée de l'ouvrage, un généra- teur à coulée peut être chargé à une hauteur d'autant plus grande que le gaz, s'écoulant vers le haut dans la charge, est réparti plus uniformément sur la section transversale totale du générateur. Pour une même hauteur de couche sur toute la section transversale du générateur et pour une répartition uni- forme des grosseurs des grains sur toute la section transversale,
la vitesse d'écoulement du gaz est maximum le long de la paroi du générateur dans la- quelle sont disposées les tuyères de soufflage et cette vitesse diminue à
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mesure qu'on s'éloigne de l'orifice des tuyères de soufflageo C'est seulement après que le gaz a effectué un parcours de plusieurs mètres vers le haut à travers la charge qu'il se produit une égalisation progressive de la vites- se d'écoulement du gaz sur toute la section transversale du générateur.
Pour atteindre aussi rapidement que possible cette égalisation, également pour les faibles hauteurs de la charge dans le générateur combiné à la chaudière, on réalise le chargement de ce générateur sur le côté correspondant aux tuyères de soufflage, de sorte qu'il se produit un talus d'éboulement de la charge suivant l'angle du talus d'éboulement naturel et que l'inclinaison du talus diminue à partir du côté du générateur correspondant aux tuyères de souffla- ge jusqu'au côté du générateur tourné vers la chaudière. Avec cette disposi- tion, il se produit deux effets, qui exercent une action égalisatrice sur l'écoulement du gaz dans la charge. Les grands morceaux dans la charge rou- lent sur le talus vers le bas et rendent plus perméable au gaz le côté du générateur qui est éloigné des tuyères de soufflage.
La distance des tuyères de soufflage à la surface de la charge devient de la même grandeur en tous les points de celle-ci. Il se forme en outre une grande surface de sortie du gaz à partir de la charge, ce qui produit une vitesse plus faible de la vitesse de sortie du gaz avec une réduction de perte par les poussières.
2. Dans le cas de la limitation de la largeur du générateur à 2 m environ, la surface du générateur, à disposer sur la face frontale de la chaudière, n'est pas suffisante, - dans certaines circonstances, en particu- lier dans le cas de charbons peu réactionnels et riches en constituants iner- tes, - pour fournir à la chaudière des quantités suffisantes de gaz de chauf- fage.
Dans ce cas, on donne au générateur, conformément à l'invention, de la manière suivante, la surface nécessaire pour assurer l'alimentation de la chaudière en gaz de chauffage: Solution a : Au lieu de la paroi frontale rectiligne, avec une section transversale rectangulaire du générateur y associé par construction, on don- ne à la chaudière une paroi frontale courbe allant jusqu'à une forme circu- laire, de sorte que, dans le cas limite, la section transversale du généra- teur présente la forme d'un demi-anneau circulaire. La section transversale du générateur ainsi obtenue est, pour la même largeur de la chaudière, un multiple de la surface pouvant être obtenue dans le cas où la chaudière est limitée par des lignes droites en section transversale.
Solution b : générateur à coulée ne s'étend pas seulement le long d'une paroi de la chaudière, mais limite la chaudière sur plusieurs eôtésa Si un côté de la chaudière reste libre, la section transversale du générateur peut avantageusement avoir également la forme d'U. Dans le cas limite, pour des chaudières à capacité de production très élevée, la chaudière est limitée sur tous les quatre côtés par le générateur à coulée. Dans ce cas, l'espace axial, laissé libre par le générateur pour la chaudière, peut également être circulaire.
Solution c : La chaudière est construite directement au-dessus du générateur à coulée, qui dans ce cas est avantageusement de forme circulaire et de grand diamètre. Le chargement a lieu à la périphérie du générateur, de sorte qu'il se produit un lit de combustible en forme de trémie. L'air secondaire est in- sufflé dans l'espace situé au-dessus du lit de combustible; dans certaines circonstances, un écoulement réglé est avantageux dans cet espace, par exem- ple de forme circulaire. Pour diminuer la vitesse de sortie du gaz et les per- tes de poussières, le générateur peut également être élargi vers le haut en forme de trémie.
3. On peut, conformément à l'invention, atteindre un accroisse- ment additionnel important de la production en augmentant la pression dans le système.On a déjà, dans le premier exemple de réalisation, utilisé les avantages d'une telle augmentation de la pression au-delà des pressions exis- tant normalement à la sortie du générateur;
la valeur de la pression devait servir, dans le cas de l'insufflation dans la chambre de combustion de la
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chaudière par une tuyère ou par un brûleur, à atteindre une combustion rapi- de.Il est à présent reconnu qu'il est avantageux, dans certaines circonstan- ces, d'élever le niveau de la pression dans tout le système générateur-chau- dière, car les phénomènes de transmission de chaleur dans la chaudière sont ainsi notablement accrus dans certaines circonstances. Dans de tels cas, on dispose derrière la chaudière une turbine actionnée par les gaz brûles.
Dans le troisième exemple de réalisation de l'invention, il s'a- git d'un système combiné de four à cuve et de chaudière à vapeur, dans lequel le gaz produit dans le four à cuve est amené à la chambre de combustion d'une chaudière à vapeur, les matières solides contenues dans le gaz sont amenées a l'état liquide par fusion complète dans la chaudière à vapeur et sont sépa- rées du gaz de fumée sous cette forme.
Une chaudière à vapeur combinée avec un four à cuve doit brûler et utiliser le gaz de gueulard chaud et dans certains cas enrichi en consti- tuants goudronneuxoLe four à cuve et la chaudière à vapeur combinés entre eux sont, dans le troisième exemple de réalisation, décrit ci-après, agencés l'un par rapport à l'autre de telle manière que les difficultés, se présen- tant séparément dans chaque système, sont écartées par l'utilisation d'une telle combinaison.
Il a en effet été constaté que les conditions de fonction- nement d'un four à cuve sont améliorées de façon tout à fait remarquable lors- qu'on dispose derrière ce four à cuve, non pas une chaudière ordinaire, mais une chaudière à chambre de fusion, ou une autre chaudière dans laquelle les matières solides contenues dans les gaz de combustion sont séparées à l'état de fusion complète et sont récupéréeso Des mesures importantes dans la con- struction et la conduite d'un four à cuve, en particulier d'un tel four ser- vant au traitement de minerais de fer, sont jusqu'ici prises en vue d'obtenir un gaz de gueulard aussi pauvre que possible en poussières.Dans la plupart des fours, la production est limitée par la teneur élevée du gaz de gueulard en poussières, qui se présente dans le cas d'une production accrue;
cette te- neur élevée en poussières charge les organes de séparation des poussières der- rière le four et soulève le problème de l'utilisation des poussières du gaz de gueulard. D'autre part, c'est une caractéristique de fonctionnement de chaudières à chambre de fusion qu'on peut venir à bout même de teneurs très élevées en poussières dans le gaz de combustion, telles qu'elles se présen- tent dans le cas de la combustion d'un charbon à constituants inertes avec une teneur en cendres de 40 à 50 %, par fusion des poussières dans la cham- bre de fusion. Il a même été constaté que des chambres de fusion de ce genre travaillent de façon plus défavorable avec une faible teneur en poussières dans le gaz de combustion qu'avec une teneur plus élevée en poussières.
Con- formément à l'invention, le four à cuve est par suite combiné, sans inter- position d'organe quelconques de dépoussiérage, directement avec une chau- dière à chambre de fusion.
La chambre de fusion de la chaudière joue, dans le cas de cette forme de réalisation,simultanément le rôle d'un appareil de récupération des poussières du gueulard. Les poussières du gueulard sont, pour autant qu'elles ne consistent pas en combustible, = qui est brûlé dans la chambre de fusion, ce qui est un avantage additionnel, - séparées à l'état liquide et évacuées de la chambre de fusion à l'état liquide. Cette masse fondue est, pour autant qu'il n'existe pas d'autre utilisation nouvelle, amenée par re- froidissement sous la forme de morceaux et est ajoutée à nouveau au lit de fusion du four à cuve.
Cette transformation sous forme de morceaux peut avoir lieu dans le cas le plus simple par granulation de la masse fondue dans de l'eau; mais on peut également effectuer un refroidissement par une solidifi- cation plus lente en morceaux ou plaques de plus grandesdimensions, qui sont ensuite brisés à la grosseur nécessaire pour le four à cuve.
Une forme de réalisation additionnelle importante du système com- biné de four à cuve et de chaudière à chambre de fusion consiste dans l'uti- lisation de la chambre de fusion pour la fusion de poussières de minerai.Il est connu qu'on ne peut que très difficilement faire marcher des fours à cuve avec des matières première pulvérulentes, en particulier avec des minerais
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pulvérulents.On ne peut en tout cas pas dépasser une teneur en poussières relativement limitée dans le lit de fusion.Dans le cas d'une teneur élevée en poussières dans le lit de fusion, la production du four est toujours limi- tée par la nécessité de maintenir une faible vitesse du gaz au gueulard.
Beau- coup de minerais de fer sont obtenus de façon prépondérante sous forme pulvé- rulente ou ont une teneur en poussières plus élevée que ne peut le supporter le four à cuve. On était jusqu'ici forcé de veiller à amener le minerai fin sous forme de morceaux, avec des frais additionnels, par frittage, aggloméra- tion sous forme de boules ou briquettes. On peut considérer comme une solu- tion très favorable le fait qu'on est en état d'amener le minerai fin à l'é- tat liquide dans la chambre de fusion de la chaudière à vapeur et d'obtenir, à partir de la masse fondue, d'une manière simple, un produit en morceaux, qui peut être ajouté au lit de fusion du four à cuve.
Dans le cas le plus simple, on introduit le minerai fin dans le four à cuve avec le reste du lit de fusion; on fait ainsi marcher le four à cuve avec une production élevée et on laisse, en raison de la vitesse élevée correspondante du gaz au gueulard, entraîner une grande partie des constituants pulvérulents avec le gaz de gueulard et passer dans la chambre de fusion.Lors- qu'il s'agit de minerais pulvérulents de façon prépondérante, il peut égale- ment être plus favorable d'insuffler ceux-ci directement pour leur fusion dans la chambre de fusion.
Pour obtenir l'effet de fusion dans la chambre de fusion égale- ment dans le cas de teneurs plus élevées en poussières et d'une température relativement faible du gaz de gueulard, il est, dans certaines circonstances, nécessaire de prévoir des mesures particulières pour augmenter la températu- re de combustion dans la chambre de fusion. On peut l'obtenir de façon effi- cace par l'élévation de la température de l'air de combustion, à insuffler dans la chambre de fusion, au-delà de la température de l'air habituellement adoptée dans des chaudières de ce genre, par exemple à 5000 et davantage.
Dans ce cas, la chaudière est munie, non seulement du réchauffeur d'air ha- bituel, mais encore d'un appareil à air chaud à tubes. Il peut dans ce cas être avantageux de chauffer, aussi bien le vent pour le four à cuve que l'air pour la chambre de fusion, dans un appareil à air chaud à tubes monté à la suite de la chaudière.Une mesure additionnelle pour l'élévation de la température dans la chambre de fusion consiste dans l'emploi d'agents de chauffage additionnels, qu'on brûle à côté du gaz de gueulard dans la cham- bre de fusion, par exemple du poussier de charbon ou de l'huile. Un tel chauffage additionnel peut également remplir un rôle important pour l'éga- lisation de l'apport de chaleur, variant dans certaines circonstances, pour la chaudière en raison de variations de marche du four à cuve.
Dans le cas de poussières de minerai à point de fusion élevé, il est en outre avantageux d'introduire additionnellement, dans la chambre de fusion, des agents de fusion, qui produisent une température de fusion plus basse, par exemple CaO ou Si02, selon la composition de la masse fon- due. Il est également particulièrement avantageux d'introduire la chaux nécessaire pour l'opération métallurgique, sous forme de pierre à chaux pulvérulente, dans la chambre de fusion, car l'opération au four à cuve est ainsi dispensée de la quantité de chaleur, importante dans certaines circonstances, qui est nécessaire pour la neutralisation de l'acidité de la pierre à chaux.
La fig. 2 des dessins ci-joints représente à titre d'exemple une combinaison selon l'invention entre un four à cuve et une chaudière à chambre de fusion. 11 désigne le four à cuve avec la conduite 12 d'amenée du vent et le dispositif 13 de chargement du gueulard. 14 désigne les con- duites d'amenée du gaz du gueulard à la chaudière. 15 désigne la chambre de fusion de la chaudière avec les brûleurs 16. La chambre de fusion est entourée, de la manière habituelle, de tubes de vaporisation, qui sont re- vêtus d'une matière protectrice, par exemple d'argile réfractaire. A son ex- trémité inférieure, la chambre de fusion comporte un orifice 17 pour l'éva- cuation de la masse fondue liquide.
A la suite de la chambre de fusion sont
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montés le surchauffeur 18 et l'appareil à air chaud à tubes 19 pour le ré- chauffage du vent pour le four à cuveo Dans le trajet des gaz de fumée sont également intercalés, à mesure que la température s'abaisse, un appareil de chauffage préalable 20, un économiseur en acier 21, un économiseur en fonte
22 et le réchauffeur 23 pour le chauffage préalable de l'air de combustion pour la chambre de fusion et pour le chauffage préalable du vent pour le four à cuve.
Le quatrième exemple décrit ci-après de réalisation de la présen- te invention constitue une variante du troisième exemple de réalisation et est caractérisé essentiellement par le fait qu'il est prévu, dans la chau- dière à vapeur, outre le dispositif pour la combustion du gaz de gueulard du four à cuve, encore un dispositif pour la combustion d'un second combus- tible, par exemple de charbon pulvériséo
Le mode opératoire, avec un système combiné de four à cuve et de chaudière à vapeur selon cette forme de réalisation, suppose que la tempéra- ture de combustion dans la chambre de combustion de la chaudière est suffi- samment élevée pour atteindre la fusion complète des constituants solides.
Comme moyens pour atteindre une température de combustion suffisante, il a jusqu'ici été proposé le chauffage préalable, à un degré élevé approprié, de l'air de combustion pour la chaudière à vapeur, ainsi que le travail avec une température élevée du gaz de gueulard du four à cuve. La présente invention se propose de fournir à la technique, - pour certaines conditions de fonction- nement du four à cuve, qui rendent difficile ou impossible l'utilisation des moyens indiqués, - une mesure additionnelle permettant d'atteindre le but re- cherché.
Dans le cas de certaines conditions de fonctionnement du four à cu- ve bas, - par exemple lorsqu'une quantité de fer aussi grande que possible doit être extraite par unité de charbon chargé, - il n'est en effet pas pos- sible de marcher avec une température élevée du gaz de gueulard; en outre, le pouvoir calorifique du gaz de gueulard diminue dans le cas d'un tel mode de fonctionnement. Le résultat de ces deux circonstances est qu'on ne peut atteindre une température suffisamment élevée de combustion du gaz de gueu- - lard qu'avec un réchauffage préalable, à un degré élevé non aconcmique, de l'air de combustion.Une teneur élevée du lit de fusion en H20 et C02 agit dans le même sens.
Conformément à l'invention, dans de tels cas, on brûle dans la chambre de combustion de la chaudière, outre le gaz de gueulard, encore un combustible secondaire. Comme tels combustibles secondaires con- viennent des substances gazeuses, liquides ou solides, qui, par elles-mêmes, en brûlant avec l'air préalablement réchauffé, donnent une température de combustion plus élevée que celle nécessaire pour produire la fusion des con- tituants solides du gaz'de gueulardo Il apparaît particulièrement avanta- geux de prévoir à cet effet un chauffage additionnel au charbon pulvérisé pour la chambre de combustion de la chaudière. L'emploi et la disposition d'un chauffage additionnel au charbon pulvérisé constituent, encore pour d'autres motifs, une mesure complémentaire importante pour le système combi- né de four à cuve et de chaudière à vapeur.
Le four à cuve fonctionne le mieux avec une matière en grains, dont la teneur en poussière ne doit pas dépasser une limite supérieure déterminée, par exemple 20 %. Si l'on fait arriver, à un système combiné de four à cuve et de chaudière à vapeur, du charbon fin avec une grosseur de grain de 0 - 10 mm, il est avantageux, conformément à la présente invention, de charger le charbon fin avec une grosseur de grain de 3-10 mm dans le four à cuve bas et d'utiliser le charbon fin d'une gros- seur de grain inférieure à 3 mm, le cas échéant après division additionnel- le, pour le chauffage auxiliaire de la chaudière.
L'utilisation, selon l'invention, du chauffage auxiliaire men- tionné de la chaudière permet d'atteindre un autre objet, à savoir, éliminer une difficulté fondamentale importante du système combiné de four à cuve et de chaudière à vapeur, difficulté qui se présente lorsqu'on doit, dans le four à cuve bas, fondre des produits de valeur élevée, par exemple de la fon- te de moulage. Le prélèvement d'énergie est en effet soumis en général à des variations, qui sont normalement égalisées, sur le côté de la chaudière à va-
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peur, par réglage de la quantité de combustible et de la quantité d'air de combustion.Ce réglage permanent et poussé serait difficile à réaliser dans le cas d'un système combiné de four à cuve et de chaudière à vapeur, si on doit obtenir un produit fondu de valeur élevée uniforme.
Des variations fré- quentes de la quantité de vent, qui représente normalement le constituant facile à régler dans le fonctionnement du four à cuve bas, empêchent un fonc- tionnement uniforme du four. Dans ces conditions, l'utilisation mentionnée d'un combustible auxiliaire dans la chaudière à vapeur signifie une élimina- tion complète des difficultés mentionnées. Le réglage de l'apport de chaleur dans la chaudière à vapeur a lieu, conformément à l'invention, par le dosage du combustible secondaire, par exemple du charbon pulvérisé et de son air de combustion. Le four à cuve bas travaille, dans le cas de ce mode de fonction- nement selon l'invention, de façon permanente avec une charge uniforme et est par suite en état de donner un produit de fusion de valeur élevée, uni- forme.
Dans le cinquième exemple de réalisation de la présente inven- tion, il s'agit d'un procédé de fonctionnement d'un four à cuve (par exemple d'un haut-fourneau ou d'un four à cuve bas ou d'un générateur à coulée) avec coulée liquide en combinaison avec un foyer (par exemple une chaudière à va- peur), dans lequel la production de fer est notablement diminuée dans le cas du fonctionnement comme four à cuve, ou est accrue dans le cas du fonctionne- ment comme générateur à coulée.
Les avantages pouvant être atteints par le procédé selon l'invention ressortent de la description suivante, qui expli- que en même temps les différences du nouveau procédé par rapport aux procé- dés connus
On connait des fours à cuve à coulée liquide des produits non évacués à l'état gazeux, fours à cuve dont le but principal est de produire, à partir-du combustible chargé, un gaz de valeur aussi élevé que possible.
Ce gaz est amené, épuré ou non épuré, à l'état chaud ou froid, à un foyer (par exemple une chaudière à vapeur ou un four industriel) pour y être brû- léo Le but de cette combustion et en particulier le rendement de l'opéra- tion de combustion rendent nécessaire que le gaz produit dans le four à cu- ve parvienne au foyer avec une puissance calorifique aussi élevée que pos- sible. De tels fours à cuve, servant à la production de gaz, sont en géné- ral appelés des générateurs à coulée. Pour pouvoir réaliser sans difficul- té l'opération au four à cuve avec coulée liquide, on ajoute au combustible des fondants, tels que chaux, scorie, minerais de fer et autres.
Grâce à ces fondants, le point de fusion élevé des cendres de charbon est abaissé à un degré admissible, de sorte que l'on peut sans difficulté faire couler la scorie du four. Dans ce mode de fonctionnement des générateurs à coulée, on obtient toujours aussi de petites quantités de fer liquide, qui sont coulées avec la scorie. Ce fer provient en partie du fer contenu dans les cendres du charbon et, pour une autre partie, du fer contenu dans les fondants ajou- tés. Il viendrait facilement à l'esprit d'augmenter la quantité de fer, ex- traite par l'opération au générateur à coulée, en augmentant l'addition de minerai au combustible, pour obtenir une plus grande économie de l'opéra- tion.Mais cette mesure ne peut normalement pas être appliquée, parce qu'il en résulterait une détérioration notable du gaz.
Il faut en effet, pour la réduction de minerai, une grande consommation de chaleur, de sorte que la puissance calorifique du gaz produit diminue dans la mesure où l'on utilise la puissance calorifique du combustible pour la réduction du minerai.
On connaît en outre des fours à cuve à coulée liquide et d'un usage général, dans lesquels le but principal est l'obtention d'une quantité aussi grande que possible de fer par unité de combustible chargé. Il résulte naturellement de ce problème que le gaz, recueilli dans cette opération com- me sous-produit, ne possède qu'une puissance calorifique relativement fai- ble et est de valeur relativement faible comme combustible gazeux. De tels gaz ne peuvent, dans beaucoup de fours industriels, pas être employés en rai- son de leur faible puissance calorifique, et leur combustion dans une chau- dière à vapeur n'est possible qu'à l'état épuré.
Il a en effet été constaté
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qu'il est avantageux, en raison de la teneur élevée de tels gaz de gueulard de fours à cuve en poussières à point de fusion relativement bas, d'effec- tuer la combustion, à une température supérieure à la température de fusion des poussières, dans une chaudière à chambre de fusion.Mais ceci suppose @ que la puissance calorifique du gaz est suffisamment élevée pour atteindre, en tenant compte du chauffage préalable de l'air, la température de combus- tion nécessaire.Si, par contre, on dispose d'un gaz d'une puissance calori- fique moindre à brûler, comme par exemple du gaz de gueulard du haut-four- neau - prototype d'un four à cuve servant principalement au traitement métal- lurgique de minerai -, le gaz doit normalement, avant la combustion,
être dé- barrassé des poussières qu'il contient, car ainsi seulement une combustion sûre est possible dans une chaudière sans obtention, à l'état de fusion com- plète, des poussières contenues dans le gaz. Le générateur à coulée et le haut-fourneau constituent les genres de fours à cuve adaptés l'un à la pro- duction de gaz et l'autre au traitement métallurgique.L'un des produits - gaz ou fer - est le produit principal, l'autre est le sous-produit.
La présente invention porte sur une réalisation d'un nouveau gen- re de l'opération au four à cuve, à effectuer avec du combustible, du mine- rai de fer et,dans certaines circonstances, avec des matières d'addition, opération dans laquelle les deux produits - gaz et fer - constituent des pro- duits principaux d'un rang sensiblement égal.
L'opération selon l'invention représente par suite un mode de fonctionnement dans lequel on ne produit pas du gaz aussi bon que dans le fonctionnement proprement dit du générateur à coulée et on ne produit pas autant de fer que dans le traitement métallurgi- que proprement dit - par exemple dans le haut-fourneau, - mais dans lequel la qualité du gaz est encore suffisante pour permettre par exemple une com- bustion directe du gaz chaud non-épuré dans la chaudière à chambre de fusion et dans lequel la quantité de fer par tonne de combustible chargé est encore si importante qu'elle exerce une influence décisive sur l'économie de l'en- semble de l'opération.Selon le genre de four à cuve employé - générateur à coulée, d'une part, ou haut-fourneau ou four à cuve bas, d'autre part-,
le procédé selon l'invention constitue un fonctionnement de générateur à coulée avec production notablement accrue de fer ou un fonctionnement de haut-four- neau ou de four à cuve bas avec production réduite de fer* Dans le sens de l'appréciation adoptée, jusqu'ici sur le fonctionnement d'un générateur à coulée ou d'un haut-fourneau ou four à cuve bas, la définition précédente du procédé selon l'invention apparait comme un paradoxe, ce qui permet déjà de reconnaître le genre particulier du problème posé et résolu conformément à la présente invention.
La présente invention a une signification particulière pour le fonctionnement d'un four à cuve, dans le cas où l'on doit traiter des mine- rais pauvres en fer. De tels minerais pauvres en fer, par exemple avec une teneur de 25 % environ en fer, étaient jusqu'ici, dans le procédé normal de traitement métallurgique au haut-fourneau, mélangés avec des quantités rela- tivement faibles de minerais plus riches, car l'utilisation exclusive des mi- nerais pauvres en fer dans le procédé de traitement métallurgique employé jusqu'ici donnait lieu à une consommation trop élevée de combustible et n'é- tait par suite pas économique.
Il a été fait la constatation surprenante qu'on peut, dans le procédé selon l'invention, par la combinaison d'un four à cuve avec une chaudière, traiter des minerais de fer avec par exemple 25 % seule- ment de fer, sans addition de minerais plus riches en fer, directement et avec un rendement économique élevé. Il est particulièrement surprenant qu'on peut en outre satisfaire encore à la condition aggravante d'employer comme combus- tible un charbon à teneur élevée en cendres. Il serait complètement impossi- ble de saitsfaire à ces conditions simultanément dans l'opération normale de traitement métallurgique au haut-fourneau ou au four à cuve bas, au point de vue économique.
Par le procédé de traitement métallurgique selon l'invention, on peut par contre, observer par exemple avec le meilleur résultat les con- ditions opératoires suivantes:
Le combustible consiste en un charbon avec une teneur en cendres
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de 25 %. On mélange au charbon du minerai avec une teneur en fer de 25 % en- viron.,On effectue la préparation du lit de fusion de telle manière que, d'une part, il existe environ 300 kg de fer par tonne de charbon chargé et que, d'autre part, on obtienne, autant que possible sans autres substances d'addition, à partir des cendres du charbon et de la gangue du minerai, un écoulement favorable de la scorie.
La hauteur de la charge dans le four à cuve est maintenue si faible - par exemple 1,5 à 2 m - que le gaz de gueu- lard passe, avec une température d'environ 700 à 800 C dans la chambre de combustion de la chaudière à vapeur. On détermine la grosseur des grains du lit de minerai de telle manière - par exemple la plus grande partie de ces grains ayant de 20 à 40 mm - qu'il se produise une altération aussi faible que possible de la puissance calorifique par transformation de CO en CO2 par la décomposition du minerai de fer dans la partie supérieure du four à cuve.
Le précédent exemple de réalisation montre que le procédé selon l'invention, en ce qui concerne la hauteur de couche dans le four, la gros- seur des grains du lit de fusion, la consommation de combustible et le genre de combustible par tonne de fer, etc.., s'écarte complètement du mode opéra- toire des procédés métallurgiques connus.
Le fait qu'on obtient malgré ce- la un rendement économique élevé est dû à ce que, dans ce procédé métallurgi- que, on emploie des matières premières de valeur moindre et que, contraire- ment au procédé métallurgique normal, la chaleur résiduelle, qui, dans celui- ci, apparait de façon prépondérante comme une grandeur négative, est recueil- lie comme deuxième sous-produit sous forme de gaz d'une puissance calorifi- que élevée ou est déjà recueillie sous forme de vapeur d'eau, lorsqu'on con- sidère le système combiné de four à cuve et de chaudière à vapeur comme un seul tout.
Il a également déjà été proposé des générateurs à coulée dans lesquels le gaz de gueulard chaud est amené directement à un foyer ou à une chaudière à vapeur pour y être brûlé. De telles solutions présentent toute- fois à peine encore des avantages par rapport à la chaudière à vapeur à chauf- fage au charbon pulvérisé, parvenue entre temps à son complet développement, en particulier par rapport à la chaudière à chambre de fusion à chauffage au charbon pulvérisé. C'est seulement par le fait que, conformément à la présen- te invention, ce procédé composite a été transformé en une opération métallur- gique avec le fer comme second produit principal qu'il a été obtenu une éco- nomie excellente et ainsi la nécessité technique de l'application pratique du procédé selon l'invention.
Le sixième exemple de réalisation de la présente invention est constitué par un procédé pour l'utilisation des combinaisons précédemment décrites d'un four à cuve avec un foyer, lorsque ceux-ci servent au traite- ment métallurgique de minerais de fer pauvres à gangue riche en silice, et il consiste en ce que, en appliquant le procédé de fusion fortement acide, on emploie comme combustible du charbon riche en cendres. Les avantages tech- niques pouvant être obtenus avec un tel procédé résultent des explications ci-après.
Une grande partie des minerais de fer a une faible teneur en fer, par exemple inférieure à 30 %, et une gangue riche en silice, par exemple à 50 % ou davantage de SiO2; c'est par suite un problème très important de dé- couvrir le traitement métallurgique le plus avantageux possible au point de vue technique et en même temps économique de tels minerais de fer.
Le traitement métallurgique direct des minerais mentionnés dans le procédé normal au four à cuve, par exemple au haut-fourneau, est possible; toutefois il exige, pour obtenir un écoulement approprié de la scorie, des matières d'addition qui rendent non-économique le mode opératoire dans beau- coup de cas. On peut par exemple traiter au haut-fourneau les minerais avec un indice normal de scorie (CaO: SiO2 = 1,2 à 1,4), mais on doit ajouter tant de chaux qu'une consommation très élevée de combustible devient ainsi néces- saire.
Même dans le cas de la formation d'une scorie acide (indice de scorie 0,9 à 1,1), la consommation de chaux et par suite aussi la consommation de
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combustible sont encore si élevées qu'un traitement métallurgique économique des minerais de fer acides et pauvres n'est possible avec ce mode opératoire que pour d'autres circonstances particulièrement favorables.
Enfin, il a été réalisé, pour des minerais de ce genre, le procé- dé de fusion très acide, dans lequel l'indice de scorie est si fortement abais- sé (0,3 à 0,5) qu'on en sort essentiellement sans addition de chaux. Mais, pour pouvoir fondre au four à cuve des scories de ce genre, on doit surmonter une difficulté importanteoLes scories riches en silice sont, aux températu- res normales de l'ouvrage d'un four à cuve, relativement visqueuses, de sorte que la coulée de celles-ci à partir du four est difficile ou même impossible.
On a constaté que de telles scories deviennent suffisamment fluides lorsqu'- elles présentent une teneur plus élevée en FeO (environ 3-5 %) et en alca- lis (plus de 20 %). On effectue par suite le procédé de fusion très acide, dans son mode normal de réalisation, en ajoutant au lit de fusion des alcalis (par exemple des scories au carbonate de soude), et en réglant ainsi une te- neur déterminée de la scorie en alcalis. Cette nécessité de l'addition d'al- calis au lit de fusion limite les possibilités économiques du procédé de fu- sion très acide, tout au moins pour des minerais pauvres en fer, car la quan- tité relativement grande de scorie, résultant de la grande proportion de la gangue, exige, outre une consommation élevée correspondante de combustible, également encore une addition importante d'alcalis.
On a jusqu'ici été d'avis que l'on doit traiter des minerais de fer pauvres de ce genre avec un combustible aussi pauvre que possible en cen- dres, pour ne pas augmenter la grande quantité de scorie, provenant du mine- rai,inutilement encore par les cendres du combustible.Mais il a été fait la constatation surprenante que, contrairement à cette règle suivie jusqu'ici, on obtient un procédé métallurgique particulièrement favorable lorsqu'on trai- te un minerai de fer pauvre avec un charbon riche en cendresa Les cendres de charbons de presque toutes les provenances connues présentent en effet, ou- tre des quantités la plupart du temps notables en oxydes de fer,
une propor- tion d'alcalis importante pour le but considéréo Cette teneur en alcali per- met la formation d'une scorie très acide dans l'opération au four à cuve avec de bonnes propriétés de fluidité de la scorie, sans qu'on ajoute des al- calis provenant de l'extérieur, comme cela était nécessaire jusqu'ici pour cette opération. Mais, comme la proportion en alcalis dans les cendres de charbon n'est la plupart du temps pas supérieure à 3-4 % et dépasse rarement 5 %, la mesure apparemment paradoxale, mentionnée plus haut, est avantageu- se, à savoir qu'on doit traiter un minerai à teneur élevée en gangue avec un charbon à teneur élevée en cendres, car c'est ainsi seulement qu'on peut obtenir dans la scorie résultante une teneur suffisamment élevée en alcalis sans addition d'alcalis provenant de l'extérieur.
Pour le procédé de traite- ment métallurgique selon l'invention, on obtient ainsi la règle générale, qui est en contradiction avec tous les principes reconnus jusqu'ici de la technique métallurgique: le charbon, employé pour le traitement métallurgi- que, doit normalement avoir une teneur en cendres d'autant plus élevée que le minerai de fer est plus pauvres, c'est-à-dire que sa gangue est plus ri- che en silice.
Le procédé de traitement métallurgique selon l'invention est ex- pliqué par exemple par le mode de réalisation suivant:
Le charbon employé pour le traitement métallurgique a par exemple la composition suivante (à l'état anhydre):
EMI13.1
<tb> Charbon <SEP> pur <SEP> 73 <SEP> % <SEP>
<tb> Cendres <SEP> 27 <SEP> % <SEP>
<tb>
<tb>
<tb> Coke <SEP> pur <SEP> 55 <SEP> % <SEP>
<tb> Teneur <SEP> en <SEP> cendres
<tb>
<tb> dans <SEP> le <SEP> coke <SEP> 33 <SEP> % <SEP>
<tb>
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Analyse des cendres:
EMI14.1
<tb> SiO2 <SEP> 47%
<tb>
<tb>
<tb>
<tb> Al2O3 <SEP> 31%
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb> CaO <SEP> + <SEP> MgO <SEP> 5 <SEP> % <SEP>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb> Fe203 <SEP> 13 <SEP> % <SEP>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb> Alcalis <SEP> 4%
<tb>
Le minerai à traiter a par exemple la composition suivante (à l'état anhydre):
EMI14.2
<tb> SiO2 <SEP> 18 <SEP> %
<tb>
<tb> CaO <SEP> + <SEP> MgO <SEP> 8,5 <SEP> %
<tb>
<tb>
<tb> Al2O3 <SEP> 3,5 <SEP> %
<tb>
<tb>
<tb> Fe203 <SEP> 53 <SEP> %
<tb>
<tb>
<tb> Perte <SEP> au <SEP> feu <SEP> et
<tb>
<tb> autres <SEP> 17 <SEP> %
<tb>
Les matières premières mentionnées ci-dessus ont été réunies en un lit de fusion pour four à cuve, conformément au procédé selon l'inven- tion, de sorte qu'on a obtenu un indice de scorie (CaO + MgO): SiO2 =0,3% environ. La teneur en alcalis représente environ 2 % de la scorie.
Dans une scorie de ce genre, on peut, sans subir de pertes en fer nuisant à l'é- conomie, laisser monter la teneur en fer jusqu'à 5 % et davantage et obte- nir ainsi l'avantage d'une réduction additionnelle de la viscosité de la sco- rie, car les cendres cu charbon amènent des quantités notables de fer et compensent la perte de fer dans la scorie.
Le traitement métallurgique selon l'invention de minerais pau- vres en fer et à gangue riche en silice avec du charbon riche en cendres est par ailleurs complété de façon avantageuse et dans une mesure importante par les caractéristiques suivantes de l'invention..Les quantités de scorie ré- sultant de ce procédé, rapportées à l'unité de fer extrait, sont inhabituel- lement élevées. Dans l'exemple précédemment mentionné, la quantité de scorie est approximativement égale à 1,5 fois la quantité de fer. Ceci a pour con- séquence une consommation relativement élevée de coke dans l'ouvrage du four, et il se produit un accroissement correspondant de la quantité de gaz de gueulard et de la chaleur résiduelle entraînée par le gaz de gueulard.
Con- formément à l'invention, on utilise cette chaleur résiduelle de l'opération métallurgique pour le même but, auquel serait autrement utilisée l'énergie thermique contenue dans le charbon. Une consommation élevée de coke dans le four à cuve n'est manifestement pas nuisible à l'économie du procédé selon l'invention, lorsqu'on fait arriver la chaleur entraînée par le gaz de gueu- lard, qui représente de loin le poste le plus important de perte de chaleur de l'opération métallurgique, sans pertes à une chaudière à vapeur pour la production de vapeur. Dans l'application de cette idée fondamentale, le four à cuve est par suite, conformément à l'invention, réuni étroitement à une chaudière à vapeur de manière à constituer organiquement un seul tout.
Le gaz de gueulard quittant le four est amené par de courtes conduites calorifugées à la chambre de combustion d'une chaudière à vapeur et est brûlé en cet en- droit avec de l'air secondaire. H a été reconnu particulièrement avantageux de disposer la chambre de combustion d'une chaudière à chambre de fusion di- rectement au-dessus du four à cuve.
Une telle installation combinée de four à cuve et de chaudière à
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vapeur travaille également avec un rendement économique excellent dans le cas d'une production relativement faible de fer par tonne de charbon chargé. On peut, par exemple, dans le mode opératoire précédemment mentionné, préparer un lit de fusion avec environ 850 kg de minerais pauvres en fer et riches en silice pour 1 tonne de charbon riche en cendres et obtenir ainsi environ
300 kg de fer par tonne de charbon.La combinaison du four à cuve avec la chaudière à vapeur assure, dans ce cas également, malgré la proportion rela- tivement faible de fer, un rendement économique élevé de l'opération.
Dans le septième exemple de réalisation de l'invention, le sys- tème combiné de four à cuve et de chaudière à vapeur est construit de telle manière qu'au moins la chambre de combustion de la chaudière à vapeur soit disposée au-dessus du four à cuve au voisinage de la ou des ouvertures de sor- tie du gaz, par exemple directement au-dessus du four à cuve, et soit reliée à la chambre collectrice de gaz du four à cuve par au moins une amenée de gaz (par exemple des tubes ou des ouvertures d'amenée de gaz).
Ce septième exem- ple de réalisation présente la construction détaillée suivante :
Un système combiné de four à cuve et de chaudière à vapeur, con- struit conformément à l'invention, peut par exemple être agencé de telle ma- nière que la chambre de combustion de la chaudière soit disposée au-dessus du four à cuve, mais que, entre la partie supérieure du four, constituant la chambre collectrice de gaz, et la chambre de combustion de la chaudière, il soit prévu un ou plusieurs fonds sensiblement horizontaux, à travers lequel ou lesquels un ou plusieurs tubes ou ouvertures de passage du gaz permettent l'insufflation du gaz de gueulard dans la chambre de combustion de la chau- dièreo L'air de combustion (air secondaire)
est ajouté au gaz de gueulard avantageusement sur le trajet du four à cuve à la chambre de combustion de la chaudière ou lors de l'insufflation dans cette chambre, par exemple au mo- yen d'un brûleur normal pour l'admission de gaz et d'air à la chaudière.Le système combiné de four à cuve et de chaudière à vapeur précédemment mention- né se caractérise surtout par le fait que, en raison de la combustion rapi- de du gaz de gueulard chaud, il est seulement nécessaire de prévoir une cham- bre de combustion relativement petite de la chaudière.
Il est par conséquent possible de développer la chaudière, comme une chaudière à un seul carneau, seulement en hauteur, sans atteindre une hauteur de construction d'une gran- deur inadmissible de l'ensemble du système combiné, surtout lorsque le four à cuve présente lui-même une faible hauteur de chargement et par suite une hauteur de construction qui n'est pas trop grande.Le four à cuve avec la chaudière à un seul carneau construite par dessus présente l'avantage addi- tionnel d'un encombrement minimum et de la liberté complète du carneau au point de vue de l'emplacement des parties de l'installation disposées avant ou après le système combiné de four à cuve et de chaudière à vapeur.
Lorsque l'opération à réaliser dans le four à cuve exige une hauteur de chargement relativement grande, par exemple lorsqu'on doit, dans le cas de l'obtention de fer dans la cuve du four,atteindre une réduction indirecte du minerai aussi complète que possible, la hauteur plus grande nécessaire du four à cu- ve peut rendre impossible le développement de toute la chaudière en hauteur.
Dans ce cas, il est avantageux de réaliser, conformément à l'invention, la disposition du système combiné de four à cuve et de chaudière à vapeur de telle manière que, directement au-dessus du four à cuve, il ne se trouve es- sentiellement que la chambre de combustion de la chaudière, qui est à nouveau séparée dans l'espace, par des fonds intermédiaires, de la partie supérieure du four et qui est raccordée à cette partie supérieure du four par des tubes sensiblement verticaux.
Les parties restantes de la chaudière se trouve alors dans un carneau descendant, qui est disposé à côté du four à cuve et qui est éloigné de celui-ci seulement d'une distance telle que les opérations dans le four à cuve puissent être réalisées sans être compromises par ces parties du système combinéo On peut également, à partir de la chambre de combustion de la chaudière, développer la chaudière dans une direction plus horizontale dans l'espace, de sorte que par exemple la totalité de la chaudière ou d'as- sez grandes parties de celle-ci soient disposées sur une plateforme située au-dessus du four à cuve. Enfin, pour des raisons particulières, par exemple
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lorsque les dispositifs de chargement l'exigent, la chambre de combustion peut également être décalée par rapport à l'axe du four.
Dans ce cas, il n'est pas nécessaire que la face limite inférieure de la chaudière à vapeur soit si- tuée au-dessus du plan du gueulard du four à cuve; mais une caractéristique très importante d'une telle disposition consiste en ce que la chambre de com- bustion de la chaudière à vapeur est disposée à une distance aussi faible que possible du tube ou des ouvertures de sortie des gaz du four à cuve et s'a- dapte dans une mesure aussi complète que possible à cette condition principa- le par une forme et une position appropriées dans l'espace. Sur ce point ain- si que sur d'autres points, il faut par suite toujours veiller à ce que la construction détaillée de la chaudière à vapeur et son développement dans une direction plus verticale ou plus horizontale soient volontairement subordon- nés à la condition de coordination avec le four à cuve.
La construction selon l'invention d'un système combiné de four à cuve et de chaudière à vapeur permet - et ceci constitue une caractéristique importante additionnelle de la présente invention - un chauffage préalable particulièrement avantageux du vent, destiné au four à cuve, dans le disposi- tif de chaudière a vapeur. Il est bien connu que les appareils employés pour le chauffage préalable du vent, tels que les Cowper, exigent pour leur fonc- tionnement un gaz de gueulard épuré dans une grande mesure. Etant donné que, conformément à l'invention, le chauffage préalable du vent pour le four à cu- ve, ainsi que le chauffage préalable de l'air de combustion pour la chaudière sont reportés dans la dernière partie du dispositif de chaudière, il n'est pas nécessaire de tenir compte des impuretés contenues dans le gaz.
Le chauf- fage préalable de l'air de combustion de la chaudière n'est la plupart du temps pas accru au-delà de 450 C environ. Par contre, il est nécessaire dans beaucoup de cas d'effectuer le chauffage préalable du vent pour le four à cuve à une température notablement plus élevée. Pour cette raison, il est avantageux de construire le dispositif de chauffage préalable du vent de tel- le manière que la chaudière à vapeur fournisse deux qualités d'air préalable- ment chauffé: l'une des qualités, avec une pression en général plus faible et une température plus basse, pour la chambre de combustion de la chaudière a. vapeur, et la deuxième qualité, à pression plus élevée et température plus élevée, comme vent pour le four.
Il est en outre prévu, contrairement à la construction normale de chaudières, d'employer pour les éehangeurs de tem- pérature, pour le chauffage préalable de l'air, des alliages conformément aux températures plus élevées.
Selon une caractéristique additionnelle de la présente inven- tion, on utilise les pertes de chaleur par refroidissement du four à cuve à la production de vapeur, et des organes correspondants du four à cuve sont intercalés dans le système d'utilisation de chaleur de la chaudière à va- peur. Il est connu que 3 % et davantage de la chaleur utile du combustible sont perdus par le refroidissement du four à cuve. Ce montant peut être nota- blement réduit si on effectue par exemple le refroidissement de la cuve et, dans certaines circonstances, le refroidissement des étalages et de l'ouvra- ge du four au moyen d'éléments refroidisseurs à circulation d'eau, dont le circuit est raccordé au système de chaudière.
Dans un système combiné de four à cuve et de chaudière à vapeur, il faut, dans certaines circonstances, - par exemple lorsque le four à cuve est destiné à la production de fer - compter avec le fait qu'il se produit des variations dans la quantité et la qualité du gaz de gueulard amené à la chaudière à vapeur. Par exemple, le mode de fonctionnement d'un four à cuve rend de temps en temps nécessaires de courts arrêts. Pour atteindre malgré cela une production uniforme de vapeur d'eau de la chaudière, il est avanta- geux, conformément à l'invention, pour un système combiné de four à cuve et de chaudière à vapeur, de prévoir un chauffage additionnel réglable pour la chaudière à vapeur. En raison de la facilité du réglage, il est avantageux d'employer, comme combustible additionnel, du gaz, de l'huile ou du charbon pulvérisé.
Mais l'obtention d'une production uniforme de vapeur peut égaie-
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ment être atteinte par l'emploi d'un accumulateur de vapeur.
Un avantage technique additionnel important du système combiné de four à cuve et de chaudière à vapeur selon l'invention résulte du chauf- fage préalable particulier du vent destiné au four à cuve. Dans les fours à cuve connus,qui travaillent avec chauffage préalable du vent, en particu- lier dans de tels fours qui exigent un chauffage préalable du vent au-delà de 500 C environ, il est nécessaire d'admettre dans l'appareil de chauffage préalable du vent = par exemple des Cowper ou des récupérateurs - du gaz de gueulard épuré dans une grande mesure en vue de sa combustiono C'est un grand avantage du système combiné selon l'invention que le chauffage préa- lable du vent a lieu avec du gaz de gueulard non épuré,
de sorte qu'on réa- lise une économie importante de frais d'installation.Par le fait que la to- talité du bitume contenu dans le gaz de gueulard est brûlé en gaz permanents dans la chambre de combustion située au-dessus du four à cuve, le dépôt de suie dans le système tubulaire du réchauffeur préalable d'air est pratique- ment exclu.
Dans beaucoup de cas, il est avantageux d'élever la température dans la chambre de combustion à un point tel que les poussières minérales contenues dans le gaz de gueulard soient complètement fondues, car dans ce cas la plus grande partie de ces poussières est séparée sur une grille de granulation.Si, dans de tels cas, la production de vapeur du système est li- mitée à un minimum, il est avantageux d'utiliser au moins le faisceau tubu- laire de la grille de granulation pour la production de vapeur, car, dans le cas de l'admission d'air sur ce faisceau tubulaire et de l'utilisation de celui-ci pour le chauffage préalable de l'air, les températures des tubes s'élèveraient trop fortement.Mais il existe également la possibilité de sup- primer complètement la production de vapeur dans le système selon l'inven- tion lorsqu'on utilise les faisceaux tubulaires,
qui doivent supporter une charge élevée, faisceaux tubulaires auxquels peut également appartenir le .re- vêtement de la chambre de combustion, pour le chauffage d'air qui se trouve à un niveau de pression notablement plus élevé, par exemple au-dessus de 20 atm, car dans ce cas la transmission de chaleur est notablement accrueo De telles combinaisons ne sont en général possibles qu'en association avec des turbines à air chaud.
On peut également réaliser ce mode opératoire en ne brûlant, dans la chambre de combustion disposée au-dessus du four à cuve, pour le gaz de gueulard, que la partie qui est nécessaire pour le chauffage préalable du vent, tandis que l'autre partie du gaz, qui est en général plus grande, est soumise à une opération normale d'épuration de gaz et est utili- sée à l'état de gaz épuré.
La caractéristique essentielle du huitième exemple de réalisation du système combiné de four à cuve et de chaudière à vapeur selon la présente invention consiste en ce que deux fours à cuve au moins sont reliés à une chaudière à vapeur de telle manière qu'ils fournissent du gaz à celle-ci.
Lorsqu'on fait fonctionner le four à cuve avec coulée liquide, et en parti- culier lorsque le four à cuve est simultanément destiné à l'obtention de fer, un tel système combiné implique des difficultés importantes en raison des pro- ductions relativement inégales de gaz du four à cuve, - alors que, pour le fonctionnement d'une chaudière, l'une des conditions les plus importantes est l'amenée et la combustion aussi uniformes que possible et réglables aussi exactement que possible du combustible.Mais le fonctionnement de fours à cu- ve à coulée liquide, en particulier de fours à cuve qui servent à l'obtention de fer, comporte certaines Irrégularités.
Celles-ci reposent, en particulier, sur la perméabilité variable et difficile à régler de la zone de fusion du four par rapport au gaz, et en outre sur des phénomènes de séparation du mé- lange du lit de fusion composé de plusieurs constituants, et en particulier sur la discontinuité qui est provoquée dans le fonctionnement du four par la coulée périodique.
La présente invention fournit une solution du problème consis- tant à adapter autant que possible l'un à l'autre la production de gaz par le
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four à cuve et le besoin de gaz de la chaudière. Les mesures selon l'inven- tion concernent le cote du four à cuve. Elles partent de la constatation que, dans le cas de l'addition des effets de plusieurs organes, du même gen- re par eux-mêmes, dont les effets individuels sont soumis à des variations notables mais irrégulières, la somme des effets présente des variations plus faibles.
L'application de cette constatation au cas présent consiste en ce que, au lieu d'un seul four à cuve coopérant organiquement avec une chaudiè- re à vapeur, on dispose deux ou un plus grand nombre de fours à cuve - dont chacun possède une production réduite de façon correspondante -, de sorte que deux ou un plus grand nombre de fours cèdent leur gaz à une chaudière à vapeur. L'action de cette mesure sur l'ensemble du système est la suivante:
La variation de la production de gaz, exprimée en puissance ca- lorifique, est par exemple de +¯ 10 %. La puissance calorifique consiste en chaleur sensible et en chaleur chimiquement liée. Si l'on divise le grand four à cuve en deux fours ayant chacun la moitié de la capacité de produc- tion de celui-ci, chacun d'eux doit fournir 50 % de la production totale de gaz.
Son propre écart dans la production de gaz est -encore de 10 % de ces 50 %, c'est-à-dire 5 % de la quantité totale de gaz. Comme ces variations irrégulières se compensent dans une grande mesure lorsqu'on réunit.les gaz provenant de plusieurs fours, on peut par suite, dans le cas de la réparti- tion de la production totale de gaz à deux fours à cuve, compter avec une variation qui n'est pas supérieure à 2-3 % environ.
La répartition, conformémentà l'invention,de la production to- tale des fours à cuve présente encore un autre avantage important, qui est basé sur le fait que des chaudières à vapeur exigent dans la plupart des cas qu'on puisse régler-notablement et rapidement leur production. Si la chaudiè- re à vapeur est combinée avec un seul four à cuve, ce réglage de la produc- tion de la chaudière provoque une forte variation dans le fonctionnement du four à cuve, qui se fait sentir dans la nature et la quantité de ses pro- duits. Un fonctionnement convenable d'un four à cuve combiné avec une seule chaudière à vapeur, soumise au réglage, n'est par suite pas possible ou est tout au moins rendu difficile.
Conformément à l'invention,, dans le cas où deux ou un plus grand nombre de fours à cuve doivent fournir à une chaudière le gaz qu'ils produisent, on fait fonctionner l'un des fours comme four de réglage, tan- dis qu'on fait fonctionner l'autre ou les autres fours aussi régulièrement que possible et seulement ou de façon prépondérante d'après les points de vue métallurgiques.L'un au moins des fours à cuve, travaillant dans la com- binaison selon l'invention, peut alors fournir de façon permanente des pro- duits de haute valeur et uniformes, avec une diminution simultanée très im- portante dans la variation de la production de gaz pour la chaudière à va- peur.
Le neuvième exemple de réalisation de l'invention consiste en un système combiné de four à cuve et de chaudière à vapeur, qui comporte un refroidissement du four à cuve, dans lequel le four à cuve est muni d'élé- ments refroidisseurs individuels à circulation d'eau, avec lesquels la quan- tité d'eau s'échappant en cas de fuite est automatiquement limitée.
Dans un système combiné de four à cuve et de chaudière à va- peur, muni d'un tel dispositif de refroidissement de four à cuve, il est par- ticulièrement avantageux d'utiliser le refroidissement du four à cuve pour le chauffage préalable de l'eau d'alimentation de la chaudière à vapeur.
On connait déjà des dispositifs de refroidissement de fours à cuve, dans lesquels, par exemple, le four est, dans sa partie chaude, en- touré d'une chemise à circulation d'eau, dans laquelle on produit de l'eau chaude ou de la vapeur. Mais l'emploi de ces dispositifs connus de refroi- dissement de fours à cuve ne s'est pas développé, surtout dans le cas de fours à cuve qui servent à l'obtention de fer, car cette chemise à circula-
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tion d'eau représente, dans le cas de la présence de fer liquide, une grave source de dangers.La possibilité, accrue précisément dans un tel mode de fonctionnement, d'un défaut d'étanchéité de la chemise à circulation d'eau aurait en effet pour conséquence la pénétration d'eau dans la chambre du four,
éventualité qu'il est difficile de contrôler et dont on ne peut prévoir les conséquences et qui, dans certaines circonstantes, pourrait provoquer des ex- plosions dans la chambre du four.
La présente invention évite ces inconvénients et se propose d'u- tiliser la chaleur de l'eau de refroidissement également dans le cas de fours à cuve qui produisent du fer à l'état liquide ou dans lesquels il existe des conditions qui empêchaient jusqu'ici l'utilisation de la chaleur de l'eau de refroidissement en conservant la sécurité de fonctionnement. Ce problème est résolu, conformément à l'invention, par le fait que la chemise à circulation d'eau est remplacée par un nombre assez grand d'éléments refroidisseurs, dont chacun est construit comme un petit générateur de vapeur et comporte une ar- rivée réglable de l'eau de condensation.
La sécurité de fonctionnement désirée est obtenue en particulier par le fait qu'il est prévu des dispositifs qui, lorsqu'il se produit une fuite dans un tel élément refroidisseur, assurent l'obturation la plus rapide de cet élément par rapport à l'arrivée d'eau ou sa mise automatique hors circuit.
Il est décrit ci-après deux modes différents de refroidisse- ment du four à cuve :
Le premier mode de refroidissement du four à cuve consiste dans l'application du principe de la chaudière de Schmidt au présent problème de refroidissement.La chaudière de Schmidt présente, comme il est connu, un circuit intérieur fermé d'eau de la chaudière, qui cède sa chaleur, à l'ex- térieur de la chaudière ou à l'extérieur de la région des gaz de chauffage, dans des échangeurs de température particuliers, à un circuit extérieur d'eau ou de vapeur d'eau, dans lequel une turbine à vapeur, par exemple, est inter- calée Conformément à l'invention, chaque élément de refroidissement du four à cuve est construit comme une chaudière de Schmidt, c'est-à-dire qu'il est parcouru par un circuit d'eau fermé, qui cède sa chaleur,
en un endroit ap- proprié, à distance du four, dans un échangeur de température particulier, à un deuxième circuit d'eau ou de vapeur, dans lequel la chaleur est utili- séeCe deuxième circuit est avantageusement commun à tous les éléments re- froidisseursoAvec ce mode de refroidissement, la quantité d'eau, qui peut au maximum pénétrer dans le four à partir d'un endroit où il se produit une fuite, est limitée à la faible quantité qui est contenue dans le premier cir- cuit fermé de l'élément refroidisseur considéré. Par ailleurs, dans le cas d'un défaut d'étanchéité, même faible, la pression dans le premier circuit fermé de l'élément refroidisseur tombe rapidement, de sorte que le défaut peut être immédiatement décelé et que des contre-mesures appropriées peuvent être prises.
L'avantage du mode de refroidissement décrit du four à cuve con- siste, en outre de l'utilisation des pertes notables de chaleur dues au re- froidissement par eau, dans l'économie d'eau de refroidissement. Comme il est connu,notablement dans le mode de refroidissement employé jusqu'ici, en par- ticulier de hauts=fourneaux., l'amenée des grandes quantités d'eau de refroi- dissement nécessaires en beaucoup d'endroits du four constitue un problème difficile.
La réalisation technique du refroidissement du four à cuve se- lon l'invention a lieu en se basant sur la suppression aussi complète que possible de tout risque en considération du traitement métallurgique assez rude. Les caractéristiques de construction d'un autre mode de refroidisse- ment du four à cuve sont les suivantes:
On utilise des tubes de refroidissement à circulation d'eau avec
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un écoulement uniforme nettement dirigée On a utilisé jusqu'ici, pour le re- froidissement par eau de fours à cuve, des corps en forme de caissons, dans lesquels il se produit un écoulement irrégulier et complètement inégal. De tels corps sont, par exemple, les chemises à circulation d'eau de générateurs et de fours à cuve, les tuyères de soufflage coulées, les caissons à tuyères de soufflage, etc.. de fours à cuve et analogues.
Comme exemple de la con- structièn améliorée conformément à l'invention, il est représenté schémati- quement sur la figo 3 la construction d'une tuyère de soufflage . 101 dési- gne le tube de refroidissement avec l'arrivée d'eau 102 et l'évacuation d'eau 103..De manière en soi connue, le tube de refroidissement est enroulé en hé- lice sur lui-même de telle manière qu'il revient sur lui-même et que l'arri- vée et l'évacuation de l'eau sont situées sur le même côté.. 104 désigne le corps de tuyère à protéger par le tube de refroidissement 101 et qui peut être construit en plusieurs parties.
Au lieu d'un tube enroulé en hélice au- tour de la tuyère, on peut, pour raccourcir le trajet de l'eau, également employer plusieurs tubes enroulés en hélice, avec arrivée et évacuation d'eau distinctes.Ces tubes enroulés en hélice sont alors disposés l'un à la suite de l'autre dans la direction de la tuyère, ou bien les différentes hélices sont enroulées l'une à l'intérieur de l'autre. Les tubes de refroidissement consistent, selon la transmission de chaleur nécessaire dans chaque cas, en cuivre électrolytique, en bronze, en acier, etc...
La paroi du four elle-même est, conformément à l'invention, éga- lement refroidie par des tubes, qui s'étendent essentiellement en direction verticale ou essentiellement en direction horizontale; on peut également utiliser ces deux genres de tubes sur un même four. Les tubes verticaux ont en général l'avantage qu'ils permettent une circulation naturelle de l'eau, tandis que des tubes s'étendant dans une direction horizontale doivent avoir recours à une circulation forcée.Malgré cet inconvénient, on emploie, con- formément à l'invention, avantageusement des tubes horizontaux dans la par- tie inférieure du four à cuve, dans laquelle les produits liquides, tels que la scorie et le fer, exercent dans certaines circonstances une forte pres- sion de l'intérieur sur la paroi du four.
Les tubes annulaires qui, dans une telle construction, sont disposés l'un au-dessus de l'autre et enveloppent de l'extérieur, par exemple l'ouvrage du four, peuvent supporter des forces notables en direction radiale et rendent superflu le fort blindage jusqu'ici nécessaire en cet endroit.Il suffit au contraire d'envelopper les tubes, de l'extérieur,avec une chemise en fer relativement mince, qui assure l'é- tanchéité du four au gaz.
Pour rendre aussi faibles que possibles les pertes par refroi- dissement, on rend aussi grand que possible l'écartement entre les tubes in- dividuels de refroidissement. Dans le cas de tubes à section transversale ovale, on dispose les tubes de telle manière que le grand axe de la section transversale soit situé dans la surface latérale du four.
On peut également obtenir un écartement additionnel des tubes, avec un refroidissement aussi uniforme que possible du four, par le fait qu'on munit les tubes de nervures ou pointes métalliques, qui remplissent plus ou moins l'espace compris entre deux tubes adjacents.Dans des régions de la paroi du four dans lesquelles il faut compter sur la présence de scorie ou de métal liquide, on prévoit, conformément à l'invention, un revêtement des tubes ou un revêtement des in- tervalles entre les tubes avec des matières céramiques, qui résistent dans une grande mesure à l'attaque des produits liquides.
Comme telles matières céramiques il convient d'employer par exem- ple du carbure de silicium, une masse de charbon damée, ou d'argile réfrac- taire, ou de minerai de chrome, entre autres.On dispose avantageusement les tubes de refroidissement, pour réduire le dégagement de chaleur, dans une ma- tière isolante, par exemple de la terre d'infusoires.
La fig. 4 représente schématiquement en coupe, une partie du creuset d'un four à cuve avec un système de refroidissement selon l'invention; la fig; 5 représente schéma- tiquement une section transversale du creuset d'un four avec le système de refroidissement correspondant. 105 désigne la maçonnerie réfractaire du
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four (figo 4 et 5). 106 désigne des tubes de refroidissement, de section transversale ovale, avec des pointes métalliques rapportées 107. 108 dési- gne la masse damée de minerai de chrome, qui entoure de tous côtés les tubes
106 et leurs pointes 107.
109 désigne l'enveloppe métallique du four, étan- che au gaz 110 (figo 5) désigne le circuit primaire, fermé sur lui-même, de l'eau pour un élément refroidisseuro 111 désigne l'échangeur de tempéra- ture pour la transmission de chaleur à partir du circuit primaire 110 au cir- cuit secondaire ou circuit de travail 112, commun à tous les éléments refroi- disseurs avec une turbine à vapeur 113. 114 désigne l'organe indicateur ou autre, qui entre en action dans le cas d'une diminution de pression dans le circuit primaire 1100
Dans le dixième exemple de réalisation de l'invention, il s'agit d'un système combiné de four à cuve et de foyer, dans lequel le foyer (par exemple une chaudière à vapeur) comporte un dispositif pour l'amenée d'air secondaire.
Les caractéristiques particulières de cet exemple de réalisation et les avantages techniques pouvant être atteints avec celui-ci résultent des explications suivantes:
Si, conformément à la présente invention, le gaz de gueulard, ob- tenu dans un four à cuve, sert au chauffage des chaudières à vapeur ou autres fours industriels, de tels appareils de chauffage au gaz travaillent en général avec un rendement d'autant meilleur que la température initiale du gaz à brûler est plus élevée.
Ce fait constitue une base essentielle addition- nelle de la présente invention, qui est caractérisée par les points suivants: La hauteur de la couche dans le four à cuve, fonctionnant principalement avec du vent préalablement chauffé, est seulement telle qu'il se produit une réaction complète de l'oxygène insufflé avec le charbon de la charge, en formant principalement de l'oxyde de carbone, et, dans le cas de la présence de minerai de fer dans le lit de fusion, on renonce dans une grande mesure à la réduction indirecte. Ceci signifie que, des parties existant normalement dans un four à cuve - ouvrage, grille et cuve il n'existe, dans le four à cuve selon l'invention, que l'ouvrage et la grille, cette dernière dans certaines circonstances sous une forme raccourcie.
Le résultat de cette mesure est que le gaz de gueulard sortant de la charge est très chaud, d'une température supérieure de plusieurs centaines de degrés à celle du gaz de gueulard dans un four à cuve de construction et de fonctionnement normaux.
On fait arriver le gaz de gueulard, avec cette température de sortie élevée, par une conduite convenablement calorifugée, au dispositif de chauffage placé au voisinage immédiat du four à cuve ; dans la plupart des cas, il s'agit d'un dispositif de chauffage d'une chaudière à vapeur, car une chaudière à vapeur peut être facilement montée au voisinage immédiat du four à cuveo Le gaz de gueulard est normalement brûlé dans le dispositif de chauffage avec de l'air secondaire. On peut, en particulier dans le cas de chaudières, fondamentalement faire fonctionner celles-ci également comme des chaudières chauffées par des gaz brûlés, le gaz de gueulard refroidi étant recueilli pour être utilisé ultérieurement.
Il y a lieu de remarquer, comme avantage particulier, qu'un four à cuve fonctionnant conformément à l'invention peut travailler avec du charbon bitumineux, sans qu'il se présente les difficultés connues occasionnées par les constituants goudronneux contenus dans le gaz de gueulard. Dans le four à cuve fonctionnant conformément à l'invention, les constituants bitumineux subissent un cracking en raison des températures élevées du gaz de gueulard et ne peuvent pas se séparer comme goudron ou brai ensouillant le système de conduites.Au contraire, le gaz est carburé de manière efficace par les constituants goudronneux ayant subi le cracking.
Pour différentes applications du gaz de gueulard chaud comme gaz de chauffage, il est avantageux de dépoussiérer celui-ci avant la combustion. On dispose, pour ce dépoussiérage, de différents appareils et mesures.
Conformément à l'invention, pour obtenir un gaz de gueulard pauvre en pous-
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sières, on élargit le four à cuve au-dessus de la charge, par exemple'en for- me de trémie, pour diminuer ainsi la vitesse du gaz, avant que celui-ci soit évacué de la partie supérieure du four.
REVENDICATIONS.
1) Système combiné de four à cuve (par exemple haut-fourneau, four à cuve bas, générateur à coulée) et de foyer (par exemple chaudière à vapeur, chaudière chauffée par des gaz brûlés, four industriel, brûleur à gaz), caractérisé en ce qu'on utilise, comme installation de chauffage pour le foyer, un four à cuve (par exemple haut-fourneau, four à cuve bas, géné- rateur à coulée) relié directement à ce foyer et servant en même temps à la production de métal (par exemple de fer).
2) Système combiné de générateur à coulée et de foyer, caracté- risé en ce que le générateur à coulée comporte au moins une paroi en commun avec la chambre de combustion du fopere
3) Système combiné de générateur à coulée et de foyer selon Re- vendication 1 ou 2, caractérisé en ce que le générateur à coulée est con- struit de manière à comporter une couche peu épaisse de charbon, de sorte que le gaz produit passe à température élevée dans la chambre de combustion du foyer (par exemple chaudière à vapeur).
4) Système combiné de générateur à coulée et de chaudière à va- peur selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que, en- tre l'appareil de gazéification et la chambre de combustion est ménagée une ouverture en forme de tuyère, qui maintient dans l'appareil de gazéifica- tion une pression plus élevée et qui assure un bon mélange avec l'air de combustion lors de l'écoulement des gaz de chauffage dans la chambre de com- bustion de la chaudière.
5) Système combiné de générateur à coulée et de chaudière à va- peur selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que, en avant de la chambre de gazéification du générateur à coulée est disposée une - chambre de chauffage préalable et de distillation lente pour le charbon, qui est parcourue par une partie du gaz produit dans l'appareil de gazéifi- cation, comme gaz de balayage.
6) Système combiné de générateur à coulée et de chaudière à va- peut selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que le passage du charbon à partir de la chambre de chauffage préalable et de dis- tillation lente dans la chambre de gazéification est commandé par un organe régulateur particulier, qui règle la hauteur de la couche de charbon dans la chambre de gazéification.
7) Procédé pour l'utilisation du système combiné selon Revendi- cations 2-5, caractérisé en ce qu'un minerai (par exemple un minerai de fer) est ajouté au charbon de gazéification.