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BRULEUR DE CHAUFFAGE POUR FOURS INDUSTRIELS TELS QUE LES FOURS D' AFFINAGE A SOLE.
Le travail métallyrgique dans les divers procédés d'affinage, en particulier, dans le cas d'affinage sur sole, exige une commande variable de la flamme. Pendant la fusion dans le four à sole, il convient d'opérer avec une flamme courte et chaude, tandis que pendant la période d'ébullition il y a lieu d'utiliser une flamme balayant le bain et couvrant le bain et couvrant autant que possible toute sa largeur.
Comme la configuration de la flamme dans le four à sole est essentiellement déterminée par la forme de construction du profil de la tête du four, il n'existe que des possibilités relativement faibles, par le réglage des proportions de gaz et d'air introduites, d'adapter la commande de la flamme aux conditions métallurgiques désirées du moment.
Pour obtenir un pouvoir éclairant suffisant de la flamme, on ajoute au mélange gazeux, lorsqu'on ne dispose que de gaz de chauffage faibles ou non éclairants, des agents de carburation. On a effectué habituellement la carburation en installant dans la paroi terminale du four des tuyères de carburation qui introduisent dans le courant de gaz et d'air un agent de carburation. De cette façon une partie importante de l'agent de carburation était prématurément oxydée et dissociée par le courant d' air ascendant dès la sortie de la tuyère. On n'atteignait par conséquent que très imparfaitement le résultat recherché; d'autre part, les tuyères devaient être souvent nettoyées, ce qui présentait un grand désavantage.
Un autre inconvénient de ce mode opératoire est que la maçonnerie dans la zone de l'entrée des tuyères est soumise à un échauffement excessif et
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vite détruite par les flammes chaudes qui s'y forment.
Rien ne fut changé à ces circonstances préjudiciables lorsqu'on essaya d'introduire les tuyères latéralement et obliquement à la tête du four de telle sorte que le mélange carburant soit entraîné par le courant de gaz et d'air dans la direction de celui-ci.
La suggestion de disposer les tuyères à travers la voûte contre la direction des gaz ou dans cette direction n'élimine pas ces difficultés, mais ajoute au contraire l'inconvénient supplémentaire d'affaiblir la strue- ture de la voûte par l'installation des tuyères, ce qui entraîne inévitablement avec l'échauffement excessif de la voûte une usure prématurée de la partie supérieure du four.
On a aussi proposé d'insérer les tuyères de carburation habituelles dans l'autel de foyer. Cette disposition ne s'est pas non plus montrée satisfaisante dans la pratique des opérations, car d'une part cet emplacement n'est que difficilement accessible et d'autre part l'autel de foyer augmente habituellement d'épaisseur dans le parcours du four, de sorte que l'effet recherché s'affaiblit bientôt constamment.
Dans tous les cas,on était obligé d'introduire les agents de carburation dans le four par plusieurs tuyères, car, le fonctionnement à tuyère unique, le revêtement réfractaire du four est soumis localement à des fatigues thermiques excessives par la combustion rapide de l'agent de carburation au voisinage de la tuyère. Le fonctionnement à plusieurs tuyères est pratiqué par exemple en opérant la fusion avec trois tuyères et en terminant le traitement du bain avec une tuyère. Dans ce cas, on a aussi proposé d' améliorer la commande de la flamme en donnant aux tuyères différentes sections, de sorte que, suivant la quantité d'agent de carburation nécessaire, les tuyères correspondantes soient mises en service.
Un tel fonctionnement à plusieurs tuyères permet, il est vrai, de faire varier dans une certaine mesure la commande de la flamme, mais se montre trop compliqué dans la pratique.
Outre les insuffisances déjà mentionnées, les tuyères de carburation connues présentent toutes l'inconvénient général qu'on ne peut éviter avec elles une combustion et un cracking prématurés des produits utilisés pour la carburation, de sorte que la consommation d'agent de carburation est anormalement grande et que l'exploitation est rendue peu économique.
D'autre part, avec les modes de réalisation connus des tuyères comme on ne peut pas obtenir avec celles-ci une flamme dirigée avec force sur le bain, le bouillonnement du bain qui, on le sait gêne fortement la transmission de chaleur de la flamme n'est pas modéré d'une manière suffisante, ce qui effectue défavorablement le rendement du four, la résistant le la partie supérieure du four et la qualité de l'acier. En outre, dans les dispositifs de carburation proposés, la surveillance et le fonctionnement des installations imposent aux servants du four une surcharge indésirable.
L'invention a pour objet un brûleur de chauffage qui, en éliminant les inconvénients mentionnés précédemment, permet d'une façon simple et économique dans un four industriel quelconque, plus particulièrement dans les fours d'affinage sur sole pour la préparation de l'acier, la carburation de gaz de chauffage habituels avec des agents de carburation quelconque avec obtention d'une flamme variable et dirigée.
Selon l'invention, dans un brûleur à gaz, tel que ceux connus en soi qu'on utilise par exemple pour l'entrée des gaz dans les fours Martin-Siemens et que l'on installe en général dans une chemise refroidie par l'eau de la paroi terminale du four, on dispose une buse de carburation de telle façon que les agents de carburation parviennent au centre du courant de gaz de chauffage en faisant par exemple déboucher la buse de carburation
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au centre de ce courant.
L'agent de carburation, tel que huile de goudron, résidu de distillation (huile de chauffage, brai sec ou gras), poussier de lignite ou de houille ou autre, est introduit immédiatement (éventuellement à l'aide d'un support tel que l'air comprimé) dans le gaz de chauffage par la buse de carburation sans que l'agent de carburation vienne en contact direct avec l'oxygène de l'air comburant à la sortie de la buse ou immédia- tement après. On effectue ainsi une oxydation progressive de l'agent de carburation et on évite sa combustion et son cracking prématurés.
Le brûleur à gaz disposé obliquement dans la paroi terminale du four et qui porte la buse destinée à l'agent de carburation est constitué avantageusement selon l'invention de telle sorte que sa partie supérieure recouvre comme une coiffe la sortie du gaz de chauffage et de l'agent de carburation. Cette coiffe pénètre dans le courant d'air ascendant auquel elle fait subir une certaine retenue; cela produit d'une part un bon mélange de gaz, d'air et d'agent de carburation et empêche d'autre part que le courant d'air ascendant écarte la flamme du bain de fusion. En conséquence on obtient une flamme brillante dirigée avec force, qui combat le bouillonnement du bain.
Afin que le guidage des gaz puisse être adapté aux conditions de fonctionnement et métallurgiques voulues, on dispose de préférence le brûleur de chauffage d'une façon déplaçable longitudinalement pour pouvoir régler la température de flamme dans de larges limites, on peut installer en-dessous du courant de gaz de chauffage débouchant du brûleur sous la coiffe de buse du orÛleur une autre buse servant à introduire un comburant, par exemple de l'oxygène comprimé ou de l'air enrichi d'oxygène.
La grande vitesse de sortie du comburant imprime au gaz de chauffage à la manière d'un injecteur une vitesse accélérée qui donne à la flamme une direction particulièrement nette et précise avec production d'une température de combustion élevée. Par réduction ou augmentation de l'addition de comburant d'une part et de la quantité de gaz de chauffage et d'agent de carburation introduits d'autre part, en association avec un déplacement axial en avant ou en arrière du brûleur, on est en mesure à tout moment de créer une flamme courte ou longue à volonté et de pouvoir éclairant quelconque.
Il est alors important que la diminution de vitesse des gaz qui se produit automatiquement lorsqu'on réduit le débit du gaz de chauffage soit compensée par une addition mesurée appropriée d'oxygène comprimé; en cas de besoin, on peut augmenter encore la vitesse du mélange gazeux.
Enfin, on augmente encore sensiblement la possibilité de guidage de la flamme en rendant le brûleur mobile aussi bien verticalement qu' horizontalement au moyen d'un dispositif de réglage simple, de façon à pouvoir établir un angle d'entrée quelconque du courant de gaz de chauffage.
Grâce au guidage dirigé de la flamme à l'aide du brûleur selon l'invention, une grande partie du bain de fusion, par exemple, les deux tiers de la surface du bain d'un four Martin-Siemens peuvent être balayés par la flamme carburée ; lorsqu'il s'agit de fondre par exemple de la ferraille, on peut établir, par une addition plus forte d'oxygène et retrait du brûleur, avec éventuellement réduction du gaz de chauffage ou de l'agent de carburation une flamme courte fortement oxydante qui, par choc sur la ferraille, agit d'une manière particulièrement intense.
On élimine ainsi les difficultés qu'onrencontrait souvent pour fondre de la ferraille peu compacte. Au besoin, on engendre une flamme éclairante réductrice dirigée violemment sur le bain par réduction de l'addition d' oxygène et réglage correspondant du gaz de chauffage avec addition de l' agent de carburation et en avançant le brûleur.
Le brûleur de carburation selon la présente invention procure aux points de vue technique et économique des avantages considérables dans l'opération de fusion ; obtient une transmission de chaleur particulière-
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ment favorable de la flamme à la surface du bain, de sorte que la consommation de chaleur par tonne d'acier produit est très réduite. Le rendement de fusion des fours est augmenté (dans les fours Martin-Siemens), on peut obtenir une réduction moyenne d'environ 15% du temps nécessaire à la fusion) et on prolonge la résistance du revêtement réfractaire du four par rapport à celle qu'on obtient en utilisant des brûleurs de carburation de type habituel.
On obtient une allure de four plus chaude qui a une influence favorable aussi.bien sur le déroulement des réactions métallurgiques dans le bain de fusion que sur la fluidité du métal fondu, ce qui présente des avantages particuliers pour la production des alliages d'acier. Un échauffement excessif du four du côté de l'entrée de gaz est éliminé grâce à la combustion progressive de l'agent de carburation au moyen du brûleur selon l'invention. Le réglage précis des proportions de gaz, d'oxygène et d'agent de carburation permet non seulement d'adapter immédiatement aux conditions métallurgiques voulues du moment la commande de la flamme au point de vue de la direction,de la longueur et de l'angle d'entrée, mais permet aussi de l'accorder au mieux avec chaque gaz de chauffage.
Le brûleur selon l'invention est particulièrement intéressant dans le cas où, par exemple en cas d'insuffisance de gaz de chauffage, les agents de carburation sont utilisés auxiliairement dans une proportion importante comme moyen de chauffage. Dans ce cas, si l'on utilise des brûleurs de type habituel, on rencontre des difficultés du fait que ceux-ci ne peuvent pas satisfaire le besoin accru en oxygène et que par suite de la com- bustion incomplète du combustible la flamme se charge fortement de suie.
Par un réglage approprié de la quantité d'oxygène introduite dans la buse d'oxygène selon l'invention, ces difficultés sont éliminées. Avec ce mode opératoire, on peut éventuellement remplacer 50% du gaz de chauffage par une quantité correspondante d'agents de carburation.
Le brûleur à gaz selon l'invention offre en outre le grand avantage qu'on peut introduire dans le four par une tuyère unique, à côté du gaz de chauffage, aussi bien des produits de carburation avec leurs supports que des matières comburantes. Il n'est plus nécessaire d'utiliser plusieurs tuyères pour obtenir le résultat recherché. Le fonctionnement avec une seule tuyère ne nécessite que peu de manoeuvres, qui n'imposent pas au personnel un surcroît de travail important. La simplicité et la facilité de surveillance de l'installation procure par rapport aux formes de réalisation ordinaires des brûleurs de chauffage à gaz une sécurité de fonctionnement plus grande; les tuyauteries courtes et de forme simple n'entraînent que des frais d'installation peu élevés et la construction compacte donne un encombrement très réduit.
Comme ainsi la buse de carburation ne peut plus s@@@rasser de suie, cette buse n'a plus besoin d'être remplacée. L'économie sen@ible en agents de carburation, que l'on réalise en utilisant le brûleur selon l'invention, est particulièrement intéressante.
La description qui va suivre en regard des dessins annexés à titre d'exemple non limitatif fera bien comprendre comment l'invention peut être mise en pratique.
La fige 1 représente en coupe une paroi terminale de four avec un brûleur de chauffage selon l'invention et son dispositif de réglage.
La fig. 2 est une coupe longitudinale du brûleur de chauffage.
La fig. 2 A est une vue du brûleur de la fig. 2 dans le sens de la flèche A.
La fig. 3 est une vue du brûleur de la fig. 2 dans le sens de
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la flèche B. la fig. 3 D est une coupe par la ligne D-D de la fig. 3.
La figo 4 est une vue schématique montrant les possibilités' de réglage du brûleur.
Dans la paroi terminale 1 d'un four de fusion se trouve un caisson refroidi à l'eau 2 pourvu d'un passage pour le brûleur 3. Le passage dans le caisson 2 est suffisamment grand pour permettre tous les mouvements désirés du brûleur de chauffage. Le brûleur de chauffage est disposé et constitué de telle façon qu'il puisse être déplacé axialement, verticalement et horizontalement, comme on va l'expliquer ci-après:
Pour le déplacement axiale le brûleur 3 est lié rigidement à un chariot 4. Le chariot repose sur deux-rails 5. A l'extrémité des rails est disposé un engrenage 6 entraîné.par un moteuro Une traction à chaîne 7 relie l'engrenage au chariot de façon à permettre de déplacer à volonté le brûleur dans la direction axiale.
Par un léger changement de l'angle d'entrée, il est déjà possible de diriger la flamme sur un point quelconque de la plus grande partie de la longueur du bain. Lorsqu'on change l'angle d'entrée, le brûleur, le chariot et le rail tournent autour de l'axe 8. Ce mouvement est effectué au moyen de la tige filetée 9. Celle-ci est articulée sur la colonne de pivotement 10 et les rails 5 par l'intermédiaire de goussets 11 fixés sur eux. En se servant de la poignée 12,on fait tourner la tige filetée jusqu'à ce qu'on ait obtenu l'angle d'entrée voulu.
Pour le déplacement horizontal, tout le dispositif de réglage du brûleur est installé sur une colonne de pivotement 10. Celle-ci se compose de deux parties. La partie inférieure repose sur la plate-forme de four. La partie supérieure, de plus grand diamètre,est emboîtée sur la partie inférieure., Les deux parties sont reliées par la tige filetée 13.
Au moyen de la poignée 14 dont est munie cette tige filetée on peut faire pivoter tout le dispositif.
De légers déplacements suffisent pour diriger la.flamme sur un point quelconque de la largeur de la sole.
La fig. 2 représente en coupe un brûleur de chauffage selon l'invention, tandis que la fig. 2 A le représente vu en bout et la fig. 3 vu de dessous.
Le gaz de chauffage est introduit par le raccord 15 et l'agent de refroidissement par le tuyau 16. L'arrivée de l'oxygène se @@@t par la conduite 17. Le moyen de carburation mélangé avec un support arrive au brûleur par la conduite 18.
La fig. 4 représente schématiquement les possibilités de réglages du brûleur. Dans la partie gauche de la figure il est réglé pour donner une flamme chaude et courte, pour la fusion par exemple, et dans la partie droite b une flamme longue balayant la surface du bain sur les deux tiers de sa longueur, par exemple pourl'ébullitionfinale.