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L'invention concerne une installation à cubilot, marchant de préférence à l'air chaud, et dont les gaz chauds sont extraits au moins en partie, en-dessous de la zone de fusion ou du niveau des tuyères.
On a déjà proposé des cubilots qui marchent au vent chaud et dont les gaz chauds sont extraits en-dessous du niveau des tuyères, la chaleur sensible de ces gaz chauds pouvant être utilisée à l'obtention du vent chaud.
La présente invention a pour but d'apporter des perfectionne- ments en ce qui concerne le fonctionnement,l'utilisation de la chaleur et l'élargissement du domaine des applications métallurgiques par un agen- cement et une conduite correspondant à de telles installations.
L'invention consiste en premier lieu en ce que le fer liquide est extrait de la coupole de préférence continûment et qu'en même temps, que les gaz extraits du cubilot plus ou moins loin en-dessous du niveau des tuyères sont soumis à post-combustion dans une chambre de combustion avec admission d'air, Les gaz peuvent être retirés du cubilot par l'ouverture par laquelle le fer liquide et/ou les scories s'en écoulent lorsqu'on ne prévoit pas des ouvertures de sortie spéciales pour les gaz. On peut trouver à employer ce cubilot en tant que four de refusion pure et en tant que four destiné au traitement des minerais.
Devant le cubilot, on dispose donc avantageusement un avant creuset dans lequel sont conduits selon l'invention le fer liquide, éven- tuellement avec les scories, et les gaz chauds sortant du cubilot, Du fait que le fer peut être extrait de l'avant-creuset à volonté, il est possible de faire passer le fer continûment du cubilot à l'avant creuset. Hors de l'avant-creuset coule d'une part le fer liquide, de manière continue ou par intervalles, et, d'autre part, les gaz chauds peuvent sortir par la région supérieure de l'avant-creuset et être introduit dans une chambre où a lieu la post-combustion réalisée pour dégager la chaleur latente éventuellement présente dans les gaz.
Selon les circonstances, il est indiqué d'entreprendre déjà dans l'avant-creuset une combustion partielle des gaz, par laquelle on atteint d'une part une élévation complémentaire de température et d'autre' part, avec certitude, une atmosphère réductrice dans l'avant-creuset. On peut encore en outre conduire dans la chambre intercalée à la suite de l'avant-creuset, des gaz, qui seront pris du cubilot dans la région située au-dessus de la zone de fusion, ou éventuellement jusqu'au-dessus de la charge du four et qui seront'brûlés de nouveau en même temps dans cette chambre de combustion ou chambre de radiation.
L'avant-creuset comme la chambre de combustion ou de radiation peuvent être équipés d'éléments de chauffage par air qui servent au réchauffement de l'air froid ou à la continuation de l'échauffement de l'air déjà chauffé préalablement.
On peut en outre équiper la chambre de radiation d'éléments producteurs de vapeur ou d'eau chaude. Dans la cheminée à gaz, derrière la chambre de radiation, on peut, en plus, selon un développement ultérieur de l'invention, prévoir un ou plusieurs échangeurs par contact pour le préchauffage de l'air ou de l'eau en producteurs de vapeur.
On obtient une solution particulièrement avantageuse lorsque l'on accouple une batterie de deux ou plusieurs cubilots à un avant-creuset commun et une chambre de radiation commune et une installation d'échange de chaleur.
D'après l'invention, on atteindra désormais une meilleure utilisation non seulement de la chaleur sensible contenue dans le gaz, mais aussi de la chaleur latente.
On peut prévoir la disposition citée de telle façon que le gaz soutiré du cubilot ou de l'avant-creuset soit conduit d'abord à travers un
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échangeur de chaleur et après cet échangeur de chaleur, an dispose une chambre de combustion dans laquelle-sera dégagée la chaleur latente contenue dans le gaz et le gaz sera ensuite conduit à travers un deuxième échangeur de chaleur dans lequel la chaleur pourra être totalement utilisée. Il existe ici à nouveau la possibilité de produire le vent chaud exigé pour le cubilot autant dans le premier que dans le deuxième échangeur de chaleur.
Etant donné cependant qu'il existe un excès important de chaleur, on propose d'incorporer autant dans le premier échangeur de chaleur que dans le deuxième, ou aussi dans les deux, des éléments complémentaires pour la production d'air comprimé chaud ou pour la produc- lion d'eau chaude ou de vapeur. La production d'air comprimé chaud par ce moyen; a l'avantage particulier que celui.ci peut, le cas échéants être utilisé dans une turbine à vent chaud d'une façon avantageuse au point de vue économique. Il existe en même temps la possibilité de conduire également. dans la chambre de combustion, qui est prévue entre les deux échangeurs de chaleur, les gaz montants du cubilot, pour que la chaleur contenue dans ceux-ci puisse aussi être utilisée.
Aucours d'un développement ultérieur de l'invention, la possibilité existe de mettre en oeuvre un procédé particulièrement avantageux pour l'exploitation de l'installation , en particulier quand le cubilot est utilisé pour la réduction des minerais. Ce procédé consiste en substance dans les mesures suivantes ;
La charge du cubilot s'effectue avec un mélange de minerais ou des mitrailles et minerais, scories, produits de laitier et analogues,de même que de combustibles d'espèce différente, par exemple charbon, essen- tiellement en morceaux de même grandeur. Du fait de la chaleur montant de la zone de fusion, le combustible se trouvant dans le puits sera cokéfié ou aura subi un "cracking", et il se produit en même temps une réduction poussée des minerais.
Ces minerais préréduits seront fondus et carbonisés par le coke distillé brûlé dans lz zone de fusion, de sorte qu'un fer utilisable dans la zone de fusion,, de sorte qu'un fer utilisable pourra être produit dans le cubilot. Du fait du retrait des gaz de combustion en-dessous du niveau des tuyères, un surchauffage du fer fondu dans la zone de fusion pourra être réalisé.
En particulier, dans de petites installations et celles où plusieurs échangeurs de chaleur ne sont pas requis ou indiqués, il y a lieu de donner une valeur particulière à la construction plus simple. Pour de tels cas, il est prévu, selon l'invention, une possibilité de réalisa- tion simplifiée. On se base ici sur la notion que la surpression régnant dans le four immédiatement en-dessous de la zone de fusion est souvent suffisante, pour refouler les gaz par un 'échangeur de chaleur à récupération, san qu'il soit nécessaire de prévoir un ventilateur aspirant.
La résistance du récupérateur est normalement si faible vis-à-vis de la ré- sistance à l'écoulement opposée par la matière de la charge aux gaz passant vers le haut dans le four, qu'une quantité considérable de gaz peut prendre le parcours, ayant une résistance moindre, à travers le récupérateur. L'augmentation ou la diminution de la résistance du parcours du gaz à travers le récupérateur ou l'ouverture du prise du gaz, permet d'adapter la quantité de gaz ou de chaleur se répandant à travérs le récupérateur aux besoins de chaleur de l'air à réchauffer. On peut enlever les gaz du cubilot aussi bien par une que par plusieurs ouvertures que 1-'ci. peut alors prévoir exactement en-dessous des tuyères ou encore décalées par rapport à celles-ci.
Une réalisation particulièrement simple de l'invention est celle ou l'on utilise l'ouverture d'écoulement du fer et des scories pour la prise des gaz. L'ouverture de sortie du récupérateur peut être reliée d'une façon plus simple avec la chambre à étincelles ou la cheminée du bucilot.
On peut aussi réintroduire les gaz d'échappement qui quittent le récupérateur dans la partie supérieure de la colonne de chargement du four.
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Si l'on veut appliquer l'invention à une installation de cubi- lot à vent chaud existante de laquelle les gaz seront retirés du cubilot au-dessus de la charge ou à une hauteur quelconque au-dessus de la zone de fusion et introduite dans le récupérateur avec ou sans'combustion ul- térieure, alors une modification d'une telle installation selon le prin- cipe de l'invention est aisément possible par l'introduction complémentaire d'une ou plusieurs ouvertures de prise du cubilot, en-dessous du niveau des tuyères, qui conduisent les gaz sortants dans la chambre d'accès du récupérateur existant. Ces gaz passent à travers le récupérateur, en commun avec les gaz restants qui quittent le four à un autre endroit.
Dans des installations de ce genre, mais plus anciennes il apparaît souvent que dans la partie supérieure du four, règne une chaleur de gueulard indésirable, qui, par exemple , endommage- les engins centraux de chargement si'l'on en fait usage. Dans de telles installations, et peut éliminer le foyer supérieur de la façon la plus simple par ll'adaptation ultérieures des mesures selon l'invention, et, comme d'ailleurs lors de l'application de l'invention, l'installation peut être conduite avantageusement avec une pression de vent moindre que celle habituellement utilisée juqu'à présent dans'les installations ordinaires.
La pression du vent peut être diminuée selon la grandeur du four et les circonstances jusqu'à 200-300 mm d'eau.
Il est entendu que l'invention pourra être mise en oeuvre en prévoyant un récupérateur commun pour plusieurs fours.
Selon les circonstances, il peut être avantageux, selon un développement ultérieur de l'invention, de ne pas insuffler le vent dans le four d'une façon centrale, mais de diriger les tuyères à vent selon la tangente ou de donner aux tuyères une direction qui se situe entre la direction centrale et celle de la tangente. Avec ceci, il est avantageux, selon les circonstances et compte tenu de l'extension de la zone de fusion, de régler les tuyères non pas horizontalement, mais obliquement et notamment de préférence obliquement vers le haut.
Il est en outre possible ici de prévoir dans la canalisation d'amenée des gaz vers le récupérateur, une chambre de post-combustion et de dépoussiérage, qui sera avantageusement conçue en forme de cyclone.
Dans cette chambre, on peut introduire en même temps de l'air frais pour exécuter une post-combustion des parties composantes combustibles, éventuellement contenues dans les gaz s'écoulant vers le récupérateur, et pour régler à une valeur constante choisie la température des gaz entrant dans le récupérateur. Dans le cas où le réglage de la température ne devrait pas se faire au moyen d'air frais, on peut, à titre d'exemple par l'emploi d'un petit ventilateur qui prend par exemple des fumées à la cheminée, mettre aussi en application la rétro introduction connue des fumées.
Dans le dessin , on a représenté schématiquement, à titre d'exem- ple, diverses possibilités de réalisation.
La fig. 1 représente une installation de cubilot correspondant à l'idée fondamentale de l'invention avec avant-creuset , chambre de radiation et échangeur de chaleur complémentaire, en coupe verticale.
La fig. 2 représente en schéma la coupe horizontale d'une installation où trois cubilots travaillent sur un avant-creuset commun avec chambre de radiation et échangeur de chaleur complémentaire.
La fig. 3 représente une autre forme de réalisation relative à la disposition de l'échangeur de chaleur et de la chambre de combustion sans avant-creuset.
La fige 4 représente une forme de réalisation simplifiée, qui est spécialement appropriée aux installations plus petites ou à transformer.
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Dans la forme de réalisation d'après les fige 1 et 2, le fer liquide et les gaz chauds seront retirés au cubilot 1 en-dessous de la zone de fusion et seront conduits à travers la canalisation 2 de 1-lavant- creuset 3. Les scories peuvent être évacuées en même temps par la canalisation 2 ou à travers une ouverture spéciale d'évacuation de scories, non représentéeo Le fer liquide est retiré de l'avant-creuset 3 par le canal 4. Au-dessus de l'avant-creuset 3 se trouve la chambre de combustion 5 conçue comme chambre de radiation, à laquelle sont incorporés des éléments 6 prenant la chaleur, qui peuvent être exécutés aussi bien comme éléments de réchauffement d'air que comme élément à eau chaude ou éléments producteurs de vapeurs ou de vapeur surchauffée.
Les gaz chauds sortent de l'avant-creuset 3 par la jonction 7 vers la chambre de radiation 5. Des gaz complémentaires pourront en outre être introduits dans la chambre de combustion 5 par la canalisation 8 et seront retirés du cubilot dans n'importe quelle région au-dessus du niveau des tuyères. Les gaz sortent dans la chambre de combustion par la canalisation 9 et entrent dans l'échangeur de chaleur 10 dans lequel la chaleur sensible encore contenue dans les- gaz? sera utilisée pour le réchauffement de l'air ou de l'eau ou la production de vapeur. Le ventilateur aspirant évacue dans le vide par la cheminée 12, les gaz s'écoulant à travers l'installation.
Il est prévu en outre une canalisation 13, connue en soi, par laquelle les gaz pourront être reconduits de la cheminée dans la canalisation de jonction entre la chambre de radiation et l'échangeur de chaleur à contact pour régler la températu- re d'entrée des gaz dans l'échangeur de chaleur 10 . L'air froid sera amené à l'échangeur de chaleur 10 par la canalisation 14; il le quitte par la canalisation 15 et entre dans la boite à vent 16 du cubilot par la canalisation 17. L'air réchauffé dans l'échangeur de chaleur 10 peut encore être réchauffé davantage dans des éléments 6, dans le cas où l'on a besoin d'une température de vent chaud particulièrement élevée pour le cubilot.
Le cubilot même peut en outre être équipé de préférence dans la zone de fusion d'éléments réfrigérants 18, qui seront utilisés d'une façon avantageuse comme éléments producteurs de vapeur, afin de pouvoir, de cet- te manière, maintenir à une faible valeur la quantité nécessaire d'eau de réfrigération; en même temps, le réglage de la pression,à laquelle ces éléments sont souris., donne la possibilité de maintenir constante, à des valeurs déterminées, la température régnant dans les éléments réfrigérants.
Dans la fige 2,trois cubilots 1 sont représentés autour de 1'avant-creuset commun 3, en sortant duquel les gaz chauds seront conduits dans la chambre de combustion commune 5 et hors de celle-ci, dans l'échan- geur de chaleur complémentaire.
Il existe en outre la possibilité d'équiper encore la chambre de combustion 5 d'un dispositif de combustion complémentaire 19 qui serautilisé, dans le cas où la chaleur contenue dans les gaz venant de 1-*,avant- creuset et éventuellement ceux entrant dans la chambre de radiation par la canalisation 8, ne suffit pas pour réchauffer le vent chaud et/ou l'eau chaude ou la vapeur à la température désirée ou dans la quantité désirée.
Dans l'avant-creuset 3 pourront également être incorporés des éléments non représentés producteurs de vent chaud ou de vapeur ou sur- chauffant la vapeur, qui servent alors en même temps à l'amélioration de la durabilité de la voûte de radiation de l'avant-creuset.
Un avantage particulier de l'installation conforme à I'in@ention consiste en ce que celle-ci travaille surtout économiquement et qu@en em- ployant celle-ci, !-on a une marge particulièrement grande en ce qui concer- ne les espèces de matières brutes à employer dans le cubiloto
Selon la forme de réalisation d'après la fig. 3,le vent chaud sera amené au cubilot 1 par les tuyères 20;
les tuyères peuvent être de préférence prévues obliquement vers le haut, mais être aussi horizontales ou
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obliques et souffler vers le basa Le retrait des gaz chauds s'effectue par la canalisation 21, qui relie la partie inférieure du cubilot à l'é- changeur de chaleur 22..Après que les gaz ont traversé l'échangeur de chaleur)) ils arrivent dans une chambre de combustion 23, à laquelle se- ra amenée en même tempspar la canalisation 24,l'air de combustion complémentairequi peut être chauffé préalablemento Par la canalisa- tion 25,les gaz montant dans le puits du cubilot peuvent être également amenés, éventuellement à l'aide d'un ventilateur, à la chambre de combus tion 23.
Le ventilateur sera utilement conçu comme un ventilateur de ra- diation, de sorte que l'air de combustion sera utilisé comme air de pro- pulsion et sera en même temps introduit dans la chambre de combustion 23 avec les gaz à soutirer de la partie supérieure du cubilot.
Après que la chaleur latente contenue dans les gaz s'est déga- gée dans la chambre de combustion 23, les gaz seront conduits dans le de+ xième échangeur de chaleur 26. Dans l'exemple de-l'exécution, l'échangeur de chaleur 22 sera utilisé pour la production du vent chaud pour le cubi- lot, alors que, dans l'échangeur, de chaleur 26, sera produit l'air compris mé @haud, l'eau chaude où'là vapeur. On peut aussi entreprendre la réparti- tion des surfaces.chauffantes correspondantes entre les deux échangeurs de chaleur dans toute autre proportion, comme on le désire.
Selon les circons- tances, il peut être utile de concevoir l'échangeur de chaleur 22 comme sur- chauffeur pour l'air.comprimé le vent chaud ou la vapeur éventuellement pro- duite. La zone de fusion du cubilot sera ici aussi utilement équipée d'élé plants réfrigérateurs réfrigéras par l'air, l'eau ou la-vapeur.
# Dans la forme de réalisation selon la fig. 4, à c8té du cubilot
1, se trouve un récupérateur 27, auquel sera amené du vent froid par le ventilateur 28, vent qui quitte le récupérateur 27 par la canalisation
29,sous forme de vent chaud et qui sera soufflé dans le four au-dessus de la boite à vent 30 par des tuyères 31. En-dessous de la zone de fu- sion,des gaz d'échappement seront pris au four par des ouvertures de re- trait 32, qui sont décalées de préférence par rapport aux tuyères 31 et qui mènent vers le récupérateur 27 par le cyclone 33 qu'ils quittent par la canalisation 34 qui débouche dans le récupérateur 27. La canalisa- tion 34 débouche au-dessus de l'ouverture d'alimentation 35 dans la che- minée du cubilot 36.
L'air de combustion ou de réfrigération sera amené au cyclone 33 par la canalisation 37, de sorte qu'il sert aussi bien à la séparation qu'à la combustion ultérieure.
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Un avantage particulier de cette façon de construire consiste dans le fait, qu'à côté d'une consommation de coke extrêmement basse, elle ouvre du point de vue de l'utilisation, de très grandes possibilités, par exemple à l'emploi de mitrailles, minerais, combustibles de moindre va- leur etc., et est aussi appropriée à la fonte de métaux non ferreux et peut constituer une construction particulièrement basse.
REVENDICATIONS. la Installation de cubilot à vent chaud avec retrait de gaz en-dessous du niveau des tuyèresecaractérisée en ce que le fer liquide est soutiré, de préférence continûment, du cubilot et, en même tempsqu'une partie des gaz sont retirés du cubilot en-dessous du niveau des tuyères et brûlés à nouveau dans une chambre de combustion.