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" Procédé de chauffais r(" . - t dt. haut-fourneau "
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La présente invention concerne un procédé de chauffage de vent de haut-fourneau à l'aide de dispositifs de réchauffage tels que des régénérateurs ou des récupérateurs.
Les dispositifs de réchauffage que l'on utilise normalement, par exemple des fours Cowper, sont réchauffés à l'aide de brûleurs à gaz ou à mazout jusqu'à ce que la température à la coupolp soit d'environ 200 C supérieure à celle de la température du vent chaud devant être fourni, par exemple, atteigne 1400 C Les fours Cowper sont construits à l'aide de briques de ruche réfractaires qui servent de réservoir de chaleur. La température de chauffage nécessaire exige que le ruchage réfractaire soit de très grande qualité.
A des températures supérieures à 1000 C, il n'existe que @@@ de matériaux qui ont une grande durée de résistance, de sorte que la réalisation de fours Cowper nécessite des investissements considérables et, cependant, il n'est pas possible d'éviter que la maçonnerie ne soit dégradée après des durées de fonctionnement prolongées, de sorte que les réparations de four Cowper sont très coûteuses et ont pour conséquence des dérangements considérables dans l'exploitation du haut-fourneau.
Un autre inconvénient des fours Cowper connus réside dans le fait que les gaz: d'échappement doivent être évacués à une température de 180 à 250 C pendant la période de chauffage, de sorte que de grandes quantités de chaleur sont perdues:.
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La présente invention a pour objet un dispositif de réchauffage qui évite ces inconvénients et ces difficultés et dans lequel l'énergie introduite par le combustible est utilisés avec un haut rendement pour la production de chaleur, c'est-à-dire, dont les gaz d'échappement ont une température basse, le dispositif de réchauffage ne doit donc pas être soumis à des températures élevées mettant en danger ou réduisant son endurance, de manière à permettre en outre d'utiliser ainsi des matériaux réfractaires bon marché pour leur réalisation; la température finale désirée du vent chaud du dispositif de l'invention est réglable à volonté et des organes, de sécurité sont prévus pour que des conditions do température optimalesrègent dans toutes les parties du système de chat..' age.
A cet effet, selon une particularité essentielle de l'invention, du combustible tel que du gaz ou du masout ost injecté dans le conduit à revêtement réfractaire reliant le dispositif de réchauffage ot ce haut-fourneau, ce combustible étant injecté dans le vent chaud ayant une température supérieure à celle de son allumage en quantité telle que la température finale désirée, par exemple 1000 à 1300 C soit atteint avant l'introduction du vent chaud dans le hatt-fourneau, la combustion du combustible injecté étant com- plète du fait que le vent chaud contient de l'oxygène en excès*
L'injection de combustible est commandée de préférence par des régulateurs qui sont reliés à des détecteurs de température réglés pour une température prédéterminée,
la commande étant obtenue par exem-
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ple par l'ouverture ou la fermeture d'un clapet monté dans la pipe du combustible.
Pour des raisons de sécurité, un détecteur de température peut être monté devant remplacement d' injection du combustible, ce détecteur fermant l'arri- vée du combustible par l'intermédiaire d'organes régu-
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lat(;'1.'... lorsque la température d'allumage du combustible n?8st pas atteinte.
Le procédé de l'invention peut être mis eu ...a:y o de diverses manières qui ont donné satisfact,;t0r Ç,! pratique. Dans un mode de réalisation, on u- #&#*>. l.-re somme dispositif de chauffage des régénérateurs, uv autre mode de réalisât* mi, on utilise des rér ":1' ,.\';'OUl'S et, finalement, dans un troisième mode de 21iRtion préféré, on utilise une chambre de combus- %l*jiïa La température de travail des régénérateurs et dc récupérateurs doit être supérieure à celle d'atoP2i, du combustible, mais elle ne doit pas être de beau- coup supérieure à cette température et, de préférence,
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ç1J,r gaz la dépasse pas de plus de 100 C.
Lorsqu'on uti18c une chambre de combustion comme dispositif de réchauffage, on envoie dans celle-ci du combustible et de l'oxygène en quantités telles que la température obtenue du vent chaud soit supérieure à celle d'allu-,
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1.22±:(:) du combustible, mais de manière que cette tempért11.r0 ne la dépasse pas de beaucoup, et de préférence qu'elle ne la dépasse pas de plus de 100 C.
Dans une variante préférée du procédé dE l'invention, de l'oxygène pur peut être injecté, er
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plus du combustible, dans le conduit reliant le difPO-
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sitif de réchauffage et le haut-fourneau. Il est possible, de cette; manière, de régler la quantité d'oxygène introduite dans le haut-.fourneau.
On peut prévoir des réglages complémentai- res et, par exemple, on peut envoyer du vent froid, devant l'admission du vent chaud, dans la conduite circulaire du haut-fourneau.
D'autres objets et avantages de l'invention seront mieux compris à l'aide de la description qui va suivre des trois modes de mise en oeuvre les plus importants du procédé de l'invention, et à l'aide des dessins sur lesquels:
La figure 1 est un schéma de montage d'une installation conforme à l'invention dans laquelle le dispositif de réchauffage est un récupérateur;
La figure 2 est une représentation analogue dans laquelle le dispositif de réchauffage est constitué par trois régénérateurs en céramique;
et
La figure3 est une représentation analogue dans laquelle le dispositif de réchauffage est constitué par une chambre de combustion
Sur la figure 1 est représenté schématiquement un récupérateur métallique 1 qui comporte une chambre de chauffage 2 et un conduit d'évacuation 3 pour les gaz d'échappement dirigés sur la cheminée* La référence 4 désigne le haut-fourneau et la référence 5 désigne sa conduit circulaire. Sur un conduit 6 d'arrivée du vent froid est branché un conduit 7 dirigé dans le récupérateur et un conduit 8 dirigé dans la,conduite circulaire du haut fourneauo Le vent froid qui est envoyé par des soufflantes a une température d'environ
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100 C par suite de la compression.
Dans la chambre de chauffage 2 du récupé- rateur sont envoyés par des conduites 9 et 10, un gaz contenant de l'oxygène (par exemple de l'air) et du combustible, par exemple du gaz ou du mazout, le com- bustible et le comburant sont brûlés dans la chambre Z et les gaz de combustion chauffent le vent froid dans le récupérateur qui est muni, par exemple, d'un faisceau de tubes 2. Comme on l'a mentionné, la tem- pérature de travail du récupérateur, c'est-à-dire la température que le vent froid doit atteindre dans le récupérateur, ne doit pas être notablement supérieure à la température d'allumage du combustible injecté ul- térieurement, de manière à éviter tout risque d'explo- sion.
En outre, cette température de travail ne doit pas être trop élevée, car les gaz d'échappement s'écou- lant par le conduit 3 du récupérateur vers la cheminée doi\ -t avoir une température qui n'est que de 10 à 15 supérieure à celle du vent froid, pour que l'énergie soit utilisée de façon optimale, Un intervalle conve- nable de température de travail dans le récupérateur est, par exemple, de 600 à 700 C, Un détecteur de tem- pérature 12 prévu pour le réglage de cette température est relié à un régulateur 13 qui, de son côté, est re- lié au conduit 10 d'arrivée du combustible.
Le conduit du vent chaud reliant le récu- pérateur 1 et le hau@fourneau 4 porte la référence 14.
Dans ce conduit, le vent chaud doit donc avoir une tem- pérature d'environ 600 C. Un autre détecteur de tem- pérature 15 assurant le contrôle de cette température un est relié à/regulateur 13 et, si cette température est
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trop élevée ou trop basse, la température de travail, du récupérateur est commandée de manière connue et usuelle par le réglage de l'admission du combustible
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dans sa chambre de ohauffage,
En aval du détecteur 15 de température a lieu l'injection selon l'invention du combustible dans le conduit de liaison 14.
On utilise à cet effet un système qui comprend un conduit 16 d'arrivée du com- bustible commandée par un régulateur 17, un dispositif 18 de mesure de la température monté en amont de l'em- bouchure du conduit d'arrivée du combustible et un dis- positif 19 de mesure de la température, monté en aval
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de l'embouchure- du1 conduit/i' arrivée du combustible, ces dispositif de mesure de la mpérature étant également reliés au régulateur 17. En outre, un conduit 20 d'arrivée d'oxygène peut également être prévu en amont du conduit d'arrivée de combustible et être associé également à un régulateur 21.
Par le conduit 16, un combustible tel que du mazout ou du gaz est ajouté au vent chaud et, comme celui-ci a une température qui est supérieure à celle d'allumage du combustible et qu'il contient dans tous les cas de l'oxygène en excès, la combustion est complète. S'elon la quantité du combustible injecté, le vend chaud est amené' à uné température voulue prédéterminée, par exemple de 1000 C. Le conduit dans lequel passe ce vent chaud porte la référence 22, dans le schéma de la figure 1.
Les conduits 14 et 22 de circulation, d'a- bord du vent froid et ensuite du vent chaud qui est
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dirigé dans le haut-fourneau, sont constitués par un tube à revêtement réfractaire;' on peut utiliser par exemple, comme matériau réfractaire,de la brique si- licieuse et de l'argile réfractaire.
Un avantage essentiel du procédé de l'invention réside non seulement dans le fait qu'on fait l'économie d'un four Cowper, mais également dans le fait qu'un agent de réduction est introduit dans le haut-fourneau par le combustible injecté qui a été brûlé pour donner du Co2 et de l'H2O cet agent ayant un effet réducteur qui permet de réduire la consommation de coke.
En amont de l'arrivée du vent chaud dans la conduite circulaire du haut-fourneau, le conduit 8 de vent froid débouche dans le conduit 27 d'amenée du vent chaud, un obturateur 24 actionné par un ré- gulateur 23 étant prévu dans le conduit 80 Un dé- tecteur de température 25 est @@@ié au régulateur 23 Cette arrivée 'de vent froid dans le conduit 22 de vent chaud peut être utilisée pour éviter des variations éventuelles de. température. D'ans les installations antérieures comportant un four Cowper, un tel réglage de température du vent mixte introduit dans la conduite circulaire était aussi normalement prévu.
Dans le mode de réalisation de la figure 2, le dispositif de réchauffage est constitué par trois régénérateurs 30,31 32 en céramique, chacun de ceux-ci étant muni d'une arrivée 33 de gaz et d'une arrivée 34 d'air. Le conduit 6 d'arrivée du vent froid fourni par une soufflante comporte trois dérivations 35, 36,
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37 aboutissant aux régénérateurs et ils déboucnent finalement dans le conduit 22 d'arrivée du vent chaud dans le haut-fourneau. Deux régénérateurs fonctionnent de manière usuelle de façon alternée et le troisième sert de réserve. Comme mentionné précédemment, la température de travail des régénérateurs ne doit pas être sensiblement supérieure à la température d' allumage du combustible injecté ultérieurement.
Le conduit 38 d'évacuation des gaz d'échappement des ré- cupérateurs est relié à la cheminée. La température , des gaz d'échappement ne doit pas être supérieure à
120 C.
Comme daris le mode de réalisation de la figure 1, le vent chaud sortant des régénérateurs pas- se dans le conduit de liai on 14 dans lequel du com- bustible est injecté en 16. Le référence 18 désigne un détecteur de température, la référence 20 désigne un conduit d'arrivée d'oxygène et les références 21 et
17 désignent des régulateurs, la fonction de ces élé- ments étant la même que celle de ceux qui ont été dé- c@its en regard de la figure 1. Le régulateur 23 ain- si que le détecteur de température 25 ont également des fonctions qui ont été décrites en regard du mode de réalisation de la figure !.. Le vent mixte passant dans le conduit 26 pénètre dans laonduite circulaire du haut-fourneau.
Dans le mode de réalisation de la figure 3, les mêmes éléments portent à nouveau les mêmes référen- ces. -La référence 6 désigne le conduit d'arrivée du vent froid provenant de la soufflante et de ce conduit partent d'une tubulure dans laquelle débouche le vent
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@ chaud provenant du dispositif de réchauffage et une seconde tubulure 8 conduisant'à la conduite annulaire du haut-foureau. Le @@spositif de réchauffage est constitué dans ce ca par une chambre de combustion 40 qui est amenée à la température de travail par le com- bustible arrivant par le conduit 10 et par 1' oxygène arrivant par le conduit 9. Un régulateur* 41 commande l'arrivée de l'oxygène et un régulateur 42 commande l'arrivée du combustible.
La température du vent chaud provenant de la chambre de combustion et circulant dans la conduit 14 est contrôlée par un détecteur 15 de tem- pérature. qui est relié à un régulateur 42. De la même manière que décrit précédemment, du combustible est introduit dans le conduit de liaison 14 par le conduit
16. De manière analogue aux modes de réalisation dé-
18 crits, on prévoit un détecteur de température/un con- duit 20 d'arrivée d'oxygène et un autre détecteur de tempèrat@re 19. Le système est @@@andé par les ragu- lateurs 17 et 21. De même, un détecteur de tempéra- ture 25 et un régulateur 23 assurent le mélange du vent mixte provenant du conduit 22 d'arrivée du vent chaud et du conduit 8 d'arrivée du vent froid.
Le mode de réalisation de la figure 3 pré- sente l'avantage mentionné précédemment que les gaz de combustion provenant de la chambre de combustion sont . utilisés comme transporteurs auxiliaires de carbone et que la totalité de la chaleur des gaz de combustion est envoyée dans le vent à réchauffer. La. consommation de chaleur de ce mode de réalisation est donc celle qui est la plus faible.
Les calculs suivants montrent de façon claire
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les avantages du procédé de l'invention par rapport à l'état antérieur de la technique.
On admet que la quantité de vent consommée est de 100 000 m3/h. que la température du vent froid fourni par la soufilante est de 100 C que la température du vent mixte à introduire dans le haut-fourneau est de 1000 C et on admet en outre qu'on dispose de gaz de gueulard ayant un pouvoir calorifique de 900 kcal/m3 pour le chauffage du dispositif de réchauffage et de gaz naturel ayant un pouvoir calorifique de 8.500 kcal/nr comme combustible devant être introduit dans le conduit de liaison menant au haut-fourneau;
la consommation de chaleur dans une installation antérieure à four Cowper est la suivante:
La température à la @oupole du four Cowper doit être de 200 C supérieure à la température maximale du vent mixte, c'est-à-dire que si le haut-fourneau doit être exploité avec une température du vent mixte de 1000 C la température à la coupole doit être d'au moins 1200 C après le chauffage du four-Cowper pour que la température qui doit être atteinte par le vent mixte soit obtenue pendant la totalité de la période d' insufflation. On admet que la température moyenne des gaz d'échappement pendant le chauffage du four Cowper est de 220 C.
La consommation de chaleur pour le chauffage de 100000 m3/h devant être amenée de 100 à 1000 C est de 36,8.106kcal/h y compris les pertes de chaleur du réchauffeur.. Comme aucun gaz d'échappement n'est introduit dans le vent, la composition de ce dernier ne chair- pas. Donc, il n'st pas nécessaire d'ajouter de l'oxygène.
'Par contre, la consommation de chaleur dans
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le procédé de l'invention est la suivante;
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a) Dans le premier mode de réalisation compre>- nant un récupérateur:
Le vent est amené dans le récupérateur à
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6000C pour une température moyenne des gaz d'échappe- ment de 100 C. Le chauffage à 1000 C est obtenu par mélange de gaz naturel ayan t un pouvoir calorifique de 8500 kcal/m3.
La consommation de chaleur dans le récupérateur est de 19.5.106 kcal/h y compris; les 'pertes.
La consommation de chaleur pour le chauffa/** ultérieur du ventà 1000*0 est de 14,5106 kcal/h. La consom-
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mctt<)1J. de chaleur pour le chauffage du vent de 100*C à 1000 0 est donc de 34oOolO6 ,.a.ha Pour le chauffage du vent de 6000C à IOOGOC# il faut une quantité de 1706 m3/h de gaz naturel ayant
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tUt pouvoir calorifique de 8500 kca7./m et une quantité deoxycùne de 34I2m3/H.
La composition du vent de haut-fourneau est alors de 19,87 % de 02e 75,27 % de N2,3,rf4 % de HBO, bzz de @@2. la quantité d'oxygène contenue dans le vent avant son injection dans le haut-fourneau étant à nouveau
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de 20900 n/h. L61. quantité de gaz envoyée da'18 le haut-* fourneau est accrue à une valeur de 105 203 m3/h donc elle est augmentée de 5,2%
Si aucun oxygène n'est ajouté, la quantité de gaz à injecter est réduite à 101 791 m3/h. La. com-
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position du vent est alors de l7tl8 % de 0, 77,79 % de Bzz r,68 % de 002 3,?5% de HO et la quantité d'oxy- gène contenue dans le vent est de 17 488 m3/h.
La quantité d'oxygène qui est libérée pour
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la. combustion du coke par la décomposition du CO2 et de l'H2o est de-? 559m3/h. Ainsi, la quantité effective injectée d'oxygène est de 23 459 m3/h lorsqu'on ajoute de l'oxygène et elle est de 20 047 m3/h sana addition d'oxygène. b) Dans le second mode de réalisation de 1' invention dans lequel on utilise des régénérateurs en céramique, la consommation de chaleur est la suivante
Le vent est chauffé à 600 C' dans les régénérateurs. Le chauffage complémentaire à 1000 C est obtenu à nouveau par addition de gaz naturel ayant un pouvoir calorifique de 8500 kcal/m3.
La consommation de chaleur des régénérateurs qui sont chauffés par du gaz de haut-fourneau est de 19.0.106kcal/h y compris les pertes. La consommation de chaleur pour le chauffage ultérieur du vent à 1000 C est de 14,5.106kcal/h. La consommation totale de chaleur est donc de 33,5.106 kcal/h.
C'omme la quantité du gaz naturel devant être ajoutée au vent de haut-fourneau est égale à celle du cas a). la quantité nécessaire d'oxygène qui est éventuellement nécessaire ainsi que la composition du vent sont les mêmes. c) Pans le troisième mode de réalisation comportant une chambra de combustion, la consommation de chaleur est la suivantes
Dans ce cas, la consommation de chaleur est la plus faible, car aucune perte n'est subie par des gaz d'échappement, La chaleur totale du gaz est introduite dans le vent à chauffer. La consommation
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de chaleur n'est donc que de 32,4.106kcal/h.
Pour le chauffage du vent de 100 C à 1000 C, 'il faut une quantité de gaz naturel, ayant un pouvoir calorifique de 8500 kcal/m3 égale à 3812 m3, et une quantité d'oxygène de 7624 m3
La composition du vent de faut-fourneau pour une quantité d'oxygène de 20 900 m3/h est la sui-
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vante : bzz de 02 - 71,03 % de N2P 3, lZ de 002# 6,82% de H2O La quantité de vent à envoyer dans le haut-four-
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neau est accrue de 11,6 %, c'est-A-dire qu'elle est de 1:1626 m3/h
Si on n'ajoute;
de l'oxygène que pour la combustion du gaz dans la chambre de combustion dans laquelle le vent est amené à 600 C, la quantité d' oxygène à injecter est réduite à 4236m/h. La quantité de vent est alors de 108 238 m3/h et sa composition
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est de 16,18 % de 02# 7326 % de N2, 3,52% de C02p 7104% de H o. La quantité d'oxygène envoyé dans le haut-fourneau est alors de 17 512 m3/h.
La quantité d'oxygène qui est libérée pour la combustion du coke par la décomposition du C02 et de l'H20 du vent est de 5 718 m3/h La quantité effective d'oxygène insufflée est donc accrue à 26 618 m3/h lorsque de l'oxygène est ajouté et cette quantité atteint 23 230 m3/h sans addition d'oxygène.
REVENDICATIONS.
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..¯.....-....,....¯--.....
**ATTENTION** fin du champ DESC peut contenir debut de CLMS **.