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.Procède de conduite de hauts fourneaux.
La présente invention concerne un procédé perfectionné de conduite de hauts fourneaux qui permet de réaliser des . économies intéressantes dans une large gamme de niveaux de pro- duction.
Pour produire du fer à partir de minerais de fer au haut fourneau, on charge habituellement le haut fourneau de minerai de fer, de coke et de castine. Le coke est brûlé par du vent de soufflage préchauffé dans les cowpers du haut fourneau et refoulé ensuite dans le haut fourneau par des tuyères pour procurer la chaleur et les gaz réducteurs nécessaires pour fondre les oxydes
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de fer en.fer. La quantité de coke nécessaire est très importante, en général d'environ 700 ou 750 kg de coke par tonne de fonte brute produite,, et représente .une fraction importante du prix de revient de l'opération sidérurgique.
Actuellement, l'expérience a permis de réaliser des pro- grès considérables dans la mise au point de techniques de travail plus économiques. Lorsque les autres variables du soufflage sont maintenues constantes, la vitesse de fusion d'un minerai donné 'et, par conséquent, la production de fer sont directement propor- tionnelles à la vitesse à laquelle le ccke et d'autres combustibles sont oxydés dans le haut fourneau et cette vitesse d' oxydation est à son tour fonction du débit du vent de soufflage qui passe par les tuyères.
En vue d'augmenter la production d'un haut four- . neau et ainsi d'obtenir un taux de production plus économique en élargissant proportionnellement la base disponible pour répartir les frais d'investissement et les dépenses d'exploitation,il est courant,en vue d'obtenir une production maxtmum,de conduire le four a c le maximum de vent de soufflage tolérable dans les limites d'un fonctionnement approprié d'un haut fourneau.
Le débit maximum du vent est, en général, déterminé par les limites de la pression de refoulement'des machines soufflantes, parle soulèvement de la charge dans la cheminée ou par l'entraînement de fines dans les gaz de gueulard. Pour le débit maximum du vent de soufflage tolérable dans, ces limites, il existe une limite de température maximum du vent déterminée par les possibilités du systè me de récupération ( cowpers) du haut fourneau.
Cette limite de température est fréquemment imposée par la capacité de transmission de la chaleur totale du cowper plutôt que par les températures de travail maxima tolérables du système utilisé pour transporter le vent de soufflage ce 'qui signifie que les conduites,et couronnes de tuyères pourraient traiter du vent de soufflage à une température plus élevée si les cowpers pouvaient le leur fournir. Pour débiter
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du vent de soufflage à ces températures accrues, il serait né- cessare de travailler à des débits inférieurs à la capacité maxi- mum des soufflantes.
Quoique la production accrue résultant de la conduite du haut fourneau avec des débits de soufflage maxima soit bénéfi- que . les températures élevées du vent de soufflage,résultant de la diminution de son débit, améliorent également beaucoup l'efficacité de la fusion et l'économie d'exploitation du haut fourneau. D'une manière générale, la quantité de coke nécessaire par tonne de fer produite, diminue à mesure que la température du vent de soufflage que l'on peut utiliser augmente. Comme le prix de revient du coke métallurgique normalement consommé représente de 25 à 40% du prix d'une tonne de fer, il est évidemment souhaita- ble de diminuer autant que possible les besoins de coke pour réaliser le maximum d'économie.
On peut démontrer théoricuement et corroborer en pratique qu'à mesure que l'on diminue le débit volume trique du vent de soufflage d'un four, la conservation du coke diminue également. Ce procédé de conduite est dénomcé "soufflage de vent doux" . La particularité malheureuse de cette technique de conduite est qu'à mesure qu'on diminue le débit volume- .trique du vent pour réaliser des économies de coke, la pro- duction du haut fourneau diminue proportionnellement ce qui an- nule les économies de coke résultantes.
Il n'a pas encore été possible d'une manière générale de combiner les avantages d'une meilleure efficacité thermique résultant du soufflage d'un vent doux avec les économies inhérentes que l'on réalise en condui- sant un haut fourneau à un taux de production égal ou supérieur à celui pour lequel il a été construit.
Un autre domaine dans lequel on a cherché à réaliser des économies d'exploitation du haut fourneau réside dans le remplacement d'une partie du coke normalement essaire pour le fonctionnement du haut fourneau par des combustibles hydrocarbonés
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moins coûteux tels que du gaz naturel, du fuel oil et du charbon pulvérisé. D'une façon 'typique, on a réussi à abaisser la consom- mation de coke de 50 à 150 kg par tonne de fer au moyen de ces additions de combustible auxiliaire. Mais, un remplacement plus généralisé du coke par des combustibles hydrocarbonés est limité par l'impossibilité de maintenir une efficacité de fonctionne- ment appropriée du haut fourneau aux niveaux d'injection de com- bustible auxiliaire supérieurs comparés aux résultats obtenus aux niveaux inférieurs.
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Une limitation de la quantité de combustibles'hydrcar- bonés que l'on peut utiliser en remplacement du coke est due au fait que ces combustibles ne fournissent pas autant de chaleur à la,combustion dans le haut fourneau qu'un poids égal de coke chaud.
Lorsqu'on injecte des combustibles hydrocarbonés dans la zone de fusion du haut fourneau, il faut leur fournir davantage d'énergie thermochimique pour assurer leur dissociation et à ce moment leur combustion ne dégage pas suffisamment de chaleur pour maintenir la température-normale de la zone de fusion. Il faut, par conséquent, prévoir de la chaleur supplémentai- re dans le haut fourneau. A cet effet, on peut augmenter le volume ou la température du vent de soufflage, diminuer son humidité ou l'enrichir en oxygène. On a injecté.du combustible dans des hauts fourneaux en utilisant simultanément un ou plusieurs de ces moyens d'apport de chaleur pour compenser la charge thermique imposée au haut fourneau par le combustible hydrocarboné. Ces mesures ont permis, de réaliser certaines économies de coke.
Mais, ces économies sont restées en deçà de celles auxquelles on pouvait normalement s'attendre et sont, en général, liées à un fonction- nement à des niveaux de production élevés.
On pourrait augmenter le volume des additions de combusti- ble hydrocarboné auxiliaire et ainsi les économies de coke si on disposait de meilleurs procédés pour compenser la diminution de la
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température des flammés causée par l'addition du combustible hydrocarboné. Le réglage de la température du vent de souf- flage est limité par la capacité des cowpers du haut fourneau ce qui signifie que pour obtenir des températures de soufflage notablement accrues, il faut diminuer le volume du vent et sa- crifier ainsi le taux de production. Le réglage de l'humidi- té est évidemment limité.
L'enrichissement en oxygène ainsi que chacun des moyens d'apport de chaleur décrits plus haut, peuvent provoquer une sous-ou une surcompensation des températures des flammes. Une utilisation impropre de l'un quelconque de ces moyens peut entraîner un déficit de chaleur dans la zone de fusion suffi- sant pour provoquer finalement un figeage des matières ou,d'au- tre part/dégager des quantités de chaleur telles que les tempéra- tures de la zone de fusion aeviennent excessives ce qui entraîne une descente extrêmement grossière des matières et un blocage du haut fourneau.
L'impossibilité de faire face à ces facteurs tout en réalisant des économies d'exploitation auxniveaux supérieurs ,d'injection de combustible a maintenu les économies de coke aux bas : niveau indiqués plus haut.
La présente invention a pour but de procurer un procédé de conduite plus économique des hauts fourneaux oui soit applicable sur une large gansas de niveaux de production.
L'invention a également pour but de procurer un procédé : )de conduite de hauts fourneaux dans lequel les avantages écono- ' miques des débits volumétriques réglés du vent de soufflage ainsi que les économies résultant d'additions de combustibles hydrocarbonés soient réalisés à tous les niveaux de production du haut fourneau, c'est-à-dire à une capacité normale, à une capacité inférieure à la capacité normale et à une capacité largement supérieure à cette capacité normale.
Dans un procédé suivant l'invention pour conduire des hauts fourneaux, on charge dans un haut fourneau des matières con-
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tenant du fer, du coke et des matières destinées à former du lai- tier et on fait réagir ces matières thermiquement en refoulant du vent de soufflage enrichi ou non en oxygène dans le haut fourneau tout en remplaçant une partie du coke normalement ajouté par après par un combustible hydrocarboné auxiliaire et on maintient l'enrichissement en oxygène entre une valeur minimum définie par Y = antilog (-0,042X + 0,61) et une valeur maximum définie par Y = antilog (-0,032X + 0,76), où
Y est le poids d'oxygène introduit dans le haut fourneau par unité de poids du combustible auxiliaire injecté et X est le rap.-,
port carbone-hydrogène du'combustible auxiliaire et/ou on maintient l'apport du combustible hydrocarboné auxiliaire dans la gamme définie, pour le minimum par Z = antilog (0,032X + 1,034)et pour le maximum par Z = antilog (0,033X + 1,254) où Z est le nombre de kg de combustible auxiliaire ajouté par 100 C d'augmentation de la température du vent de soufflage par tonne de fer produite.
Dans les dessins annexés : la Fig. 1 est un graphique montrant les relations ap- entre le rapport oxygène-combustible auxiliaire porté., en ordonnées et le rapport carbone-hydrogène du combustible auxiliaire injecté dans un haut fourneau porté en abscisses; la Fig. 2 est un graphicue semblable montrant les rela- tions entre le combustible auxiliaire par tonne de fer produite par
1000 d'augmentation de la température du vent de soufflage, porté en crdorrées,et lerapport car bonx-hydrogènedu combustible auxiliaire i n j ecté dans le haut fourneau porté en abscisses.
Les limites de conduite d'un haut fourneau sont détermi- nées par des lois physiques et thermochirniques qui régissent la transmission de la chaleur et l'énergie chimique nécessaire rour fondre la charge. Ces lois établissent un équilibre entre les ingrédients de lacharge du haut fourneau, les combustibles hydro- carbonés auxiliaires, l'enthaipie, la capacité d'oxydation du gaz
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' de soufflage, etc. Cet équilibre doit être maintenu dans des limites prescrites pour procurer des conditions de fusion appro- prises. Dans ces limites, il existe un certain nombre de combinai- sans possibles qui sati.font aux contraintes physiques sans tenir compte de l'économie des matières premières fournies.
On a constaté que pour obtenir un fonctionnement le plus efficace possible d'un haut fourneau lorsqu'on y injecte des combustibles auxiliaires, il faut conduire le haut fourneau aux températures de flamme inférieures dans la garnie étendue de tem- pératures de flamme utilisables. Cela étant, afin d'obtenir le ' maximum d'avantages de l'utilisation d'un enrichissement en oxygène, de l'augmentation de la température du vent de soufflage et de l'injection de combustible hydrocarboné,
il est d'abord souhaita- ble d'établir cette gamme d'efficacités de fusion maxima et de tem- pératures deflammes minima pour les matièrespremières et rehaut fourneau parti' culier utilisé.On obtient une efficacité maximum au point de vue éco- nomique en conduisant le haut fourneau dans la gamme inférieure de tem pératures de flamme qui peut être obtenue avec des combustibles hydrocarbonés auxiliaires parce que cela permet de remplacer une quantité de coke maximum par du combustible hydrocarboné moins coûteux.
Dans un haut fourneau sans injection de combustible, la température des flammes normalement considérée comme optimum, peut être réglée approximativement en modifiant,par des essais éliminatoires,les variables du vent de soufflage, c'est-à-dire le volume, la température, la teneur en humidité, etc., pour ob- tenir la consommation de coke la moins élevée possible pour une charge de matière donnée et un niveau de production de fer désiré.
On trouve habituellement cette température de flamme optimum et cette consommation de coke minimum à la température du vent de soufflage la plus élevée possible compatible avec un fonc- tionnement régulier du haut fourneau. A partir de ce point de
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départ, on peut déterminer la température minimum des flammes de la façon suivante : on ajoute des combustibles hydrocarbonés à la zone de fusion du haut fourneau en des quantités de 5 à 10 kg à la fois par tonne de fer et on diminue simultanément la quantité de coke chargé à la partie supérieure du haut fourneau dans une mesure égale sans ajouter de l'oxygène au vent de soufflage ou sans augmenter sa température.
On sait que la quantité de coke qui peut être économisée par unité d'addition de combustible hydrocarboné dépend de nombreux facteurs parmi lesquels le type de combustible hydrocarboné injecté, le degré d'accroissement possible de la température du vent de soufflage, etc. Mais, pour établir un point de départ, on peut initialement remplacer le coke sur la..base d'un rapport 1:1 en poids. Le conducteur, en jugeant la température et la qualité du fer, peut alors décider si un remplacement accru de coke par du combustible hydrocarboné peut être toléré. Par exemple, pour un combustible comprenant du gaz naturel à teneur en hydrogène relativement élevée, il peut être possible de remplacer jusqu'à 2 unités pondérales de coke par chaque unité de gaz ajouté.
Pour du fuel oil ou du charbon, on peut économiser jusqu'à 1,5unité pondérale de coke par unité pondérde de fuel. Le conducteur qui part du remplacement'suggéré 1 :1 de coke par du fuel oil et qui modifie ce rapport suivant la qualité et la température du fer peut alors ajouter du fuel oil et sous- traire du coke progressivement jusqu'à ce que la réduction de consommation de coke progressive par unité de fuel oil ajoutée progres- sivement tombe notablement par exemple jusqu'à 75 ou 50% du rap- port initial. Les conditions de fusion qui existent à ce moment, représentent approximativement la température minimum des flammes à laquelle le haut fourneau fonctionne convenablement à la tempé- rature du vent de soufflage disponible.
Lorsqu'on a établi la température minimum des flammes comme décrit plus haut, on peut encore améliorer l'économie du
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haut fourneau et/ou augmenter le taux de production,suivant l'invention, en augmentant davantage le rapport combustible ' hydrocarboné;coke tout en enrichissant le vent de soufflage en oxygène ou en augmentant les températures de soufflage de ma- nière à maintenir la température minimum des flammes sans provoquer une sur ou sous-compensation.
On a constaté que la quantité d'oxygène appropriée à ajouter ou le degré d'accroissement de la température du vent de soufflage nécessaire pour accompagner une addition quelconque de combustible hydrocarboné peut s' exprimer comme une fonction du rapport du poids des atomes de carbone à celui des atomes d'hydrogène dans le combustible. Les dessins montrent des gra- phiques qui peuvent être utilisés pour déterminer la quantité d'oxygène ou l'accroissement de la température du vent de souf- flage qui accomragne nécessairement l'injection de combustible hydrocarboné accrue.
En se basant sur le graphique de la Fig. 1, la quan- tité minimum en poids d'oxygène (Y) nécessaire pour unité pon- , dérale de combustible ajouté est log10 Y = 0,042 X + 0,61 ou Y = antilog (-0,042 X + 0,61) où X est le rapport du poids des atomes de carbone à celui des atomes d'hydrogène dans le combustible hydrocarboné ajouté.
Le rapport du poids des atomes de carbone à celui des atomes d'hydrogène, utilisé dans ce mémoire,est le rapport du poids des atomes de carbone dans le combustible au poids des atomes d'hy- drogène du combustible. Par exemple,dans le méthane gazeux combus- tible, le rapport des poids des atomes de carbone et d'hydrogène est de
12:4 x 1 soit 3. Lorsque l'addition comprend plusieurs combusti- bles ou un magma de plusieurs combustibles tels que de l'huile et du charbon pulvérisé, X est le rapport pesé du poids des atomes de carbone à celui des atomes d'hydrogène.
La quantité maximum
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d'oxygène qui doit être ajoutée avec l'injection d'un combustible hydrocarboné ayant un rapport carbone-hydrogène X est log10 Y = - 0,032 X + 0,76
Sur le graphique semi-logarithmique de la Fig. 1, l'addition d'oxygène.minimum nécessaire est Y antilog (-0,042X + 0,61) et l'addition d'oxygène maximum est Y = antilog (-0,032X + 0,76). Le décalage vertical entre ces courbes repré- sente la gamme des additions appropriées d'oxygène pour un rapport carbone-hydrogène donné quelconque.
Pour un haut fourneau donné quelconque, le conducteur doit choisir un rapport d'addition oxygène-combustible repré- sentant environ le milieu de la gamme indiquée pour le combustible particulier à injecter puis il doit modifier le rapport d'addition oxygène-combustible vers le haut ou vers le bas à partir de ce point médian tout en restant dans cette gamme suivant ce qu'il -estime nécessaire pour maintenir la température et la qualité ap- proprié ' du fer.
Dans le cas où la température du vent de soufflage est accrue alors que du combustible hydrocarboné est injecté et que la consommation du coke va en diminuant, la Fig.2 montre un graphique à partir duquel on peut déterminer,pour une quantité de fer donnée,le nombre de kgs de combustibles hydrocarbonés d'un rapport carbone-hydrogène donné (X) qui peuvent être ajoutés à un haut fourneau pour chaque augmentation de 100 C par rapport à la température du vent de soufflage normale utilisée dans ce haut fourneau.
Pour un combustible ou un mélange de plusieurs combustibles ayant un rapport pondéral carbone-hydrogène combiné X, le nombre maximum de kgsde combustible (Z) par tonne de fer qui peuvent être ajoutés pour chaque augmentation de 100 C de la tempé- rature du vent de soufflage est
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log10 Z = 0,033 X + 1,254 ou
Z = antilog (0,033 X + 1,254) et le nombre minimum de kgsde'combustible (Z) par tonne de fer qui 'doivent être ajoutés pour chaque augmentation de 100 C de la tem- pérature du vent de soufflage est log10 Z = 0,032 X + 1,034
Les courbes'maximum et minimum du logarithme (Z) donné plus haut son-t reportées sur le graphique semi-logarithmique de la Fig. 2.
Le décalage.vertical entre ces deux courbes représente la gamme appropriée des additions de combustible pour un combusti- ble ayant le rapport carbone-hydrogène donné pour chaque augmenta- tion de 100 C de la température du vent de soufflage.
Pour un haut fourneau derné quelconque, le conducteur doit choisir une addition de combustible par tonne de fer pour chaque augmentation de 100 C de la température du vent de souf- flage qui se trouve environ au milieu de la gamme indiquée pour ce combustible particulier et il doit ensuite modifier la quantité , de combustible ajouté pour chaque augmentation de 100 C de la température\ers le haut ou vers le bas à partir de ce point médian tout en restant dans cette gamme suivant ce qu'il estime nécessaire pour maintenir la température et la qualité appropriées du fer.
Pour les combustibles hydrocarbonés courants tels que du gaz naturel, de l'huile et du charbon pulvérisé, on peut utili- ser les chiffres suivants, basés sur les équations décrites plus haut et sur des gammes carbone-hydrogène typiques pour ces com- bustibles : dans le cas d'une injection de combustible hydro- carboné à une température constante du vent de soufflage avec un enrichissement d'oxygène, on ajoute de 2,7 à 4,5 unités pon- dérales d'oxygène par unité pondérale de gaz naturel; pour du fuel oil, on ajoute de 1,7 à 3,0 unités pondérales d'oxygène par unité ' pondéraledefuel cil) pour du charbon, on ajoute de 0,64 à 1,4 unité
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.pondérale d'oxygène par unité pondérale de charbon ;
plusieurs de ces combustibles hydrocarbonés doivent être simultané- ment injectés dans ces hauts fourneaux, la quantité d'oxygène à ajouter est la somme des besoins en oxygène pour chaque addition de combustible séparée.
De même, lorsqu' on veut remplacer du coke par des com- bustibles hydrocarbonés courants tout en augmentant la température du vent de soufflage, la quantité de ces combustibles qui peut être ajoutée pour chaque augmentation de 100 C de la-température du vent de soufflage,est la suivante : pour du gaz naturel, 14,4 à 24,3 kg de gaz naturel par tonne de fer; pour du fuel oil, 18 à 3'6 kg de fuel oil par tonne de fer et pour du charbon pulvérisé, 45 à 81 kg de charbon par tonne de fer.
'Lorsque plusieurs'de ces combustibles hydrocarbonés doivent être simultanément injectés dans le haut fourneau, la quantité de chaque combustible qui peut être ajoutée est pro- portionnée suivant les gammes précitées, c'est-à-dire sur la base de la fraction de l'augmentation totale de la température du vent de soufflage destinée à surmonter la charge thermique imposée au haut fourneau par ce combustible. De plus, lorsqu'on utilise un enrichissement en oxygène et des augmentations de la température du vent de soufflage, on détermine les additions appro- priées du combustible en combinant la quantité de com- bustible qui peut être ajoutée en raison du degré d'enrichisse- ment en oxygène avec la quantité de combustible qui peut être ajoutée en raison du degré d'augmentation de la température du vent de soufflage.
Il ressort de la description qui précède qu'on peut remplacer une partie du coke normalement nécessaire dans le haut fourneau par des comh"stibles hydrocarbonés moins coûteux pourvu -qu'on ajoute de l'oxygène au haut fourneau ou qu'on augmente les températures du vent de soufflage. Mais on réalise le maximum
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d'économies en enrichissant le vent de soufflage en oxygène et en augmentant les températures du vent de soufflage.
Lorsqu'on ajoute des combustibles hydrocarbonés et de l'oxygène au haut fourneau dans les rapports définis plus haut, les combustibles hydrocarbonés remplacent une partie du coke qui est normalement nécessaire tandis que l'oxygène non seulement contrecarre l'effet de refroidissement du combustible hydrocarboné et maintient l'ef- ficaci té de fusion optimum mais encore augmente l'allure de combustion du coke.
Quoique des allures de combustion du coke accrues augmentent la production, il est possible, grâce aux injections d'oxygène de régir la production en modifiant le dé- bit volumétrique du vent de soufflage introduit dans le four, c'est-à-dire que le débit volumétrique du vent de soufflage peut être réglé pour maintenir une production normale eu pour travail- ler à une production notablement inférieure ou supérieure à la normale en réalisant des économies de coke substantielles à tous les niveaux, De plus, comme les volumes de soufflage sont di- minués, les augmentations résultantes de la température du vent de soufflage permettent d'utiliser des quantités accrues de com- bu&Lible hydrocarboné ce qui diminue encore davantage les consom- mations de coke.
Une particularité importante de l'invention est que des économies de coke sensibles peuvent être réalisées d'une manière essentiellement indépendante du taux ,de production du haut, fourneau de sorte que les économies de coke peuvent être réalisées a n'importe quel niveau de production voulu. A titre d'exemple, on. considère le cas où on désire maintenirun taux de production normal dans un haut fourneau tout en économisant davantage les matière premières. Le haut fourneau présente une productivité une consommation de coke, une température et un volume de vent de soufflage et une teneur en humidité du vent de soufflage déter- minés.
Avant d'effectuer les additions de combustible supplémentai-
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res, il est, en général, souhaitable de partir avec des conditions optima de températures des flammes dans la zone de fusion. En gé. néral, le haut fourneau fonctionne avec la température du vent de soufflage la plus élevée possible pour un fonctionnement régulier ce qui donne une température optimum des flammes pour un haut four. neau sans injection de combustible. On peut alors s'approcher du minimum de la gamme de températuresdes flammes en partant de ce point et en utilisant le processus d'addition de combustible progre gressif décrit plus haut.
En partant de cette température minimum des flammes, on peut effectuer d'autres additions de combustible supplémentai- res. On .peut utiliser les graphiques pour n'importe quel com- bustible hydrocarboné ou mélange de combustibles en déterminant le rapport carbone-hydrogène du combustible ou du mélange et en ajoutant ensuite la quantité indiquée d'oxygène ou en augmentant la température du vent de soufflage de la manière indiquée pour chaque nouvelle addition de combustible. A titre d'exemple, pour du fuel oil ayant un rapport C-H de 8;8:le il faut ajouter de 1,7 à 3,0 unités pondérales d'oxygène par unité pondérale de fuel oil pour maintenirla température des flammes et accélérer la fusion.
Lorsqu'on effectue une compensation en absentant la température du vent de s o u f f l a g e , 11 faut utiliser de 21,6 à 36 kg de fuel oil par tonne de fer pour chaque augmentation de température de 100 C. Ces relations tiennent pour constante l'humidité du vent de soufflage. On sait qu'on peut utiliser l'humidité du vent de soufflage pour régir la température des flammes lorsqu'on augmente la température du vent de souffla- ge ou lorsqu'on augmente la teneur en oxygène. Par exemple, on sait qu'une quantité d'humidité peut être ajoutée au vent de soufflage avec une quantité correspondante d'oxygène d'enrichis- sement.
Si on ajoute des combustibles hydrocarbonés à un haut fourneau qui possède déjà. cette injection humidité-oxygène, il
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faut ajouter de 1'oxygène supplémentaire avec le fuel oil suivant les relations précitées. En d'autres termes, le procède de l'in- vention met en rapport l'enrichissement à l'oxygène et l'augmenta-' tion de la. température du vent de soufflage avec les additions d'hydrocarbure liquider si on modifie la teneur en humidité ou d'autres facteurs de travail importants,
on ne peut plus consi- dérer un enrichissement en oxygène ou une augmentation quelconque de la température du vent de soufflage qui sont associés à ces va- riables par rapport à l'addition du combustible hydrocarboné.
Les additions de combustible auxiliaire sont alors effectuées avec les additions d'oxygène indiquées et les aug- mentations de la température du vent de soufflage ou les deux, tandis que la consommation du coke est diminuée. En pratique, on peut diminuer la quantité de ce en augmentant le rapport charge:coke. Comme point de départ, on peut diminuer les quantités de coke en se basant sur le remplacement d'une unité pondérale de coke par une unité pondérale de combustible hydro- carboné.
Il est à remarquer qu'on peut s'attendre à des variations de ce rapport de substitution 1:1 suivant le type de combustible
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Les prix de revient relatifs du coke, de différents combustibles hydrocarbonés et de l'oxygène varient d'une région à l'autre mais, en général, la combinaison des combustibles hydrocarbonés et de l'oxygène permet de réaliser des économies avec des consommations de coke ramenées entre 40 et 60% des besoins de coke normaux.
Comme l'addition d'oxygène a pour effet d'augmenter la vitesse de fusion et, par conséquent, la quantité de fer produite, le débit du vent de soufflage doit être diminué pour ramener la pro- duction de fer du niveau résultant de l'utilisation de la quantité donnée d'oxygène au taux de production normal. Cette diminution du débit du vent de soufflage doit être calculée de manière à ne fournir au haut fourneau qu'environ suffisamment d'oxygène au total pour satisfaire les besoins de la combustion avec la quan- tité de coke et de combustible auxiliaire nécessaire' pour attein- dre la production de fer voulue.
Il est important de remarquer que cette diminution du débit du vent de soufflage ne correspond pas à un"soufflage à vent doux,, qui provoque une chute de la production alors que la consommation de coke par tonne de métal ne diminue que légèrement. On obtient ainsi des économies de coke accrues tandis que le taux de la producte
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cédé.
Les diminutions substantielles du débit de vent de soufflage rendues possibles par des additions d'oxygène suivant le procédé de l'invention permettentd'atteindre des températures plus élevées du vent de soufflage qui, à leur tour, permettent de remplacer le coke qui est plus coûteux par des combustibles hydrocarbonés supplémentaires.
Dans la mise eh pratique de l'invention, on ajoute de l'oxygène et du combustible hydrocarboné tout en diminuant la consommation du coke. Les additions proportionnées d'oxygène et de combustible augmentent la production. Le conducteur du haut fourneau observe cette production accrue et diminue le débit du vent de soufflage introduit dans le haut fourneau de manière à ramener la production au niv.au@voulu.
Si on désire que le haut fourneau fonctionne à une ca- pacité inférieure à sa capacité normale, il ut diminuer le volume du vent de soufflage de manière à fournir juste assez d'oxygène pour brûler le coke et les combustibles auxiliaires nécessaires pour produire le débit de production diminué voulu.
Lorsqu'une production de fer supérieure à la normale est requise, on ajoute les combustibles auxiliaires et l'oxygène comme décrit plus haut mais on ne diminue pas le volume du vent de soufflage dans la même mesure qu'avec des débits de production normaux. Un enrichissement en oxygène peut produire beaucoup plus de fer pour le même volume du vent de soufflage ou même pour des volumes moindres. Par exemple, des hauts fourneaux peuvent être conçus pour travailler à 150% de leur capacité normale'avec des économies de coke substantielles en suivant les principes de l'invention sans dépasser la capacité des machines soufflantes du haut fourneau.
A titre d'exemple de l'application de l'onvention à un haut fourneau particulier, on prend le cas d'un haut fourneau
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ayant une production journalière normale de 725 tonnes/jour. Ce haut fourneau consomme du coke à raison de 655 kg/tonne de fer et utilise 35,8 m3 de gaz naturel par tonne de métal produite.
La température du vent de soufflage est de 705 C avec un volume de 1275 m3/minute. Le vent de soufflage est de l'air, c'est-à- dire qu'il contient 21% en volume d'oxygène et il a une te- neur en humidité de 2,3 g/m3.
Pour satisfaire une diminution hypothétique de la demande d'acier, on a reçu l'ordre de ramener la production du haut fourneau à 450 tonnes/jour. Suivant un procédé de conduite économique, on élimine l'injection de gaz naturel et on injecta 168 kg de charbon pulvérivé par tonne métrique en accompagnant cette injection d'une addition d'oxygène, On réduit le volume du vent de soufflage à 708 m3/minute et on amène le pourcentage d'oxygène dans le vent de soufflage à 22,5% par volume. La teneur .en humidité reste la même, c'est-à-dire 2,3 g/m3. On porte la température durent de soufflage à 871 C pour tenir compte de la diminution de son volume. La consommation de coke résultante n'est que de 395 kg/tonne de métal produite.
Lorsqu'une production normale est requise, le procédé de l'invention permet de conduire le haut fourneau de la façon suivante :le taux de production du haut fourneau est encore de 725 tonnes/jour ,mais on abaisse la consommation de coke de 655 kg/tonne à 450 kg/tonne en ajoutant 145 kg de charbon pulvé- risé par tonne et 7,4 m3 de gaz naturel par tonne avec de l'oxygè- ne. La température du vent de soufflage est de871 C avec une te- neur en oxygène de 25,7% en volume dans un vent de soufflage débité à raison de 991 m3/minute avec la même teneur en humidité, c'est-à-dire 2,3 jg/m3.
Lorsque la production désirée du haut fourneau est de 907 tonnes/jour, on ajoute 200 kg de charbon pulvérisé par tonne et 44 m3 de gaz naturel par tonne au haut fourneau. Le volume du
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vent de soufflage est de 1320 m3/minute à une température de 788 C a une teneur en humidité de 2,3 g/m3. La teneur en oxygène du vent de soufflage est de 25,3% en volume. La consommation du coke n'est que de 450 kg/tonne de métal produite.
Si on ne peut pas obtenir de telles augmentations de la température du vent de soufflage en augmentant la teneur en oxygène suivant le procédé de l'invention, on peut obtenir l'aug- mentation de production voulue avec les températures du vent de' soufflage disponibles.
Il-ressort de la description et des exemples qui précè- dent,qu'on peut réaliser des économies substantielles en remplaçant une partie du coke normalement nécessaire par des combustibleshydro- carbonés moins coûteux avec de l'auygène et en augmentant les tem- pératures du vent de soufflage suivant le procédé de l'invention.
Pour n'importe quel combustible hydrocarboné ou mélange de.com- bustibles,on peut introduire plus d'oxygène et augmenter la tempé- rature du vent de soufflage dans la mesure voulue pour maintenir une efficacité de fusion maximum tout en réalisant des économies de coke substantielles . De plus, on peut obtenir une efficacité de fusion maximum eb des consommations de coke faibles indépendam- ment des taux de production de haut fourneau.