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" Réchauffeur d'air pour hauts et bas fourneaux et procédé d'utilisation"
La présente invention concerne l'utilisation et la mise en oeuvre de briques siliceuses spéciales présen- tant une limite inférieure d'utilisation de 400 C et une température maximale de 1600 C dans des réchauffeurs d'air pour hauts et bas fourneaux.
Dans les réchauffeurs d'air des hauts et bas four- neaux, on utilise comme matière réfractaire de préférence des produits à base de chamotte pour des températures de coupole allant jusqu'à 1150 à 1200 C.
Pour des températures de coupole supérieures à 1200 C, on utilise le plus souvent dans les zones supérieu- res du réchauffeur d'air des produits réfractaires à forte teneur d'alumine.
Ces derniers temps, on a utilisé également dans les réchauffeurs d'air à haute température présentantdes
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températures de coupole supérieures à 1400*Ce des briques siliceuses. Celles-ci peuvent être utilisées dans la gamme de température de 700 à 1600 C mais la limite de tempéra- ture inférieure de 900 C n'est pas dépassée dans la pratique.
Les briques à base de chamotte qui sont exposées dans le réchauffeur en permanence à des températures supé- rieures à 1000 C, doivent présenter une qualité particuliè- re ayant une tendance aussi faible que possible à la post- contraction en service continu.
Ces briques ne peuvent être produites dans la qua- lité désirée qu'en utilisant des argiles spéciales particu- lièrement appropriées et avec une longue cuisson à des tem- pératures supérieures à 1450 C. Cependant, une post-contrac- tion dans les gammes de température supérieures à 1200 C ne peut pas non plus être évitée dans ce cas.
Les produits à forte teneur d'alumine sont consi- dérablement plus coûteux que les produits à base de chamotte et ne sont, en service permanent, également pas exempts de phénomènes de post-contraction dans la plupart des cas lors- que les températures sont supérieures à 1400 C. En outre, les produits à forte teneur d'alumine présentent au dessus de 1000 C une dilatation thermique notable qui reste la même et qui diminue la résistance aux variations de tempé- rature de ces produits dans la gamme de température mention- née au dessus de 1000 C.
L'inconvénient des produits à base de chamotte réside, lors de l'utilisation dans des réchauffeurs d'air fonctionnant en permanence à des températures supérieures à 1000 C, dans une tendance considérable à la post-contraction et dans l'apparition de phénomènes de fluage sous la charge par pression et l'influence permanente de la température.
Les produits spéciaux à base de chamotte et à for- te cuisson qui sont fabriqués avec une dépense technologique
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considérable à des prix notablement plus élevés, présentent aussi les phénomènes de la post-contraction, ne fût-ce que dans une mesure réduite.
Une post-contraction du revêtement de réchauffeurs d'air et dans tous les cas dangereuse, étant donné que des formations de fissures dans la maçonnerie enveloppante et dans la coupole peuvent se produire et qu'un tassement incon- trôlé de la maçonnerie du réchauffeur d'air peut éventuelle- ment conduire à des éboulements partiels.
Une augmentation notable des températures de l'air chaud dans le fonctionnement des hauts et bas fourneaux avec exige le fonctionnement des réchauffeurs d'air / des tempé- ratures de coupole supérieures à 1200 C.
En augmentant les températures de l'air chaud, on peut diminuer la consommation spécifique de coke et augmen- ter la production de fer brut.
L'accroissement des températures de coupole au- delà de 1200 C n'est pas possible en utilisant des produits à base de chamotte, même de qualités spéciales. Il est dans ce cas nécessaire d'employer des matières à forte teneur d'alumine. L'inconvénient de ces produits réside dans leurs prix qui est plusieurs fois le prix des produits à base de chamotte et dans le fait qu'ils ne sont pas non plus exempts de phénomène de post-contraction au dessus de 1400 C.
L'invention est basée sur le problème de créer une brique siliceuse spéciale pouvant être utilisée pour la reconstruction de réchauffeurs d'air fonctionnant dans la gamme de température de 400 C à 1600 C.
La fabrication de la brique siliceuse spéciale n'exige pas de technologies dispendieuses et peut être réalisée suivant le procédé des technologies habituelles pour la fabrication de briques siliceuses.
Cette matière siliceuse ne présente pas de phéno-. mènes de post-contraction jusqu'à des températures dutilisa-
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tion de 1600 C. Au dessus de 400 C, elle présente une très bonne résistance aux alternances de températures se produi- sant lors des variations de températures du fonctionnement périodique des réchauffeurs d'air et peut être utilisés conformément aux caractéristiques physiques de cette matiè- re, en tenant compte en particulier des conditions de dila- tation, pour la construction de réchauffeurs d'air de type normal avec chambre de combustion horizontale à l'intérieur et verticale à l'extérieur, pour la voûte de la coupole inté- rieure, pour la chambre de combustion et la maçonnerie en- veloppante intérieure ainsi que pour le ruchage,
jusqu'à une @ température limite inférieure d'utilisation de 400 C.
Conformément à j'invention, on utilise une brique siliceuse contenant moins de 25% de quartz résiduel, dont la courbe de dilatation présente au dessus de 400 C une allure régulière sans changements brusques de dilatation et dont la dilatation thermique au dessus de 400 C ent si faible qu'el- le puisse supporter sans dommages des alternances de tempéra- ture continuelles de plusieurs centaines de degrés dans la zone de température supérieure à 400 C. La densité à l'état brut du produit siliceux spécial est supérieure à 1,80 g/ cm3, afin d'assurer une capacité thermique suffisante de la maçonnerie du réchauffeur d'air.
Les briques siliceuses sont fabriquées à partir de matières brutes à base d'acide sili- cique et se transformant bien (tels que des quartzites irré- guliers, des silex, des pierres analogues à du quartz agate calcédoine etc...) qui ne présentent pas un relâchement im- portant de la texture de la substance de base formée par l'acide silicique lors de leur transformation. Afin d'obte- nir de fortes densités à l'état brut, on ajoute aux pâtes servant à la fabrication de ces produits des agents de frit- tage (tels que des oxydes de fer, des oxydes de métaux alca- lino-terreux, etc...) qui ne diminuent pas de façon notable
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la résistance au feu des acides siliciques..
Pour absorber la dilatation thermique linéaire brusque des briques siliceuses spéciales, allant de 1,1 à
1,5% dans la zone de température de 150 à 350 C, des joints de dilatation correspondants sont prévus pour la coupole, la chambre de combustion, la maçonnerie enveloppante et entre les pierres de ruchage et la maçonnerie enveloppante des réchauffeurs d'air.
La zone de température entre 150 et 350 C est pas- sée lors du premier chauffage des réchauffeurs d'air venant d'être construits, de sorte qu'il ne peut pas se produire des formations de fissure par suite de dilatations brusques.
Ce résultat est obtenu lorsque la vitesse de chauffage est inférieure à 10 C/heure.
Un réchauffeur d'air ainsi construit avec de la matière siliceuse spéciale qui est utilisée jusqu'à une température limite inférieure de 400 C se caractérise par le fait qu'il peut également fonctionner dans un service normal de réchauffeur présentait une température de la cou- . pole de 1150 à 12000C.
Un réchauffeur d'air de ce type peut en outre fonc- tionner également avec des températures de coupole (1250 à 14000C sans chauffage supplémentaire) pouvant être obtenues avec le gaz de gueulard des hauts et bas fourneaux conformé- ment au pouvoir calorifique de celui-ci et peut être utilisé au delà de ces températures, pour un type de chauffage don- nant une température de coupole allant jusqu'à 1600 C.
Par suite de l'augmentation des températures d'air chaud des hauts et bas fourneaux, la consommation spécifique de coke est abaissée.
En combinaison avec l'introduction par soufflage de combustibles supplémentaires solides ou liquides dans les hauts fourneaux, on peut également obtenir une diminu- tion de la consommation de coke en augmentant les tempéra-
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tures de l'air chaud, ce qui revêt une grande importance économique.
La reconstruction nécessaire et avantageuse des réchauffeurs d'air en vue de l'accroissement de la tempéra- ture de l'air chaud peut être effectuée à'base de matières premières plus facilement disponibles pouvant servir pour la fabrication de la matière siliceuse conforme à l'inven- tion.
La pierre siliceuse spéciale présente l'avantage d'être considérablement moins chère que les produits à for- te teneur en alumine et les produits spéciaux à base de chamotte.
L'utilisation de cette qualité de matière siliceuse améliora considérablement la durée de service des réchauf- feurs d'air comparativement à la majorité des produits à base de chamotte.
Exemples de réalisation.
Dans un réchauffeur d'air normal à chambre de combustion intérieure horizontale pour hauts et bas four- neaux avec des températures de coupole de 1150 C à 1250 C (ou jusqu'à 1600 0 max. ), on peut utiliser la matière sili- ceuse suivant l'invention dans les parties suivantes:
La voûte intérieure de la maçonnerie de la coupole.
Le revêtement intérieur en maçonnerie de la cham- bre de combustion.
Jusqu'à 10 mètres de la virole intérieure de la maçonnerie enveloppante supérieure.
Jusqu'à 10 mètres de la maçonnerie de ruchage supé- rieure.
Dans un réchauffeur d'air à chambre de combustion verticale extérieure pour hauts et bas fourneaux avec une température maximale de la coupole allant jusqu'à 1600 0, la matière siliceuse spéciale conforme à l'invention peut être utilisée aux endroits suivants:
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La voûte intérieurb de la chambre à ruche et de la chambre de combustion.
Le revêtement intérieur de la chambre de combus- tion.
Jusqu'à 10 mètres de la virole intérieure de la maçonnerie enveloppante supérieure dans la chambre à ruche.
Jusqu'à 10 mètres de la maçonnerie de ruchage supérieure.
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"Air heater for blast and blast furnaces and method of use"
The present invention relates to the use and the implementation of special siliceous bricks having a lower limit of use of 400 ° C. and a maximum temperature of 1600 ° C. in air heaters for blast and bottom furnaces.
In high and low furnace air heaters, preferably chamotte products are used as refractory material for cupola temperatures up to 1150 to 1200 C.
For cupola temperatures above 1200 C, refractories with a high alumina content are most often used in the upper areas of the air heater.
In recent times, it has also been used in high temperature air heaters with
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cupola temperatures above 1400 * This siliceous bricks. These can be used in the temperature range 700 to 1600 C but the lower temperature limit of 900 C is not exceeded in practice.
The chamotte-based bricks which are exposed in the heater continuously to temperatures above 1000 ° C, must be of a particular quality having as little a tendency to post-contraction in continuous service as possible.
These bricks can only be produced in the desired quality by using specially suitable special clays and with long firing at temperatures above 1450 C. However, post-contraction in the ranges of temperatures above 1200 C cannot be avoided in this case either.
Products with a high alumina content are considerably more expensive than products based on chamotte and are, in permanent service, also not free from post-contraction phenomena in most cases when temperatures are higher. at 1400 C. In addition, products with a high alumina content exhibit, above 1000 C, a notable thermal expansion which remains the same and which reduces the resistance to temperature variations of these products in the temperature range mentioned. born above 1000 C.
The disadvantage of chamotte-based products resides, when used in air heaters operating continuously at temperatures above 1000 C, in a considerable tendency to post-contraction and in the appearance of phenomena of creep under pressure load and permanent influence of temperature.
Special chamotte-based and hard-fired products which are produced at a technological expense
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considerable at significantly higher prices, also exhibit post-contraction phenomena, if only to a reduced extent.
A post-contraction of the coating of air heaters and in any case dangerous, given that the formation of cracks in the surrounding masonry and in the dome can occur and an uncontrolled settlement of the masonry of the heater d the air can eventually lead to partial landslides.
A noticeable increase in hot air temperatures in the operation of blast furnaces and blast furnaces with requires the operation of air heaters / cupola temperatures above 1200 C.
By increasing the temperatures of the hot air, one can decrease the specific consumption of coke and increase the production of crude iron.
Raising the cupola temperatures above 1200 C is not possible using chamotte products, even of special qualities. In this case, it is necessary to use materials with a high alumina content. The disadvantage of these products lies in their price which is several times the price of chamotte-based products and in the fact that they are not free from post-contraction phenomenon above 1400 C.
The invention is based on the problem of creating a special siliceous brick that can be used for the reconstruction of air heaters operating in the temperature range from 400 C to 1600 C.
The manufacture of the special siliceous brick does not require expensive technologies and can be carried out following the process of the usual technologies for the manufacture of siliceous bricks.
This siliceous material exhibits no pheno-. of post-contraction up to user temperatures.
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temperature of 1600 C. Above 400 C, it has very good resistance to the temperature changes occurring during temperature variations during periodic operation of air heaters and can be used in accordance with the physical characteristics of this material. re, taking into account in particular the expansion conditions, for the construction of air heaters of normal type with horizontal combustion chamber inside and vertical outside, for the vault of the inner dome , for the combustion chamber and the inner surrounding masonry as well as for the beehive,
up to a @ lower limit of use temperature of 400 C.
In accordance with the invention, a siliceous brick containing less than 25% of residual quartz is used, the expansion curve of which has a regular shape above 400 C without abrupt changes in expansion and the thermal expansion of which above 400 C ent so low that it can withstand without damage continuous temperature changes of several hundred degrees in the temperature zone above 400 C. The raw density of the special siliceous product is greater than 1.80 g / cm3, to ensure sufficient thermal capacity of the air heater masonry.
Siliceous bricks are made from raw materials based on silicic acid and which process well (such as irregular quartzites, flints, quartz agate chalcedony-like stones, etc.) which do not present not a significant loosening of the texture of the base substance formed by silicic acid during their transformation. In order to obtain high densities in the raw state, frying agents (such as iron oxides, alkaline earth metal oxides, etc.) are added to the pastes used in the manufacture of these products. etc ...) which do not decrease significantly
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fire resistance of silicic acids.
To absorb the sudden linear thermal expansion of special siliceous bricks, ranging from 1.1 to
1.5% in the temperature range of 150 to 350 C, corresponding expansion joints are provided for the dome, the combustion chamber, the surrounding masonry and between the bevel stones and the surrounding masonry of the air heaters.
The temperature zone between 150 and 350 C is passed during the first heating of the air heaters which have just been constructed, so that crack formation cannot occur due to sudden expansions.
This result is obtained when the heating rate is less than 10 C / hour.
An air heater thus constructed with special siliceous material which is used up to a lower limit temperature of 400 C is characterized by the fact that it can also operate in a normal heater service had a core temperature. . pole from 1150 to 12000C.
An air heater of this type can moreover also operate with cupola temperatures (1250 to 14000C without additional heating) which can be obtained with the top gas of blast and low furnaces according to the calorific value of this gas. ci and can be used beyond these temperatures, for a type of heating giving a dome temperature of up to 1600 C.
As a result of the increase in the hot air temperatures of the blast and blast furnaces, the specific consumption of coke is lowered.
In combination with the introduction by blowing of additional solid or liquid fuels into the blast furnaces, it is also possible to obtain a reduction in the consumption of coke by increasing the temperatures.
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tures of hot air, which is of great economic importance.
The necessary and advantageous reconstruction of the air heaters for the increase in the temperature of the hot air can be carried out on the basis of more readily available raw materials which can be used for the manufacture of the siliceous material according to the specification. invention.
Special siliceous stone has the advantage of being considerably cheaper than products with a high alumina content and special products based on chamotte.
The use of this grade of siliceous material will considerably improve the life of the air heaters compared to the majority of chamotte products.
Examples of realization.
In a normal air heater with horizontal internal combustion chamber for high and low furnaces with dome temperatures of 1150 C to 1250 C (or up to 1600 0 max.), The silica material can be used. according to the invention in the following parts:
The interior vault of the dome masonry.
The interior masonry lining of the combustion chamber.
Up to 10 meters from the inner ferrule of the upper wraparound masonry.
Up to 10 meters from the top bevel masonry.
In an air heater with an external vertical combustion chamber for blast and blast furnaces with a maximum dome temperature of up to 1600 0, the special siliceous material according to the invention can be used in the following places:
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The interior vaultb of the beehive chamber and the combustion chamber.
The interior lining of the combustion chamber.
Up to 10 meters from the inner ferrule of the upper wrap-around masonry in the beehive chamber.
Up to 10 meters from the top being masonry.