LU83534A1

LU83534A1 - Perfectionnements a des dispositifs de production de gaz reducteurs chauds

Info

Publication number: LU83534A1
Application number: LU83534A
Authority: LU
Inventors: N Ponghis
Original assignee: Centre Rech Metallurgique
Priority date: 1981-08-06
Filing date: 1981-08-06
Publication date: 1981-12-01

Description

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! 3.^4¾¾ i i j - 1 - ! C 2152/8108.

CENTRE DE RECHERCHES METALLURGIQUES -! CENTRUM V00R RESEARCH IN DE METALLURGIE,

Association sans but lucratif -Vereniging zonder winstoogmerk à BRUXELLES, (Belgique) .

Perfectionnements à des dispositifs de production de gaz réducteurs chauds.

La présente invention concerne des perfectionnements à des dispositifs de production de gaz réducteurs chauds, destinés notamment à être injectés dans un four à cuve, en particulier ! dans un haut fourneau, afin d'y assurer, au moins partielle- ; ment, la réduction de matières ferreuses.

| ' La description qui va suivre se réfère à l'utilisation de tels ) dispositifs dans le cadre de la conduite du haut fourneau; bien j ‘ que constituant un domaine d'application très important de l'in- ! vention, le cas du haut fourneau n'est cependant cité qu’à titre j d'exemple et il va de soi que l'invention s'applique également i chaque fois que l'on doit produire des gaz réducteurs chauds au / moyen de dispositifs du type considéré ici. fc/y

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Λ 1 ~ m ί j Dam le cas du haut fourneau, il est connu de remplacer une ' partie du coke de la charge et tout cj partie du vent chaud soufflé dans les tuyères principales par une certaine quantité de gaz réducteurs chauds injectés dans le creuset. Ces gaz réducteurs sont injectés à une température élevée et contiennent principalement du CO et du HL,.

Un tel remplacement est surtout préconisé en vue de réduire la consommation de coke qui est un combustible coûteux et d'approvisionnement parfois difficile. On peut même concevoir que l'ensemble des besoins en chaleur et en gaz réducteurs soit I * couvert par cette voie. Dans ce cas, en dehors de sa fonction | de carburer le métal, le coke ne jouerait plus alors qu’un rôle | de support mécanique réfractaire portant la charge solide et ! permettant la décantation de la fonte ët du laitier.

On sait qu'il existe actuellement plusieurs procédés de fabrication de gaz réducteurs, par exemple celui par oxydation catalytique à la vapeur d’eau ou par oxydation partielle à l'oxygène, appliqué aux hydrocarbures gazeux ou liquides.

Par ailleurs, dans le but de diversifier les sources d'énergie utilisées en sidérurgie, le demandeur a également déjà préconisé de produire des gaz réducteurs à partir d'un hydrocarbure liquide ou d'une matière solide carbonée, telle que du charbon, en utilisant du gaz de gueulard comme oxydant.

| Dans tous les cas, les gaz réducteurs obtenus sont chauffés jusqu'à une température comprise entre 1500°C et 2800°C pour les injecter dans le creuset du haut fourneau. Des tempéra-* tures aussi élevées peuvent être atteintes de plusieurs façons, | mais d'excellents résultats ont été obtenus, suivant un pro- ; cédé préconisé ailleurs par le demandeur, en chauffant ces gaz'l/

J en milieu plasmatique. /L

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Suivant une modalité avantageuse de ce procédé, les gaz réducteurs peuvent être produits de différentes manières et notamment par voie électrique dans des appareils tels que des fours à plasma, des fours à arc ou d'autres équipements de ce genre; dans le réacteur, les gaz sont en même temps surchauffés à la température requise. Ce réacteur est généralement disposé totalement ou partiellement à la place du busilion; il peut encore être placé sur le busillon. Les gaz réducteurs chauds ainsi produits sont injectés dans le haut fourneau par la tuyère princi-, pale qui équipe ce busillon.

Ces gaz réducteurs peuvent être produits à partir de n'importe quel combustible.

La présente invention est particulièrement applicable dans le cas où le réacteur comporte au moins deux électrodes entre lesquelles on fait jaillir un arc électrique.

Lors de son introduction dans le réacteur, le combustible passe entre deux électrodes entre lesquelles est produit un arc électrique destiné & provoquer l'échauffement et la combustion, éventuellement en présence d'un agent oxydant tel que de l'air ou de l'air enrichi en oxygène. Cette combustion est réalisée dans des conditions propres à assurer la formation de gaz réducteurs contenant principalement du CO, du H2, éventuellement du N2 et de faibles quantités résiduelles de C02 et H20.

La production d'un arc électrique entre les deux électrodes cy- • * lindriques dépend de l'existence d'une différence de potentiel suffisante entre ces électrodes. Cette différence de potentiel est elle-même fonction non seulement de la distance séparant les électrodes, mais également de la nature du gaz introduit dans le réacteur; ce dernier peut en effet, lors de son passage entre les électrodes, provoquer l'extinction de l'arc / électrique. Il en résulte certaines difficultés de réglage/)/ pour assurer la production d'un arc électrique stable et /y/ \ Ψ .· - 4 - suffisamment chs-ud. Par a:.', leur?- la ^roc -et ion îî l'arc électrique provoque une force ÿlecÎtromotr: ce dans le circuit électrique d'alimentation avant que ne s'établisse le »régime normal de travail; cette force électromotrice est d'autant plus élevée que la différence de potentiel entre les électrodes est importante et elle entraîne les inconvénients bien connus d'ins-j tabilité et de risques de détérioration.

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Pour faciliter la production d'un arc électrique, notamment pour abaisser la différence de potentiel nécessaire à son établissement, on a déjà préconisé de munir une des faces des électrodes en présence de protubérances cylindriques (boutons) opposant à l'écoulement du combustible un profil de forme rectangulaire.

La présence de telles protubérances a conduit à une certaine amélioration mais elle a introduit un nouvel inconvénient, à savoir la formation de zones de turbulence aérodynamique qui stabilisent l'arc et entraînent une forte érosion dans ces régions.

La présente invention a pour objet un dispositif permettant de remédier à ces inconvénients.

Le dispositif, objet de la présente invention, qui comprend des moyens pour chauffer ou fabriquer et chauffer des gaz réducteurs I à partir d'un combustible approprié, les dits moyens comportant I au moins un réacteur équipé d'au moins deux électrodes cylindri ques, entre lesquelles on introduit le dit combustible, ces électrodes étant disposées de telle façon que leurs faces actives I , soient parallèles et suffisamment écartées pour permettre la ! circulation dudit combustible, au moins une des dites faces | actives étant pourvue d'une ou de plusieurs protubérances des tinées & réduire la distance d'amorçage de l'arc entre les | électrode·, est essentiellement caractérisé en ce que ces pro- ; tubérances présentent, dans le sens de circulation du combusti- i ble et/ou des gaz réducteurs chauds, un profil aérodynamique / réduisant ou supprimant la turbulence à l'aval des protubérances././ t - 5

En particulier, il a été trouvé avantage.y de donrer à la surface aval de ces protubérances, une p'inte d'environ 10° par rapport à la direction d'écoulement du combustible et/ou des gaz réducteurs chauds.

Le dispositif peut, selon l'invention, être associé à des moyens permettant de transporter les gaz réducteurs chauds jusqu'à leur zone d'utilisation, par exemple jusqu’aux tuyères d'injection d'un haut fourneau.

Suivant l'invention, le dispositif peut en outre être combiné a : - des moyens pour mesurer, de préférence directement en cours d'opération, des caractéristiques telles que température, composition et débit du combustible et/ou des gaz réducteurs chauds; - des moyens pour modifier les caractéristiques du combustible et/ou des gaz réducteurs chauds; - des moyens pour mesurer les facteurs représentatifs de la marche du four utilisant les gaz réducteurs chauds et notamment, dans le cas du haut fourneau, la mise au mille de coke, la productivité, la température et la teneur en silicium de la fonte, - des moyens pour assujettir, suivant des consignes prédéterminées, de préférence automatiquement, les modifications éventuelles des caractéristiques du combustible et/ou des gaz réducteurs chauds aux mesures des facteurs représentatifs de la marche du four, , Λ

Les moyens pour transporter les gaz réducteurs chauds jusqu'aux tuyères d'injection sont constitués, soit par les canalisations bien connues de l'équipement classique d'un four à cuve avec injection de vent (circulaire, busillon, etc...), soit par des canalisations distinctes des précédentes, dites auxiliaires, / mais d'un type semblable en tout ou en partie (circulaire, bu- / sillon etc...); le réacteur est avantageusement un four à /j// plasma. {Jf \ r * O **

Les figures 1 et 2 ci-annexéee donnent, à titre d'exemple non limitatif, une modalité constructive d'une électrode cylindrique munie de protubérances conformes à la présente invention.

La figure 1 représente une vue de bout de l’électrode cylindri- j que et la figure 2 représente en coupe une protubérance dont est munie la face active de la dite électrode.

Suivant la figure 1, l'électrode 1 est munie de deux protubé- * rances 2 et 3 diamétralement opposées et orientées suivant une * direction 4 parallèle à celle 7 des gaz introduits dans le réacteur.

La figure 2 représente une coupe selon la ligne 4 de la protubérance 2 dont est munie la face active de l'électrode 1.

La coupe de la figure 2 montre que la protubérance 2 présente de l'amont vers l'aval, c'est-à-dire vers l'intérieur du réac- $ teur, une face supérieure plane, parallèle à la face active de l'électrode, suivie d'une surface inclinée 6, ayant une pente de l'ordre de 10°, et profilée de façon à éviter toute turbulence au sein du courant gazeux qui se déplace le long de cette protubérance dans le sens de la flèche 7.

Suivant une modalité particulière de réalisation du dispositif selon l'invention, les électrodes du réacteur sont au nombre de trois, cylindriques, disposées l'une à la suite de l'autre dans le sens axial, l'électrode du milieu étant portée à un 3 ' potentiel positif par rapport au deux autres électrodes, ces / dernières étant de préférence au potentiel de la terre. // ! ίί \ t i i i i

Claims

1. Dispositif de production de gaz réducteurs chauds à partir d'un combustible approprié, ou de chauffage ou de surchauffage d'un gaz, comportant au moins un réacteur équipé d'au moins deux électrodes cylindriques entre lesquelles on introduit ledit combustible ou ledit gaz, ces électrodes étant disposées de telle façon que leurs faces actives soient parallèles et suffisamment écartées pour permettre la circulation dudit combustible ou dudit ; s gaz, au moins une des dites faces actives étant pourvue d'une i ou de plusieurs protubérances destinées à réduire la distancé ; ' d'amorçage de l'arc entre les électrodes, caractérisé en ce que ces protubérances présentent, dans le sens de circulation du dit j combustible et/ou des gaz réducteurs chauds, un profil aérody- ! namique réduisant ou supprimant la turbulence à l'aval des dites protubérances, f

2. Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'il ! comporte des moyens pour transporter les gaz réducteurs chauds ! jusqu'à leur zone d'utilisation, en particulier jusqu'aux tuyè- j res d'injection de hauts fourneaux. | ji

3. Dispositif suivant l'une ou l'autre des revendications 1 et 2, caractérisé en ce qu'il comporte en outre : - des moyens pour modifier les caractéristiques du combustible ! et/ou des gaz réducteurs chauds; | - des moyens pour modifier les facteurs représentatifs de la marche du four utilisant les gaz réducteurs chauds, et notamment dans le cas du haut fourneau, la mise au mille de colce, I; la productivité, la température et la teneur en silicium de t. |! la fonte, - des moyens pour assujettir, suivant des consignes prédéterminées, de préférence automatiquement, les modifications éven- 1 tuelles des caractéristiques du combustible et/ou des gaz / réducteurs chauds aux mesures des facteurs représentatifs/j// de la marche du four. / « *

4. Dispositif suivant l'une· eu . autre des revendications 1 à 3, caractérisé en ce que les électrodes d réacteur précité sont au nombre de trois, cylindiîques, disposées l'une à la suite de l'autre dans le sens axial, 1 électrode du milieu présentant une différence de potentiel par rapport aux deux autres électrodes, ces dernières étant de préférence au potentiel de la terre.

5. Dispositif suivant la revendication 4, caractérisé en ce que les écartements entre l'électrode du milieu et l'électrode amont d'une part, et entre l’électrode du milieu et l'électrode aval * d'autre part, n'ont pas la même valeur.

6. Dispositif suivant l'une ou l'autre des revendications 4 et 5, caractérisé en ce que les dites protubérances sont de préférence disposées sur au moins une des faces actives de l'électrode du milieu. Dessins : -J— plsnnhes ^ carde —pages dont .......£...... —? .V.:UsC!ipÎi[m ........2 !- ci- revendications Z/ descriptif Luxembourg, îe - B Le mar)j2?‘::üire v tfharles München *