LU84113A1 - Dispositif de reduction des matieres ferreuses - Google Patents

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LU84113A1
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Arthur Poos
Bernard Fontaine
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Centre Rech Metallurgique
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    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C21METALLURGY OF IRON
    • C21BMANUFACTURE OF IRON OR STEEL
    • C21B5/00Making pig-iron in the blast furnace
    • C21B5/001Injecting additional fuel or reducing agents
    • C21B5/002Heated electrically (plasma)

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  • Engineering & Computer Science (AREA)
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  • Organic Chemistry (AREA)
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Description

! deCsnae^^-'Îc,·· al·** dépcKi,., t;-, •e-SJLclou Z jQrfY · I sous le no <!<Sé.éZ4 ^* » -ίο 2121 Bis/8104.
CENTRE DE RECHERCHES METALLURGIQUES -CENTRUM VOOR RESEARCH IN DE METALLURGIE, 1 '
Association sans but lucratif -I Vereniging zonder winstoogmerk ! à BRUXELLES, (Belgique).
I Dispositif de réduction des matières ferreuses.
1 La présente invention, relative à un dispositif de réduction J de matières ferreuses en un métal, est applicable dans un I four à cuve et en particulier dans un haut fourneau.
Il est connu de remplacer une partie du coke de la charge I· d'un haut fourneau et tout ou partie du vent chaud soufflé dans les tuyères principales par une certaine quantité de I gaz réducteurs chauds injectés dans le creuset du haut four- ; neau. Ces gaz réducteurs sont injectés à une température élevée et contiennent principalement du CO et du H2- : ; Un tel remplacement est surtout préconisé en vue de réduire la consommation de coke qui est un combustible coûteux et c' / ;| approvisionnement parfois difficile. On peut même concevoirN/ ! que l'ensemble des besoins en chaleur et en gaz réducteurs if !» !, - 2 -
L
soit 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 et du laitier.
j
On sait qu'il existe actuellement plusieurs procédés de fa- «j ^ j brication de gaz réducteurs, par exemple celui par oxyda- p c Îtion catalytique à la vapeur d'eau ou par oxydation partielle à l'oxygène, appliqué aux hydrocarbures gazeux ou liquides.
si 4 | Par ailleurs, dans le but de diversifier les sources d'énergie f; utilisées en sidérurgie, le demandeur a également déjà pré- »! conisé de produire des gaz réducteurs à partir d'un hydrocar- jj ; bure liquide ou d'une matière solide carbonée, telle que du * charbon, en utilisant du gaz de gueulard comme oxydant.
1! fc ,j Dans tous les cas, les gaz réducteurs obtenus sont chauffés I jusqu'à une température comprise entre 1500°C et 2800°C pour jj les injecter dans le creuset du haut fourneau. Des tempéra- ij tures aussi élevées peuvent être atteintes de plusieurs façons, j! . mais d'excellents résultats ont été obtenus, suivant un pro- I cédé préconisé ailleurs par le demandeur, en chauffant ces gaz en milieu plasmatique.
;· * Suivant une modalité avantageuse de ce procédé, les gaz réduc- ; teurs peuvent être produits de différentes manières et notam- | ' ment par voie électrique dans des appareils tels que des fours | à plasma, des fours à arc ou d'autres équipements de ce genre; I dans le réacteur, les gaz sont en même temps surchauffés à la t- température requise. Ce réacteur est généralement disposé to-: talement ou partiellement à la place du busillon ou éventuel lement il se place sur le busillon et les gaz réducteurs ainsi produits sont injectés dans le haut fourneau par la tuyère principale qui équipe ce busillon.
E t 1 , - 3 -
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 à provoquer 11echauffernent 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 éventuellement du î?2 et de faibles quantités résiduelles de CC>2 et H20.
Au cours de ses essais pour la mise au point du procédé, le demandeur a constaté que les faibles quantités de suie résultant du cracking du combustible dans le réacteur à arc et pro- Ï jetées en direction de la tuyère d'injection provoquaient des dépôts dans le busillon avec tous les inconvénients inhérents à ce genre de dépôts.
- La présente invention a pour objet un dispositif permettant de réduire notablement ces inconvénients par une diminution sensible de l'importance de tels dépôts de suie dans le busillon.
t i ! Cette invention est fondée sur l'observation faite par le de- \ . ! ^ ^ mandeur que le dépôt de suie dans le busillon présente une forme I hélicoïdale.Etant donné que l'alimentation des réacteurs con- • nus est assurée oar un disaue électricuement isolant muni t. ‘ È de canaux tangentiels de distribution imprimant au gaz in- t ï; jecté une rotation autour de l'axe longitudinal du réacteur, - / jh le demandeur en a déduit que le dépôt de suie peut être fa- // t ____ i '_________. i 1 - fnrmc /Sä nar.S'.iY L/ I - 4 - de distribution. Il a eu l'idée originale de remplacer cette disposition des canaux par une disposition radiale susceptible de contrecarrer la formation des dépôts de suie dans le busillon.
Bien que la description de l'invention soit principalement axée sur un haut fourneau utilisé pour la réduction du minerai de fer en fer élémentaire, il est entendu que l'invention est applicable pour un four à cuve servant à l'élaboration d'autres | * métaux tels que le cuivre, le plomb,...
Le dispositif, objet de la présente invention, est essentiel-i lement caractérisé en ce qu'il comprend : - un four à cuve, et de préférence un haut fourneau, composé d'une cuve verticale et d'un creuset, la dite cuve étant re- I couverte, sur sa surface intérieure, de réfractaires ou au- i très revêtements, de manière à supporter les contraintes nées de la présence d'une charge ferreuse et des réactions de | celle-ci avec le coke et des gaz réducteurs; - des installations pour injecter un mélange gazeux dans le dit 1 ‘ four, de préférence au niveau des tuyères principales, les installations précitées étant principalement constituées par les éléments suivants : ' a) des moyens pour chauffer ou fabriquer et chauffer les gaz : réducteurs ou autres formant le dit mélange gazeux, les j · dits moyens comportant au moins un réacteur, le dit réac- | teur étant équipé d'au moins deux électrodes cylindriques, ' espacées dans la direction axiale et présentant un inter valle entre elles et d'un dispositif sis dans l'interval- le entre les électrodes, du type disque électriquement I isolant, de préférence en résine époxy, destiné à assurer l'alimentation de la chambre de réaction du dit réacteur en combustible, disque élaboré de telle façon que les ca- / naux de distribution du combustible dont il est pourvu / sont déployés autour de son centre, suivant une forme radiale. / ' b) des moyens pour transporter ces gaz jusqu'aux tuyères | d'injection.
t
Suivant l'invention, le dispositif comporte en outre : J - des moyens pour mesurer, de préférence directement en cours j d'opération, les caractéristiques telles que température, ! composition et débit de ces gaz, - des moyens pour modifier les dites caractéristiques de ces î . gaz, » | - des moyens pour mesurer les facteurs représentatifs de la ;; marche du four et notamment la mise au mille de coke, la pro- 1 ductivité, la température et la teneur en silicium de la i . fonte.
- des moyens pour assujettir, suivant des consignes prédéterminées, de préférence automatiquement, les modifications éventuelles des caractéristiques des dits gaz aux mesures des fac- i’ l teurs représentatifs de la marche du four.
; Les moyens pour transporter les gaz réducteurs jusqu'aux tuyères ] d'injection sont constitués, soit par les canalisations bien » connues de l'équipement classique d'un four à cuve avec injec- 1 tion de vent (circulaire, busillon, etc...), soit par les ca- Înalisations distinctes des précédentes, dites auxiliaires, mais d'un type semblable en tout ou en partie (circulaire, busχία Ïlon, etc...); le réacteur est avantageusement un four à plasma.
La figure ci-annexée donne, à titre d'exemple du dispositif de 1 l'invention, une modalité constructive d'un réacteur dans lall quelle on utilise un réacteur c'ur. type connu, mais équipé ici
Id'un disque conforme à celui décrit plus haut.
Cette figure représente en coupe, une moitié 1 de four à plas-| ma par rapport à son axe longitudinal 2.
I Le disque isolant 3 d'alimentation du four à plasma en gaz f . / ti combustible est situé à la périphérie et reçoit le combustx- ï1 // ! i - 6 - disque. Le combustible passe alors par le conduit 6 entre les deux électrodes 7 et 8 entre lesquelles on produit un arc > électrique 9 dont les points de contact avec les électrodes i 17 et 8 se déplacent sous l'action des bobxnes d'xnductxon 10.
Ces déplacements de l'arc 9 sont destinés à réduire l'usure des électrodes, due à ces points de contact. Le combustible entre dans la chambre de combustion 11 qui a la forme d'un tube centré sur l'axe 2 et s'étendant sur toute la longueur du four à plasma.
ij i Les gaz réducteurs résultant de la combustion du combustxble n î en présence éventuellement d'un agent oxydant tel que de 1' i air, sortent de la chambre tubulaire de combustion suivant la I flèche 12 et traversent le busillon en direction de la tuyère d'injection dans le haut fourneau.
Ces gaz réducteurs entraînent dans leur déplacement des résidus tels que la suie, dont le dépôt dans le busillon serait gênant.
La disposition radiale des canaux de distribution dont est muni le disque 3 a permis de constater que les dépôts de suie sont non seulement considérablement diminués, mais également répartis de façon plus uniforme, ce qui réduit fortement les inconvénients inhérents à de tels dépôts.
Suivant une première modalité de mise en oeuvre du dispositif de l'invention, le combustible introduit au moyen du disque précité est du type hydrocarbure.
Suivant une deuxième modalité de mise en oeuvre du dispositif de l'invention, un mélange gazeux autre que le combustible est introduit par un moyen propre dans la chambre de réaction, de | sorte à être mis en contact avec le combustible et à être ' porté lui aussi à haute température.
t/ r * - 7 - I Suivant une réalisation préférentielle de la modalité précé dente, le mélange gazeux précité contient de l'oxygène et peut être constitué par de l'air.
Suivant une quatrième modalité de mise en oeuvre du dispositif U de l'invention, on agit sur les moyens pour modifier les carac- 8 téristiques des gaz injectés dans la zone de réduction, de ma- fcl , nière à obtenir des compositions idéales pour produire, par » contact entre ces gaz et la matière ferreuse, un maximum d‘ 9 * oxyde de carbone, afin de réaliser la réduction de la dite H matière ferreuse en métal élémentaire.
n Suivant encore une autre modalité de réalisation du dispositif,
Iles 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 potentiel positif par rapport aux deux autres électrodes, ces dernières étant de préférence au potentiel de la terre.
Suivant une modalité de mise en oeuvre du dispositif de la présente invention, le mélange gazeux autre que le combustible introduit dans le réacteur est préchauffé à une température maximale de 1400°C.
Suivant encore une autre modalité de l'invention, le gaz chaud précité est introduit en amont de l'électrode amont.
suivant une autre modalité de mise en oeuvre du dispositif de l'invention, les gaz issus du réacteur précité sont à une température comprise entre 1500°C et 2800°C.
Suivant une modalité de réalisation du dispositif de l'invention, le disque isolant assurant la distribution du combustible^ comporte au moins 37 canaux et de préférence 72 canaux par face. / 0

Claims (11)

1. Dispositif de réduction de matières ferreuses en un métal, j; * caractérisé en ce qu'il comprend : * ; - un four à cuve, et de préférence un haut fourneau, composé d'une cuve verticale et d'un creuset, la dite cuve étant i recouverte, sur sa surface intérieure, de réfractaires ou autres revêtements, de manière à supporter les contraintes nées de la présence de la charge ferreuse et des réactions de celle-ci avec le coke et les gaz réducteurs, I - des installations pour injecter un mélange gazeux dans le ; dit four, de préférence au niveau des tuyères principales, ! “ les installations précitées étant principalement constituées I par les éléments suivants : | a) des moyens pour chauffer ou fabriquer et chauffer les gaz réducteurs ou autres formant le dit mélange gazeux, les | dits moyens comportant au moins un réacteur, le dit réac- j teur étant équipé d'au moins deux électrodes cylindriques, i espacées dans la direction axiale et présentant un inter valle entre elles et d'un dispositif sis dans l'intervalle entre les électrodes, du type disque électriquement isolant, de préférence en résine époxy, destiné à assu-i rer l'alimentation de la chambre de réaction du dit réac teur en gaz combustible, disque élaboré de telle façon i que les canaux de distribution du combustible dont il est ’ pourvu sont déployés autour de son centre, suivant une forme radiale, b) des moyens pour transporter ces gaz jusqu'aux tuyères id'injection.
2. Dispositif suivant la revendication 1, caractérisé en ce qu'il comporte en outre : B - des moyens pour mesurer, de préférence directement en cours / U ^ y / S d'opération, les caractéristiques telles que temperaturq, / I comoosition et débit de ces gaz, > l·/ ! ‘ i/ - 9 - ' · ·· - des moyens pour modifier les dites caractéristiques de ces gaz, 1- des moyens pour modifier les facteurs représentatifs de la marche du four et notamment 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 des dits gaz aux mesures * des facteurs représentatifs de la marche du four.
||3. Dispositif suivant les revendications 1 ou 2, caractérisé en ce que le combustible introduit au moyen du disque précité est du type hydrocarbure.
4. Dispositif suivant l'une ou l'autre des revendications 1 à | 3, caractérisé en ce qu'un mélange gazeux autre que le combus- I tible est introduit par un moyen propre dans la chambre de | réaction, de sorte à être mis en contact avec le combustible I et à être porté lui aussi à haute température.
5. Dispositif suivant la revendication 4, caractérisé en ce | . que le mélange gazeux précité contient de l'oxygène et peut j être constitué par de l'air. I «
6. Dispositif suivant l'une ou l'autre des revendications 1 ... ‘ à 5, caractérisé en ce qu'on agit sur les moyens pour modifier les caractéristiques des gaz injectés dans la zone de réduction, de manière à obtenir des compositions idéales pour I’ produire, par contact entre ces gaz et le matière ferreuse, un maximum d'oxyde de carbone, afin de réaliser la réduction de la dite matière ferreuse en métal élémentaire. ir
7. Dispositif suivant l'une ou l'autre des revendications 1 à 6, caractérisé en ce que les électrodes du réacteur préci- / 11 ‘ ' té sont au nombre de trois, cylindriques, disposées l'une à / , la suite de l'autre dans le sens axial, l'électrode du milieu/' î -10- ν f 1 étant portée à un potentiel positif par rapport aux deux J I* autres électrodes, ces dernières étant de préférence au potentiel de la terre.
8. Dispositif suivant l'une ou l'autre des revendications 1 à \ 7, caractérisé en ce que le mélange gazeux autre que le com- || bustible introduit dans le réacteur est préchauffé à une tem- Iï . perature maximale de 1400°C. .
9. Dispositif suivant la revendication 8, caractérisé en ce U que le gaz chaud précité est introduit en amont de l'électrode ; ; amont.
10. Dispositif suivant une ou plusieurs des revendications ! 1 à 9, caractérisé en ce que les gaz issus du réacteur précité f i -- h sont à une temoérature comprise entre 1500°C et 2800°C. ! i
11. Dispositif suivant une ou plusieurs des revendications 1 à 10, caractérisé en ce que le disque isolant assurant la ' distribution du combustible comporte au moins 37 canaux et de préférence 72 canaux par face. Dessins : .......Λ.........planches pages dent .............page de garde ...........%.....pages de description I .........pages de revendications Ï! _______cDîegé descriptif Luxembourg, le 26 : · ! -:c · * .rrhan
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