LU85527A1 - Procede de conduite d'un haut fourneau - Google Patents

Description

T

t C 2252/8309.

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

Association sans but lucratif -;· Vereniging zonder winstoogmerk à BRUXELLES# (Belgique).

Procédé de conduite d'un haut fourneau.

La présente invention concerne un procédé de conduite d'un haut fourneau servant à la réduction de minerai. Elle s'applique en particulier, sans y être pour autant limitée, à la conduite d'un haut fourneau dans lequel on injecte, par les tuyères principa-* les, des combustibles auxiliaires tels que du gaz naturel ou du charbon.

V»

Les préoccupations énergétiques actuelles poussent les industriels, et notamment les sidérurgistes, à minimiser la consommation d'énergie primaire provenant des combustibles fossiles, comme le charbon, le pétrole ou le gaz naturel.

A cet égard, on sait qu'il est possible de réduire notablement la consommation de coke en injectant des gaz réducteurs chauds S! ή - 2 - au niveau des tuyères principales d'un haut fourneau. Ces gaz réducteurs, qui contiennent principalement du CO, du H2 et du N2, sont généralement fabriqués à l'extérieur du fourneau; ils peuvent être injectés dans le haut fourneau en remplacement, to-. tal ou partiel, des gaz produits habituellement dans le fourneau, par la combustion du coke au moyen de vent soufflé aux tuyères.

Au cours de ses travaux, le Demandeur avait déjà constaté que le fait de produire ces gaz réducteurs à l'intérieur ou à l'extérieur du haut fourneau ne constituait en réalité pas un facteur déterminant. Ces recherches avaient montré que la composition,la température et le débit du gaz réducteur présent dans le creuset du haut fourneau jouaient un rôle prépondérant, mais que leur efficacité ne dépendait pas du fait que le gaz ait été produit à l'intérieur ou à l'extérieur du haut fourneau.

La connaissance èt la maîtrise de ces paramètres revêtent donc une importance capitale pour la conduite du fourneau.

Dans le cadre de la présente invention, il est fait appel à des paramètres de réglage ainsi qu'à des paramètres internes de la marche du haut fourneau. Ces paramètres, bien connus en soi, sont définis ici de la façon suivante : a) paramètres âe_réglage : - D : débit d'air, ou d'un autre gaz oxydant insufflé aux cl tuyères, (on entend par gaz oxydant, un gaz composé essentiellement d'oxygène et/ou de CC>2 + H20) ; - Dc î débit de combustible auxiliaire, tel que gaz naturel, charbon, injecté aux tuyères; - 3 - - p : puissance de chauffage, c'est-à-dire enthalpie des ma- > tières - gaz oxydant et combustible - introduites par les tuyères par unité de temps. Cette condition peut — également être exprimée par la température T des gaz résultant de la réaction entre ces matières.

» b) Paramètres_internes : - τ : température de la zone de réserve thermique du haut fourneau; elle dépend notamment des propriétés de la charge et de la valeur des paramètres de réglage; - température de gel, c'est-à-dire température à la quelle s'arrêtent les réactions chimiques entre les divers composants du gaz ascendant dans le haut fourneau; il s'agit de la température d'équilibre de la réaction CO + H20 —^ C02+ H2 correspondant à la com position du gaz de gueulard produit par le haut fourneau; elle dépend entre autre du rapport (H2 + H20)/ (CO + C02) dans le gaz ascendant;

PO 1 TT

-τι Λ 2; rendement du gaz réducteur au niveau de la wüs-'FeO * tite; ce rendement est défini comme suit : „COtH? (COy + H2O) réels au niveau de la wflstite •FeO ~ (co2 + H20) à l'équilibre à Tzr il dépend notamment des propriétés de la charge et de s la -valeur des paramètres de réglage; - p : pertes thermiques horaires du haut fourneau; - R : fraction des pertes thermiques correspondant à 1 la partie du haut fourneau située géométriquement en

dessous de la surface définie par T

En règle générale, les valeurs des paramètres internes d'un haut fourneau sont connues par le fonctionnement antérieur du fourneau. On connaît notamment l'évolution des pertes thermiques > - 4 - P., et R en fonction des paramètres de réglage D , D et P. th a c

Sous l'action des paramètres qui viennent d'être rappelés, le fonctionnement du haut fourneau conduit à certains résultats qui sont ici symbolisés de la façon suivante : - Pr : production de fonte; - Si : teneur en silicium de la fonte produite; - Tf r température de la fonte produite; elle dépend notam ment de l'activité du silicium de la fonte, de l'activité du SiC>2 du laitier et de la pression partielle du CO formé aux tuyères; - C : consommation spécifique de coke.

Les valeurs de Si et de déterminent ensemble la qualité de la fonte.

La consommation spécifique de coke , C, exprimée en kilos de coke consommés par tonne de fonte produite, est un paramètre de réglage traditionnel de la marche du haut fourneau. Dans le procédé de la présente invention, il peut être considéré comme un résultat obtenu au moyen des paramètres de réglage Da, Dc et P. En revanche, on doit le considérer comme un paramètre de réglage dans le cas où D = 0 et P est constant.

Le procédé qui fait l'objet de la présente invention est basé sur la constatation selon laquelle toute variation de la com-position, de la température et du débit du gaz réducteur formé au nez des tuyères d'un haut fourneau avait une répercussion immédiate sur les résultats de marche du haut fourneau, à savoir la quantité et la qualité de la fonte produite.

Il tient également compte du fait que le haut fourneau fonctionne de façon hybride, puisque la fonte y est élaborée en continu, - 5 - mais qu'elle est coulée de façon discontinue, à des interval-" les de temps plus ou moins réguliers. Il va de soi que la quan tité et la qualité de la fonte d'une coulée dépendent des valeurs des paramètres de réglage et des paramètres internes pendant le temps où cette fonte a été élaborée.

>

La présente invention propose donc un procédé de conduite d'un haut fourneau permettant de tenir compte immédiatement de l'effet de toute variation des paramètres de réglage et de corriger ceux-ci de façon à obtenir, à la fin de la coulée en cours d'élaboration, la quantité et la qualité de fonte désirées.

Dans le procédé de l'invention, on suppose que le haut fourneau fonctionne initialement selon une marche déterminée donnant des résultats connus, et que l’on désire modifier les conditions de marche, de façon à obtenir d'autres résultats fixés en fonction d'impératifs extérieurs, par exemple d'ordre économique.

Le procédé, qui fait l'objet de la présente invention, dans lequel on introduit dans le haut fourneau, d'une part une charge solide comprenant du minerai et du coke et d'autre part, un gaz oxydant et éventuellement un combustible, de préférence par les tuyères principales, est essentiellement caractérisé en ce que l'on effectue les opérations suivantes : (a) on fixe les valeurs de consigne des résultats Pr, Si, Tf et C à obtenir; (b) on détermine les valeurs initiales des paramètres internes » T , T ,, P., et R, en se référant au fonctionne- zr gel 'Feo th ment antérieur du haut fourneau; (c) on détermine, en fonction des valeurs des dits paramètres internes, les valeurs des paramètres de réglage, Da, Dc et P, théoriquement nécessaires pour atteindre les valeurs de consigne de Pr, Si, et C fixées en (a); - 6 - (d) on applique au haut fourneau les valeurs des paramètres de ' réglage déterminées en (c); (e) on mesure la composition et la température du gaz de gueulard obtenu avec les valeurs des paramètres de réglage appliquées en (d) ,* (f) à partir de la composition et de la température du gaz de gueulard mesurées en (e) , des valeurs des paramètres internes P., , R et T déterminées en (b) et des valeurs des pa- tn zr ramètres de réglage appliquées en (d), on détermine, à intervalles prédéterminés entre deux coulées consécutives, les valeurs réelles moyennes de ^ p^o^ et <3e ^gel/ sljr au mo^ns un intervalle, ainsi que les valeurs correspondantes des dits résultats Pr, Si, et C; (g) on compare les valeurs des résultats Pr, Si, et C obtenues en (f) avec les valeurs de consigne fixées en (a) et on détecte les différences éventuelles entre ces deux séries de valeurs : - si ces différences sont nulles ou pratiquement nulles, on ne modifie pas les valeurs des paramètres de réglage Da,

Dc et P appliquées en (d); - si, pour plus d'un intervalle, ces différences ne sont pas nulles, et si la valeur du paramètre interne détermi née en (f) ne diffère pas de plus de 20°C de sa valeur fixée en (b), on répète les opérations (c) à (f) en utilisant chaque fois les valeurs" de ^p^o^ et Tgel ^®ter“ minées au point (f) de la séquence précédente, ainsi que les valeurs de P,, , R et T correspondant aux valeurs des th zr résultats Pr, Si, Tf et C également déterminées en (f), jusqu’à ce que les valeurs moyennes de Pr, Si,Tg et C sur au moins un intervalle correspondent aux valeurs de consigne fixées en (a) ; (h) on mesure la valeur réelle moyenne des résultats Pr, Si, et C pour la coulée entière; - 7 - (i) on compare les valeurs mesurées en (h) et les valeurs dé- » terminées en (g) des dits résultats et on détermine les écarts éventuels entre ces deux séries de valeurs; (j) si ces écarts constatés en (i) ne sont pas nuis ou négligeables, on détermine la valeur moyenne des paramètres in-

CO-i-H

ternes T , T ,, - 2, p et R en fonction de la va- zr gel 'FeO th leur moyenne des résultats mesurée en (h) et on recommence les opérations à partir du point (b) pour la coulée suivante, en utilisant les dites valeurs moyennes des paramètres in-ternes Tzr< Tgel. Pfch et R.

Selon l'invention, il s'est avéré intéressant de pratiquer les opérations (e) à (g) à la fin d'un ou de plusieurs cycles de chargement du haut fourneau.

Le choix d'intervalles correspondant aux cycles de chargement du fourneau est d'autant plus justifié que les charges successives peuvent parfois présenter des différences plus ou moins sensibles, notamment de composition, qui peuvent à leur tour provoquer des variations de certains paramètres du haut fourneau. Les éventuelles variations de ces paramètres peuvent être prises en compte immédiatement par le procédé de l'invention.

Ces intervalles ont en outre l'avantage d'être directement liés à la marche du haut fourneau.

Le Demandeur attire encore l'attention sur deux aspects avantageux du procédé de l'invention, qui permettent de déceler des erreurs de mesure toujours possibles.

En premier lieu, il rappelle que la valeur du paramètre interne est sensiblement constante et que sa variation n'excède en général pas + 20°C. Il a constaté qu'une variation plus impor- t* - 8 - tante non provoquée par une modification de la charge du four-* neau, résultait d'une erreur de mesure dans la détermination de la composition du gaz de gueulard (point (e).

Par ailleurs, on sait qu'une coulée de fonte fournit des informations suffisantes pour établir un bilan de matières de l'opé- « ration d'élaboration. Le Demandeur a constaté à cet égard qu’un écart, non systématique, d'environ 5 kg/tf dans le bilan de 1' oxygène constituait un indice d'une erreur de mesure affectant l'ensemble des résultats du bilan de matières.

Le procédé de l'invention permet également d'optimiser le fonctionnement du haut fourneau.

Selon ce procédé, et pour autant que Dc ne soit pas nul, on peut en outre choisir un rapport oxygène total / carbone total dans les matières introduites par les tuyères, tel que le gaz de gueulard présente une température minimum, ce qui correspond à un rendement chimique et thermique optimum du processus.

L'invention sera à présent illustrée par deux exemples, avec référence au tableau ci-après.

Exemple 1.

Dans un haut fourneau expérimental, on désire produire une fonte, avec les résultats suivants :

Pr = 60 kg/ti Tf : pas fixé

Si = 1,00 % C : 150 kg/tf.

Les paramètres internes du haut fourneau, déterminés par le fonctionnement antérieur, valent : P.. = 100 MJ/h η£°ίΗ2 = 80 %

th *FeO

R = 50 % T . = 780°C.

gel a* - 9 -

Selon le procédé de l'invention, ces valeurs conduisent aux valeurs suivantes des paramètres de réglage : D = 62 111¾ air/h a D = 23 m3N gaz naturel/h c T = 1850°C.

En outre, le gaz de gueulard doit se composer de ï CO = 15,8 % H2 = 21,7 % C02= 11,8 % et présenter une température de 118ÖC.

Tous ces chiffres sont rassemblés dans la colonne 1 du tableau.

Les mesures (point (e) et les calculs (point (f) selon le procédé de l'invention ont conduit à des valeurs instantanées dont une série est reprise en colonne 2? l'intégration de ces valeurs instantanées sur toute la durée de la période d'élaboration de la coulée (point (g) a donné les résultats figurant à la colonne 3 "Bilan de coulée".

On constate que les résultats obtenus (colonne 3) sont très proches des objectifs visés.

Exemple 2.

Après avoir effectué 15 coulées dans les conditions de l'exemple 1, on a voulu modifier la marche du fourneau, de façon à atteindre :

Pr - 72 kg/h Tf = pas fixé

Si = 0,60 % C = 150 kg/tf.

- 10 -

Ces valeurs, ainsi que celles des paramètres internes et celles des paramètres de réglage/ sont rassemblées dans la colonne 4 du tableau.

Une valeur instantanée et la valeur finale "Bilan de coulée" sont données respectivement aux colonnes 5 et 6.

Il apparaît qu'ici également les résultats fixés ont été at- teints avec une bonne précision.

La description qui précède se rapporte plus particulièrement à la conduite d'un haut fourneau produisant de la fonte. Il va de soi qu'il ne sortirait pas du cadre de l'invention d'appliquer le dit procédé à un autre type de four à cuve, dans la mesure où la conduite de ce dernier serait compatible avec les revendications qui suivent.

v - 11 - *» ___________________—-

Colonne n° 123456

Bilan Bilan coulée coulée C fixé kg/tf 150 - — 150 — - mesuré kg/tf - — - 151 - 153 calculé kg/tf - 146 - - 156 g Pr fixée kg/h 60 - - 72 - < mesurée kg/h - 64 - - 75 S calculée kg/h - 62 - - 74 - îo en « -'------- a

Si fixé % 1,00 - - 0,60 - - mesuré % - _ l,0l - -0,65 calculé % _ o,86 - - 0,43 H en Pfch MJ A 100 100 80 46 46 44 * S R % 50. 50 50 50 50 45

Cm το CO-rH

| S ^FeO 2 % 80 81 78 82 82 82 g g Tqel °C 780 760 740 760 760 770 S___________ D& mesuré m3H/h - 61-61 ω pq calculé m%/h 62 - 61,5 - W O , „ d g Dc mesure mJN/h - 23-23 ao C calculé m3N/h 23 23 5 'S T mesurée °C - 1850 _ 1850 g g calculée kW 1850 - 1800 ' CO mesuré % - 15,4 - 16,2 CO calculé % 15,8 - 15,8 C02mesuré % _ 12,3 - 13,8 . C02 calculé % u, 8 - ---- 13,5 ----

Gaz gueulard - H2 mesuré % 21,8 - 20,7 H2 calculé % 21,7 - -21,3 T mesurée °C - 158 - 124 , T calculée °C 118 - 163 -

Claims (4)

1. Procédé de conduite d'un haut fourneau dans lequel on introduit d'une part, une charge solide comprenant du minerai et du coke et d'autre part, un gaz oxydant et éventuellement du combustible, de préférence par les tuyères principales, caractérisé , en ce que l'on effectue les opérations suivantes : (a) on fixe les valeurs de consigne des résultats à obtenir, à savoir la production de fonte Pr, la teneur en silicium Si et la température de la fonte, la consommation de coke C; (b) on détermine les valeurs initiales des paramètres internes du haut fourneau en se référant à son fonctionnement antérieur, à savoir la température de la zone de réserve thermique Tzr, la température de gel T 1# 1© rendement du gaz réducteur au niveau de la wüstite les Pertes 1 r ΘΟ thermiques P ^ et leur répartition R; (c) on détermine, en fonction des valeurs des dits paramètres internes, les valeurs des paramètres de réglage, à savoir le débit de gaz oxydant D , le débit de combustible D et la puissance de chauffage P, théoriquement nécessaires pour atteindre les valeurs de consigne des résultats fixées en (a) ; (d) on applique au haut fourneau les valeurs des paramètres de s réglage déterminées en (e) on mesure la composition et la température du gaz de gueulard obtenu avec les valeurs des paramètres de réglage appliquées en (d) ; (f) à partir de la composition et de la température du gaz de gueulard mesurées en (e) , des valeurs des paramètres internes P., , R et T déterminées en (b) et des valeurs des pa- tn zr ramètres de réglage appliquées en (d) , on détermine, à intervalles prédéterminés entre deux coulées successives, les *r -13.- CQfH valeurs réelles moyennes de ïïpeO ^ et ^e ^-gel' sur au moins un intervalle, ainsi que les valeurs correspondantes des dits résultats Pr, Si, et C; (g) on compare les valeurs des résultats Er, Si, Tf et C obtenues en (f) avec les valeurs de consigne fixées en (a) et on détecte les différences éventuelles entre ces deux séries de valeurs : - si ces différences sont nulles ou pratiquement nulles, on ne modifie pas les valeurs des paramètres de réglage D , a D_ et P appliquées en (d) ; C - si, pour plus d'un intervalle, ces différences ne sont pas nulles, et si la valeur du paramètre interne T ^ déterminée en (f) ne diffère pas de plus de 20°C de sa valeur fixée en (b), on répète les opérations (c) à (f) en utilisant chaque fois les valeurs de Vy&O ^ Tgel ^®termin®es au point (f) de la séquence précédente, ainsi que les valeurs de E^, R et Tzr correspondant aux valeurs des résultats Pr, Si, et C également déterminées en (f), jusqu'à ce que les valeurs moyennes de Pr, Si, Tf et C sur au moins un intervalle correspondent aux valeurs de consigne fixées en (a) ; (h) on mesure la valeur réelle moyenne des résultats Pr, Si, T_ et C pour la coulée entière? (i) on compare les valeurs mesurées en (h) et les valeurs déterminées en (g) des dits résultats et on détermine les écarts éventuels entre ces deux séries de valeurs; (j) si ces écarts constatés en (i) ne sont pas nuis ou négligea bles, on détermine la valeur moyenne des paramètres inter-nes Tzr, T Pth et R en fonction de la valeur moyenne des résultats mesurée en (h) et on recommence les ' «r «# - 14 - operations à partir âu point (b) pour la coulée suivante, en utilisant les dites valeurs moyennes des paramétrés in— ternes Tzr, Tgel, *th et R·

2. Procédé suivant la revendication 1, caractérise en ce que l'on répète les opérations (e) à (g) à la fin d'au moins un cycle de chargement du haut fourneau.

3. Procédé suivant l?une ou l'autre des revendications 1 et 2, caractérisé en ce que l'on règle le débit de gaz oxydant et le débit de combustible dans un rapport tel que le gaz de gueulard obtenu présente une température aussi faible que possible. Dessins :..........planches y/5______pages dont...../.......page de garde _Aâ......pajges de description ........*3..... pages de revendication ...............abrégé descriptif Luxembourg, ie

-4 SE?. 19B^ Le mandataire : Me Alain^^