LU88437A1 - Lance for injecting a solid powdery fuel into a shaft furnace - Google Patents
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Description
Lance d'in.iection d'un combustible solide pulvérulent dans un four à cuve.Lance for injecting a solid powdery fuel into a shaft furnace.
La présente invention porte sur une lance d'injection d'un combustible solide pulvérulent dans un four à cuve. L'application visée ici est essentiellement, mais pas exclusivement, l'injection de charbon pulvérulent dans un haut fourneau.The present invention relates to a lance for injecting a solid powdery fuel into a shaft furnace. The application envisaged here is essentially, but not exclusively, the injection of powdered coal into a blast furnace.
On sait que le coût du coke intervient pour une part de plus en plus grande dans le prix de revient de la fonte produite au haut fourneau, notamment en raison du renchérissement des charbons cokéfiables. Depuis plusieurs années, on cherche à remplacer au moins partiellement ce coke par des combustibles auxiliaires, moins chers, que l'on injecte en particulier dans le courant de vent chaud circulant dans les tuyères du haut fourneau. A l'heure actuelle, le charbon pulvérulent est le combustible auxiliaire qui présente le plus grand intérêt économique dans l'optique de son injection au haut fourneau. Cet intérêt est spécialement marqué dans le cas des charbons non cokéfiables.We know that the cost of coke plays an increasingly large part in the cost price of pig iron produced in the blast furnace, in particular due to the increase in the cost of coking coals. For several years, attempts have been made to replace this coke at least partially with cheaper auxiliary fuels, which are injected in particular into the current of hot wind flowing in the blast furnace nozzles. At present, pulverulent coal is the auxiliary fuel which is of greatest economic interest from the point of view of its injection into the blast furnace. This interest is especially marked in the case of non-coking coals.
Conventionnellement, le charbon pulvérulent est injecté dans le courant de vent chaud au moyen d'une lance qui débouche dans la tuyère. Cette lance, appelée aussi canne d'injection, comporte habituellement deux tubes concentriques définissant un passage central, dans le tube intérieur, et un passage périphérique entre le tube intérieur et le tube extérieur. Le passage central sert généralement à l'injection de charbon proprement dite au moyen d'un courant d'azote ou d'air sous pression, tandis que le passage périphérique est habituellement utilisé pour insuffler un gaz oxygéné destiné à favoriser l'inflammation du charbon.Conventionally, pulverulent coal is injected into the current of hot wind by means of a lance which opens into the nozzle. This lance, also called an injection rod, usually comprises two concentric tubes defining a central passage, in the inner tube, and a peripheral passage between the inner tube and the outer tube. The central passage is generally used for injecting the coal itself by means of a stream of nitrogen or pressurized air, while the peripheral passage is usually used to inject oxygenated gas intended to promote the ignition of the coal. .
La possibilité d'injecter du charbon pulvérulent dans les hauts fourneaux se heurte cependant actuellement à une limite physique, de l'ordre de 180 kg de charbon par tonne de fonte; cette limite est notamment due à l'impossibilité d'enflammer et de brûler des quantités plus élevées de charbon dans les conditions actuelles d'injection.The possibility of injecting pulverulent coal into blast furnaces currently encounters a physical limit, of the order of 180 kg of coal per tonne of pig iron; this limit is notably due to the impossibility of igniting and burning higher quantities of coal under the current injection conditions.
La présente invention a pour objectif de remédier à cet inconvénient. A cet effet, elle propose une lance d'injection d'un combustible solide pulvérulent dans un four à cuve, grâce à laquelle le combustible solide est plus largement dispersé dans le courant de vent chaud et s'enflamme dès lors plus aisément et plus rapidement.The object of the present invention is to remedy this drawback. For this purpose, it proposes a lance for injecting a pulverulent solid fuel into a shaft furnace, thanks to which the solid fuel is more widely dispersed in the current of hot wind and therefore ignites more easily and more quickly. .
Conformément à la présente invention, une lance d'injection d'un combustible solide pulvérulent dans une tuyère d'un four à cuve, qui se compose de deux tubes concentriques définissant un passage central dans le tube intérieur et un passage périphérique entre le tube intérieur et le tube extérieur, est caractérisée en ce qu'elle est pourvue, dans la région de son embouchure, de moyens pour disperser le combustible solide pulvérulent dans ladite tuyère.According to the present invention, a lance for injecting a pulverulent solid fuel into a nozzle of a shaft furnace, which consists of two concentric tubes defining a central passage in the inner tube and a peripheral passage between the inner tube and the outer tube, is characterized in that it is provided, in the region of its mouth, with means for dispersing the pulverulent solid fuel in said nozzle.
La lance d'injection de l'invention peut, en principe, véhiculer aussi bien le combustible pulvérulent dans le passage central et un gaz oxygéné dans le passage périphérique que l'inverse. Certaines variantes permettent cependant de mieux disperser le combustible solide pulvérulent s'il est injecté par le tube intérieur que par le tube extérieur, ou inversément.The injection lance of the invention can, in principle, transport both the pulverulent fuel in the central passage and an oxygenated gas in the peripheral passage as well as the reverse. Certain variants however make it possible to better disperse the pulverulent solid fuel if it is injected through the inner tube than through the outer tube, or vice versa.
Habituellement, la lance d'injection est introduite-obiiquement dans la tuyère. La lance s'étend d'ailleurs de préférence jusqu'à l'axe de la tuyère.Usually, the injection lance is introduced obiically into the nozzle. The lance also extends preferably to the axis of the nozzle.
Selon une première forme de réalisation, dans laquelle le combustible pulvérulent est de préférence injecté par le tube intérieur, la lance d'injection est tranchée en biseau à son extrémité de sortie. Lorsque la lance d'injection est mise en place dans la tuyère, sa section de sortie oblique se trouve de préférence dans un plan sensiblement parallèle à l'axe longitudinal de la tuyère et perpendiculaire au plan formé par l'axe-de la tuyère et l'axe de la lance d'injection. Par "sensiblement parallèle", il faut entendre que le plan de la section de sortie de la lance peut former, avec l'axe de la tuyère, un angle ne dépassant pas 30 degrés. L'angle du biseau et l'obliquité de la lance sont de préférence choisis de façon à respecter cette condition.According to a first embodiment, in which the pulverulent fuel is preferably injected through the inner tube, the injection lance is cut in a bevel at its outlet end. When the injection lance is placed in the nozzle, its oblique outlet section is preferably in a plane substantially parallel to the longitudinal axis of the nozzle and perpendicular to the plane formed by the axis of the nozzle and the axis of the injection lance. By "substantially parallel", it is meant that the plane of the outlet section of the lance can form, with the axis of the nozzle, an angle not exceeding 30 degrees. The angle of the bevel and the obliquity of the lance are preferably chosen so as to respect this condition.
De cette manière, les sections de sortie des tubes intérieur et extérieur de la lance d'injection ont une forme elliptique allongée dans le sens de l'axe longitudinal de la lance.In this way, the outlet sections of the inner and outer tubes of the injection lance have an elliptical shape elongated in the direction of the longitudinal axis of the lance.
Dans cette configuration, le jet central de charbon a tendance à éclater latéralement dans le courant de vent chaud qui circule dans la tuyère; de même, le jet d'oxygène périphérique se détend latéralement et accentue la dispersion du charbon pulvérulent dans le courant de vent chaud.In this configuration, the central jet of coal tends to explode laterally in the current of hot wind which circulates in the nozzle; similarly, the peripheral oxygen jet expands laterally and accentuates the dispersion of the powdered carbon in the current of hot wind.
Suivant une caractéristique particulière, la section de sortie du tube intérieur est aplatie dans le sens perpendiculaire à la direction du grand axe de la section de sortie elliptique et une partie de la section de sortie du passage périphérique est obturée. De préférence, le tube intérieur est aplati de façon à diviser la section de sortie du tube extérieur en deux parties disposées respectivement en amont et en aval du tube intérieur par rapport au sens de circulation du vent chaud dans la tuyère.According to a particular characteristic, the outlet section of the inner tube is flattened in the direction perpendicular to the direction of the major axis of the elliptical outlet section and part of the outlet section of the peripheral passage is closed. Preferably, the inner tube is flattened so as to divide the outlet section of the outer tube into two parts disposed respectively upstream and downstream of the inner tube relative to the direction of circulation of the hot wind in the nozzle.
Cette disposition a pour effet d'étaler le jet de charbon pulvérisé sortant par le tube intérieur aplati et d'accroître encore sa dispersion sous l'action du jet d'oxygène accéléré par la sortie étranglée du tube extérieur.This arrangement has the effect of spreading the jet of pulverized coal exiting through the flattened inner tube and further increasing its dispersion under the action of the jet of oxygen accelerated by the constricted outlet of the outer tube.
Dans une autre forme de réalisation, le tube intérieur est, au moins dans sa portion d'extrémité, appliqué contre la surface intérieure du tube extérieur. Les deux tubes sont fermés à leur extrémité et il est prévu, dans la portion d'extrémité précitée de la lance d'injection, au moins deux ouvertures latérales, constituant des orifices de sortie respectivement pour le tube intérieur et pour le tube extérieur.In another embodiment, the inner tube is, at least in its end portion, applied against the inner surface of the outer tube. The two tubes are closed at their end and there are provided, in the aforementioned end portion of the injection lance, at least two lateral openings, constituting outlet orifices respectively for the inner tube and for the outer tube.
Ces ouvertures ont de préférence la forme de fentes longitudinales; elles ' sont avantageusement opposées diamétralement l'une à l'autre. Leur longueur peut être différente, la fente du tube extérieur étant généralement plus longue que la fente commune aux deux tubes intérieur et extérieur.These openings preferably have the form of longitudinal slots; they 'are advantageously diametrically opposed to each other. Their length can be different, the slit of the outer tube generally being longer than the slit common to the two inner and outer tubes.
Bien entendu, chacune de ces ouvertures latérales pourrait être constituée par une série de trous, disposés de manière appropriée, sous la seule condition qu'ils forment les orifices de sortie des tubes respectifs.Of course, each of these lateral openings could consist of a series of holes, arranged in an appropriate manner, under the sole condition that they form the outlet orifices of the respective tubes.
En position d'utilisation, c'est-à-dire introduite obliquement dans une tuyère à vent chaud, sensiblement jusqu'à l'axe de celle-ci, la lance d'injection est disposée de telle façon que l'ouverture commune des tubes intérieur et extérieur soit orientée vers l'amont tandis que l'ouverture du tube extérieur est orientée vers l'aval par rapport au sens de circulation du vent chaud dans la tuyère.In the position of use, that is to say introduced obliquely into a hot-wind nozzle, substantially up to the axis thereof, the injection lance is arranged so that the common opening of the inner and outer tubes is oriented upstream while the opening of the outer tube is oriented downstream relative to the direction of circulation of the hot wind in the nozzle.
Le tube intérieur sert à l'injection du charbon, qui est ainsi introduit transversalement et dispersé dans le courant de vent chaud; le charbon dispersé est entraîné dans le vent chaud et il entre alors en contact avec l'oxygène injecté par la face aval de la lance.The inner tube is used for injecting the coal, which is thus introduced transversely and dispersed in the current of hot wind; the dispersed carbon is entrained in the hot wind and it then comes into contact with the oxygen injected by the downstream face of the lance.
Dans une seconde forme de réalisation, destinée plus particulièrement à insufffler un gaz oxygéné par le tube intérieur, la lance d'injection comporte, dans ledit tube intérieur, une tige centrale qui se prolonge au-delà de la section de sortie de la lance et qui est pourvue, à son extrémité, de moyens de déviation dudit gaz oxygéné, ta position de cette tige peut être réglable, notamment en fonction du débit de gaz oxygéné.In a second embodiment, intended more particularly for blowing oxygenated gas through the inner tube, the injection lance comprises, in said internal tube, a central rod which extends beyond the exit section of the lance and which is provided at its end with means for deflecting said oxygenated gas, your position of this rod can be adjustable, in particular as a function of the flow rate of oxygenated gas.
Ces moyens de déviation peuvent être constitués par un cône creux, avec des surfaces de guidage, un disque plan perpendiculaire à l'axe de la tuyère ou éventuellement incliné par rapport à celui-ci, ou par tout autre moyen permettant de dévier le gaz oxygéné à travers le jet périphérique de combustible solide pulvérulent.These deflection means can be constituted by a hollow cone, with guide surfaces, a flat disc perpendicular to the axis of the nozzle or possibly inclined with respect thereto, or by any other means making it possible to deflect the oxygenated gas. through the peripheral jet of pulverulent solid fuel.
Il s'est également avéré intéressant de profiler intérieurement l'extré- ' mité du tube intérieur en forme de tuyère de Laval. Cette disposition permet d'augmenter le vitesse de sortie du gaz oxygéné et donc d'accentuer l'effet de dispersion du combustible solide pulvérulent à la sortie de ce tube. L'invention sera maintenant décrite de manière plus détaillée, en faisant référence aux dessins annexés dans lesquels laIt has also proved to be advantageous to internally profile the end of the inner tube in the shape of a Laval nozzle. This arrangement makes it possible to increase the speed of exit of the oxygenated gas and therefore to accentuate the effect of dispersion of the pulverulent solid fuel at the exit of this tube. The invention will now be described in more detail, with reference to the accompanying drawings in which the
Fig. 1 illustre la position d'une lance d'injection conforme à l'invention dans une tuyère de haut fourneau; la Fig. 2 montre la section de sortie de cette lance, suivant une variante de réalisation; laFig. 1 illustrates the position of an injection lance according to the invention in a blast furnace nozzle; Fig. 2 shows the outlet section of this lance, according to an alternative embodiment; the
Fig. 3 montre la structure de la portion d'extrémité d'une autre variante de réalisation de la lance d'injection suivant l'invention; et la Fig. 4 représente une lance d'injection pourvue, à sa sortie, de moyens de déviation du gaz oxygéné.Fig. 3 shows the structure of the end portion of another alternative embodiment of the injection lance according to the invention; and Fig. 4 shows an injection lance provided, at its outlet, with means for deflecting the oxygenated gas.
Les figures sont des représentations schématiques, sans échelle particulière, dans lesquelles on n'a pas reproduit les éléments, tels que les moyens de refroidissement, qui ne sont pas nécessaires pour la compréhension de l'invention. Les mêmes éléments sont désignés par les mêmes repères numériques dans toutes les figures.The figures are schematic representations, without any particular scale, in which the elements, such as the cooling means, which have not been necessary for understanding the invention, have not been reproduced. The same elements are designated by the same reference numerals in all the figures.
Dans la Fig. 1, on a représenté une tuyère 1 avec son busillon la, destinés à un haut fourneau non représenté, dans lesquels un courant de vent chaud circule dans le sens des flèches. Une lance d'injection pénètre obliquement dans la tuyère 1; elle se compose de deux tubes concentriques, illustrés dans la vue A-A, à savoir un tube intérieur 2, qui définit un passage central, et un tube extérieur 3, qui définit-:'un passage périphérique. Ces deux tubes se prolongent jusqu'à l'axe de la tuyère, où leur extrémité est tranchée en biseau par un plan axial de la tuyère, perpendiculaire au plan formé par l'axe de la tuyère 1 et l'axe de la lance d'injection. Les sections de sortie des tubes 2 et 3 sont ainsi des ellipses ayant des axes communs, comme le montre la vue B-B de la Fig. 1.In Fig. 1, there is shown a nozzle 1 with its nozzle la, intended for a blast furnace not shown, in which a current of hot wind circulates in the direction of the arrows. An injection lance penetrates obliquely into the nozzle 1; it consists of two concentric tubes, illustrated in view A-A, namely an inner tube 2, which defines a central passage, and an outer tube 3, which defines -: 'a peripheral passage. These two tubes extend up to the axis of the nozzle, where their end is cut in a bevel by an axial plane of the nozzle, perpendicular to the plane formed by the axis of the nozzle 1 and the axis of the lance d 'injection. The outlet sections of the tubes 2 and 3 are thus ellipses having common axes, as shown in view B-B of FIG. 1.
Une variante particulière de l'invention est illustrée dans la Fig. 2, où l'on n'a représenté que l'extrémité de sortie de la lance d'injection. Cette Fig. 2 correspond à la vue B-B de la Fig. 1, mais elle montre deux ' particularités importantes.A particular variant of the invention is illustrated in FIG. 2, where only the outlet end of the injection lance has been shown. This Fig. 2 corresponds to view B-B of FIG. 1, but it shows two important features.
Le tube intérieur 2 est, au moins dans sa portion d'extrémité, apalti jusqu'à ce qu'il divise en deux parties la sections de sortie du tube extérieur 3. De plus, une de ces deux parties, à savoir la partie amont, est fermée par une plaque 4.The inner tube 2 is, at least in its end portion, flattened out until it divides the outlet sections of the outer tube 3 into two parts. In addition, one of these two parts, namely the upstream part , is closed by a plate 4.
Dans cette configuration de la sortie de la lance d'injection, le tube intérieur aplati 2 émet un jet de charbon bien dispersé qui traverse ensuite le jet d'oxygène sortant de la partie libre de la sortie du tube extérieur 3.In this configuration of the outlet of the injection lance, the flattened inner tube 2 emits a jet of well dispersed carbon which then passes through the jet of oxygen leaving the free part of the outlet of the outer tube 3.
La Fig. 3 illustre la variante de réalisation dans laquelle le tube intérieur 2 est appliqué contre la surface intérieure du tube extérieur 3 dans la partie d'extrémité de la lance d'injection.Fig. 3 illustrates the alternative embodiment in which the inner tube 2 is applied against the inner surface of the outer tube 3 in the end part of the injection lance.
Une vue en coupe axiale montre que l'extrémité du tube intérieur 2 est déportée pour s'appliquer, sur une longueur L, contre le tube extérieur 3. L'extrémité de la lance d'injection est fermée par une plaque 5.An axial section view shows that the end of the inner tube 2 is offset to apply, over a length L, against the outer tube 3. The end of the injection lance is closed by a plate 5.
Dans la partie de paroi commune de longueur L des tubes intérieur 2 et extérieur 3, il est prévu une ouverture en forme de fente longitudinale 6, qui constitue un orifice de sortie pour le charbon circulant dans le tube intérieur 2. Diamétralement opposée à la fente 6, une seconde ouverture en forme de fente longitudinale 7 est prévue dans la paroi du tube extérieur 3 où elle constitue un orifice de sortie de l'oxygène circulant dans ce tube extérieur.In the common wall part of length L of the inner 2 and outer 3 tubes, there is provided an opening in the form of a longitudinal slot 6, which constitutes an outlet orifice for the coal flowing in the inner tube 2. Diametrically opposite to the slot 6, a second opening in the form of a longitudinal slot 7 is provided in the wall of the outer tube 3 where it constitutes an outlet orifice for the oxygen circulating in this outer tube.
La vue en coupe A-A montre la position relative des tubes intérieur 2 et extérieur 3, ainsi que des fentes 6 et 7, dans la partie d'extrémité de la lance d'injection.The sectional view A-A shows the relative position of the inner 2 and outer 3 tubes, as well as the slots 6 and 7, in the end part of the injection lance.
Dans la Fig. 4, on a représenté une autre variante de la présente lance d'injection, dans laquelle le passage central sert de préférence à l'injection du gaz oxygéné et le passage périphérique à l'injection du charbon pulvérisé. Le tube intérieur 2 est avantageusement profilé intérieurement en tuyère de Laval au voisinage de son extrémité de sortie, comme cela est' représenté en trait mixte dans la figure.In Fig. 4, another variant of the present injection lance has been shown, in which the central passage preferably serves for the injection of oxygenated gas and the peripheral passage for the injection of pulverized coal. The inner tube 2 is advantageously profiled internally in Laval nozzle in the vicinity of its outlet end, as is shown in phantom in the figure.
Dans le passage central, et de préférence suivant l'axe longitudinal du tube intérieur 2, est disposée une tige 8, munie à son extrémité extérieure d'un dispositif de déviation du gaz oxygéné insufflé par le tube intérieur 2. Dans l'exemple représenté, ce dispositif de déviation est un cône creux 9, dont le profil intérieur est arrondi pour assurer un guidage efficace du gaz oxygéné.In the central passage, and preferably along the longitudinal axis of the inner tube 2, is arranged a rod 8, provided at its outer end with a device for deflecting the oxygenated gas blown through the inner tube 2. In the example shown , this deflection device is a hollow cone 9, the internal profile of which is rounded to ensure efficient guiding of the oxygenated gas.
Le cône 9 peut être plus ou moins ouvert, éventuellement jusqu'à former un disque plan tout en conservant un profil courbe de raccordement à la tige 8.The cone 9 can be more or less open, possibly until it forms a flat disc while retaining a curved profile for connection to the rod 8.
Avec une telle lance, le jet central de gaz oxygéné est dévié radialement et fait éclater le courant de charbon pulvérisé sortant du passage périphérique ménagé entre le tube intérieur 2 et le tube extérieur 3.With such a lance, the central jet of oxygenated gas is deflected radially and bursts the stream of pulverized coal leaving the peripheral passage formed between the inner tube 2 and the outer tube 3.
Pour éviter tout obstacle à la dispersion du charbon pulvérisé, les moyens de déviation tels que le cône creux 9 sont disposés de préférence dans le prolongement du tube intérieur 2. L'invention n'est pas limitée aux dispositifs particuliers qui viennent d'être décrits et illustrés. Sans sortie du cadre de l'invention, l'homme du métier pourra imaginer d'autres variantes des moyens destinés à répartir le charbon et l'oxygène dans le vent chaud.To avoid any obstacle to the dispersion of the pulverized coal, the deflection means such as the hollow cone 9 are preferably arranged in the extension of the inner tube 2. The invention is not limited to the particular devices which have just been described and illustrated. Without departing from the scope of the invention, a person skilled in the art can imagine other variants of the means intended for distributing the coal and the oxygen in the hot wind.
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