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PROCEDE D'INJECTION DE GAZ CARBURANT ET D'ADDITIFS DANS UN FOUR DE FUSION DE METAL, ET FOUR DE FUSION
La présente invention concerne les procédés d'injection de jets de gaz comburant et d'additifs dans un four de fusion de métal au moyen d'une pluralité de tuyères débouchant dans au moins une couronne du four.
Dans les fours de fusion de métal, tels que les hauts fourneaux ou les cubilots, un gaz comburant, généralement de l'air appelé"vent", est injecté dans une zone de fusion par des tuyères, cette injection de gaz comburant étant souvent accompagnée d'une co-injection, dans les mêmes tuyères, de divers additifs, notamment des combustibles auxiliaires liquides, comme le fioul, gazeux, comme le gaz naturel, ou solides, tels que le charbon pulvérulent, pour des raisons technico-économiques, à la faveur des industriels. La combustion, dans le four, des produits injectés s'effectue dans une zone qui se maintient au voisinage du point d'injection de la tuyère.
Dans les procédés actuels, ces injections sont effectuées radialement vers l'intérieur du four. Vue la taille de la zone de combustion des produits injectés, en aval de chaque tuyère, le temps de parcours imparti aux gaz et aux additifs est insuffisant pour assurer un contact intime entre les additifs et le gaz et réaliser notamment une combustion complète du combustible auxiliaire.
La présente invention a pour objet de proposer un procédé permettant d'augmenter les dimensions de la zone de combustion et notamment la durée de parcours des jets pour améliorer les conditions de fonctionnement du four.
Pour ce faire, selon une caractéristique de l'invention, on injecte chaque jet dans le four avec une composante tangentielle principale dans un même sens angulaire (horaire ou anti-horaire) par rapport à l'axe de la couronne, l'angle d'injection par rapport à la direction radiale au droit de la tuyère respective étant typiquement compris entre 50 et 750, avantageusement entre 60 et 700.
Selon des caractéristiques plus particulières de l'invention, au moins une partie des tuyères co-injectent chacune un jet de gaz comburant et un jet d'additif et/ou au moins une partie des jets de gaz comburant et d'additifs sont injectés par des tuyères respectives différentes décalées angula-i rement les unes des autres sur le pourtour de la couronne.
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La présente invention a également pour objet de proposer un four de fusion de métal comportant au moins une couronne munie de tuyères d'injection de jets de gaz comburant et d'additifs, caractérisé en ce que les tuyères sont orientées pour injecter les jets avec une composante tangentielle principale dans une même direction angulaire par rapport à Taxe de la couronne.
D'autres caractéristiques et avantages de la présente invention ressortiront de la description suivante de modes de réalisation donnés à titre illustratif mais nullement limitatif, faite en relation avec les dessins annexés, sur lesquels : - la figure 1 est une représentation schématique, en coupe transversale, d'un four de fusion selon l'invention ; - la figure 2 est une vue analogue à la figure 1 montrant une variante de réalisation de l'invention, et - la figure 3 est une vue analogue à la figure 1 montrant une autre variante de réalisation de l'invention.
Dans la description qui va suivre et sur les dessins, les éléments identiques ou analogues portent les mêmes chiffres de référence, éventuellement indicés.
On a représenté de façon schématique sur la figure 1 une couronne inférieure ou zone de fusion 1 d'un haut fourneau munie d'une série de tuyères 2 injectant à l'intérieur de la couronne 1 un jet de gaz comburant, par exemple de l'air, de l'air sur-oxygéné ou de l'oxygène, combiné avec un jet d'additif combustible, par exemple du charbon pulvérulent. Conformément à l'invention, les tuyères sont agencées de façon à injecter les jets dans le four avec une composante tangentielle principale, dans le sens horaire sur les dessins, typiquement avec un angle d'injection compris entre 50 et 75 , avantageusement entre 60 et 70 , par rapport à la direction radiale au droit de chaque tuyère 2.
De cette façon, comme représenté sur la figure 1, les zones de combustion de deux tuyères successives se superposent partiellement pour former, si le nombre de tuyères est suffisant, un tore de combustion comme représenté en 4 sur la figure
2. De la sorte, les particules solides de charbon et le gaz comburant, entraînés dans un mouvement tourbillonnaire, disposent d'un temps de mélange et d'un temps de combustion nettement supérieurs à celui d'une zone de combustion isolée selon la technique antérieure.
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Selon un aspect de l'invention, les temps de mélange n'étant pas réellement critiques, on peut simplifier la technologie d'injection des additifs en ne contraignant plus ceux-ci à passer par la tuyère d'injection du gaz comburant, ce qui permet de réduire notablement l'usure des tuyères et de régler indépendamment les jets de gaz comburant et d'additifs pour gagner en souplesse de fonctionnement et de régulation.
A cet effet, comme représenté sur la figure 2, les tuyères sont dédoublées en tuyères 2A injectant le gaz comburant et en tuyères 2B injectant le ou les additifs, les tuyères 2A, 2B étant angulairement décalées et alternées mais injectant les jets tangentiellement dans le même sens angulaire (horaire sur les dessins), typiquement avec sensiblement le même angle d'injection d'une tuyère à l'autre, les angles d'injection des tuyères de gaz 2A pouvant être différents, typiquement plus tangentiels, des angles des tuyères d'additifs qui peuvent être eux-mêmes différents deux à deux les uns des autres.
Dans une variante de l'invention, représentée sur la figure 3, la zone d'injection comporte en outre une autre série de tuyères ou de lances 5 injectant du gaz comburant, typiquement de l'air, de l'air sur-oxygéné ou de l'oxygène, sensiblement radialement vers le centre du four, de manière à irriguer convenablement cette zone centrale et à la maintenir à une température correcte. Selon la configuration du four, pour éviter des interférences entre les jets des tuyères 2 et des lances 5, ces dernières seront disposées au-dessous et/ou au-dessus du plan transversal des tuyères 2.
Dans le mode de réalisation de la figure 2, le haut fourneau comporte par exemple trente tuyères 2A pour l'injection d'air à un débit de 5000 N/m3/heure par tuyère et dix tuyères 2B pour l'injection de charbon pulvérisé à un débit de 4000 kg/heure par tuyère. Un tel haut fourneau a une production de 4000 tonnes de fonte par jour, la quantité de charbon pulvérulent utilisée étant donc de 240 kg de charbon par tonne de fonte.
Quoique la présente invention ait été décrite en relation avec des modes de réalisation particuliers, elle ne s'en trouve pas limitée mais est au contraire susceptible de modifications et de variantes qui apparaîtront à l'homme de l'art.
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PROCESS FOR INJECTING FUEL GAS AND ADDITIVES INTO A METAL MELTING OVEN, AND MELTING OVEN
The present invention relates to methods for injecting jets of oxidizing gas and additives into a metal melting furnace by means of a plurality of nozzles opening into at least one crown of the furnace.
In metal melting furnaces, such as blast furnaces or cupola furnaces, an oxidizing gas, generally air called "wind", is injected into a melting zone by nozzles, this injection of oxidizing gas being often accompanied co-injection, in the same nozzles, of various additives, in particular liquid auxiliary fuels, such as fuel oil, gaseous, such as natural gas, or solid, such as pulverulent coal, for technical and economic reasons, favor of industrialists. The combustion, in the oven, of the injected products takes place in an area which is maintained in the vicinity of the injection point of the nozzle.
In current processes, these injections are carried out radially towards the interior of the furnace. Given the size of the combustion zone of the injected products, downstream of each nozzle, the travel time allocated to the gases and to the additives is insufficient to ensure intimate contact between the additives and the gas and in particular to achieve complete combustion of the auxiliary fuel .
The object of the present invention is to propose a method making it possible to increase the dimensions of the combustion zone and in particular the duration of travel of the jets in order to improve the operating conditions of the furnace.
To do this, according to a characteristic of the invention, each jet is injected into the furnace with a main tangential component in the same angular direction (clockwise or counterclockwise) relative to the axis of the crown, the angle d injection with respect to the radial direction to the right of the respective nozzle being typically between 50 and 750, advantageously between 60 and 700.
According to more specific features of the invention, at least a part of the nozzles each co-inject a jet of oxidizing gas and a jet of additive and / or at least a part of the jets of oxidizing gas and of additives are injected by respective respective nozzles angularly offset from each other around the periphery of the crown.
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Another object of the present invention is to provide a metal melting furnace comprising at least one ring provided with nozzles for injecting jets of oxidizing gas and additives, characterized in that the nozzles are oriented to inject the jets with a main tangential component in the same angular direction with respect to the Crown tax.
Other characteristics and advantages of the present invention will emerge from the following description of embodiments given by way of illustration but in no way limiting, made in relation to the appended drawings, in which: - Figure 1 is a schematic representation, in cross section , a melting furnace according to the invention; - Figure 2 is a view similar to Figure 1 showing an alternative embodiment of the invention, and - Figure 3 is a view similar to Figure 1 showing another alternative embodiment of the invention.
In the description which follows and in the drawings, identical or similar elements bear the same reference numbers, possibly indexed.
There is shown schematically in FIG. 1 a lower ring or melting zone 1 of a blast furnace provided with a series of nozzles 2 injecting inside the ring 1 a jet of oxidizing gas, for example from the air, super-oxygenated air or oxygen, combined with a jet of combustible additive, for example powdered coal. In accordance with the invention, the nozzles are arranged so as to inject the jets into the furnace with a main tangential component, clockwise in the drawings, typically with an injection angle between 50 and 75, advantageously between 60 and 70, relative to the radial direction to the right of each nozzle 2.
In this way, as shown in Figure 1, the combustion zones of two successive nozzles partially overlap to form, if the number of nozzles is sufficient, a combustion torus as shown in 4 in the figure
2. In this way, the solid particles of coal and the oxidizing gas, entrained in a vortex movement, have a mixing time and a combustion time significantly greater than that of a combustion zone isolated according to the technique. anterior.
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According to one aspect of the invention, the mixing times not being really critical, it is possible to simplify the technology for injecting the additives by no longer forcing them to pass through the nozzle for injecting the oxidizing gas, which significantly reduces the wear of the nozzles and independently regulates the jets of oxidant gas and additives to gain flexibility in operation and regulation.
To this end, as shown in FIG. 2, the nozzles are split into nozzles 2A injecting the oxidizing gas and into nozzles 2B injecting the additive (s), the nozzles 2A, 2B being angularly offset and alternating but injecting the jets tangentially in the same angular direction (clockwise in the drawings), typically with substantially the same injection angle from one nozzle to the other, the injection angles of the gas nozzles 2A being able to be different, typically more tangential, from the angles of the nozzles 'additives which can themselves be different two by two from each other.
In a variant of the invention, shown in FIG. 3, the injection zone also comprises another series of nozzles or nozzles 5 injecting oxidizing gas, typically air, super-oxygenated air or oxygen, substantially radially towards the center of the furnace, so as to adequately irrigate this central zone and to maintain it at a correct temperature. Depending on the configuration of the oven, to avoid interference between the jets of the nozzles 2 and the nozzles 5, the latter will be placed below and / or above the transverse plane of the nozzles 2.
In the embodiment of FIG. 2, the blast furnace comprises for example thirty nozzles 2A for the injection of air at a flow rate of 5000 N / m3 / hour per nozzle and ten nozzles 2B for the injection of pulverized coal at a flow rate of 4000 kg / hour per nozzle. Such a blast furnace has a production of 4000 tonnes of pig iron per day, the quantity of pulverulent coal used being therefore 240 kg of coal per tonne of pig iron.
Although the present invention has been described in relation to particular embodiments, it is not limited thereto but is on the contrary subject to modifications and variants which will appear to those skilled in the art.