WO2006117336A1

WO2006117336A1 - Procede de fusion d'une charge ferreuse

Info

Publication number: WO2006117336A1
Application number: PCT/EP2006/061912
Authority: WO
Inventors: Benjamin Bugeat; Joan Marles Franco
Original assignee: AL Air Liquide Espana SA; Air Liquide SA; LAir Liquide SA pour lEtude et lExploitation des Procedes Georges Claude; LAir Liquide SA a Directoire et Conseil de Surveillance pour lEtude et lExploitation des Procedes Georges Claude
Current assignee: AL Air Liquide Espana SA; Air Liquide SA; LAir Liquide SA pour lEtude et lExploitation des Procedes Georges Claude
Priority date: 2005-05-04
Filing date: 2006-04-28
Publication date: 2006-11-09
Anticipated expiration: 2007-11-04
Also published as: ES2326568A1; ES2326568B1

Abstract

II comprend une charge organique inhérente ou non à la charge ferreuse et la combustion de ladite charge organique s'effectue en utilisant une relation oxygène/combustible dans le brûleur qui crée une atmosphère oxydante dans le four de fusion. Le procédé permet d'améliorer le rendement énergétique et donc de réduire la consommation spécifique de l'énergie caractéristique du four. L'invention concerne également un système de régulation de la concentration de résidus de combustion dans la sortie des fumées d'un four de fusion d'une charge ferreuse qui comprend des moyens d'injection d'oxygène et des moyens de détection de la variation de température dans la sortie des fumées dudit four. Ledit système de régulation permet de porter la concentration des résidus de combustion à la sortie d'un four de fusion (dans la cheminée) à des concentrations plus réduites .

Description

PROCEDE DE FUSION D'UNE CHARGE FERREUSE

DOMAINE DE L'INVENTION La présente invention concerne un procédé de fusion d'une charge ferreuse dans un four de fusion qui comprend une charge organique inhérente ou non à la charge ferreuse et est caractérisé par le fait que la combustion de ladite charge organique s'effectue en utilisant une relation oxygène/combustible dans le brûleur qui crée une atmosphère oxydante dans le four de fusion.

Le procédé de l'invention consiste notamment à faire fondre ladite charge ferreuse dans un four grâce à l'apport de l'énergie caractéristique dudit four et grâce à la présence d'une charge organique ajoutée au four ou inhérente à la charge ferreuse.

La présente invention concerne également un système de régulation de la concentration de résidus de combustion dans la sortie des fumées d'un four de fusion d'une charge ferreuse qui comprend des moyens d'injection d'oxygène et des moyens de détection de la variation de la température dans la sortie des fumées dudit four.

ARRIERE-PLAN DE L'INVENTION On connaît différents types de four de fusion de produits ferreux, lesquels disposent d'un milieu d'énergie déterminée qualitativement en fonction du type de four en question.

Ainsi, par exemple, un four électrique à arc réalise la fusion de la charge d'acier grâce à l'arc électrique commandé par un système électrique. Ledit arc électrique dépose de l'énergie sur la charge d'acier à faire fondre puisque son « énergie caractéristique » correspond à l'énergie électrique, des apports de charbon et/ou de composés organiques ajoutés, brûlés de façon adéquate avec de l'oxygène, apportant toutefois de l'énergie chimique complémentaire qui, associée à l'énergie caractéristique du four, améliore les rendements globaux de celui-ci . Outre les matières ferreuses utilisées dans la fabrication de l'acier, il est également possible de faire fondre d'autres métaux ferreux dans des fours qui utilisent, en tant que « source caractéristique » d'énergie, uniquement l'énergie chimique issue de la combustion avec de l'oxygène ou de l'air d'un composé organique, comme le sont tous les types de combustibles fossiles solides, liquides ou gazeux ou bien d'autres composés organiques synthétiques tels que des plastiques, des huiles, des peintures, des laques, etc. La fusion du fer met essentiellement en jeu deux fours permettant d'élaborer la « fonte de fer », appelés « fours cubilots » et « fours rotatifs ».

Le « four cubilot » est essentiellement une colonne tubulaire d'acier qui, en fonction de ses caractéristiques productives, peut présenter un diamètre différent, dont l'intérieur est garni d'un matériau réfractaire. On injecte de l'air, ou de l'air enrichi d'oxygène, dans une zone de la colonne tubulaire, appelée « zone de tuyères ». La charge ferreuse est introduite à l'intérieur du four par la partie supérieure de la colonne tubulaire, alternativement avec des charges de coke et de fondants .

Le coke brûle avec l'air ou l'air enrichi d'oxygène en dégageant de l'énergie qui sert à faire fondre la charge ferreuse et les fondants introduits. Ledit four utilise donc comme « source caractéristique » l'énergie chimique issue des réactions :

C + H O₂ = CO CO + H O₂ = CO₂ C + O₂ = CO₂

Les « fours rotatifs » pour la fusion du fer se caractérisent par le fait qu'ils disposent d'un brûleur et d'un système de rotation sur l'axe horizontal du four. Il s'agit normalement de fours de fusion qui transvasent le fer en fusion dans des récipients garnis de matériau réfractaire appelés « godets » ou « creusets » qui déversent ensuite le fer liquide dans des moules . Dans les fours rotatifs, l' « énergie caractéristique » est apportée à l'aide d'un bec qui brûle un combustible avec de l'air enrichi d'oxygène ou bien avec de l'oxygène pur, si bien que l'on parle d' « énergie chimique ». Normalement, à l'instar des fours électriques à arc, on introduit simultanément à la charge ferreuse, ou séparément, de la matière organique sous forme de combustibles fossiles et/ou de produits organiques synthétiques, lesquels, brûlés avec de l'oxygène, produisent une énergie complémentaire à celle du brûleur principal qui optimise les rendements globaux du four.

Le rendement énergétique d'un four quelconque est déterminé par la relation entre l'énergie entrant dans le four et l'énergie qui en sort et s'exprime normalement pour l'équation suivante :

R = EE - EH EE

où :

R = Rendement du four EE = Energie entrant dans le four EH = Energie sortant avec les fumées

D'autres équations complémentaires affinent les bilans énergétiques d'un four :

EE = EU + EH + EP

où :

EU = Energie utile absorbée par la charge

EP = Energie traversant les parois du four par conduction EH = Energie sortant avec les fumées par la cheminée

Normalement, la perte par les parois d'un four oscille généralement entre 3 et 10% de l'énergie entrante, selon la qualité de la garniture réfractaire et de son épaisseur.

Le facteur qui influence directement le rendement énergétique d'un four est l'énergie sortant avec les fumées (EH) qui, selon sa quantité et sa température, peut représenter entre 25 et 50% de l'énergie entrant dans le four. Réguler et limiter le volume des fumées et leur température dans la cheminée revient à minimiser la sortie d' énergie pour la cheminée et donc à augmenter le rendement du four.

Dans le four électrique à arc dans lequel on introduit conjointement avec son « énergie caractéristique » du charbon et/ou des systèmes de combustion d'hydrocarbures et/ou de la matière organique, des combustions partielles des uns et des autres ont lieu conformément aux équations suivantes :

A CxHy + B O₂ = C CO + D CO₂ + E H₂ + F H₂O

A C + B O₂ = C CO

Les résidus de combustion qui n'ont pas été brûlés dans le four s'élèvent dans la cheminée et l'oxygène de l'air parasite aspiré par le système d'extraction des fumées les brûlent en augmentant la température dans la cheminée .

Dans le four cubilote, la masse d'air ou d'air enrichi d'oxygène injecté par les « tuyères » brûle le charbon de coke initialement partiellement, selon l'équation suivante :

A C + B O₂ = C CO + D CO₂

A mesure que les gaz de combustion s'élèvent dans le four jusqu'à la cheminée à contresens de la charge, une partie de l'énergie desdits gaz est cédée à la charge, mais une bonne partie du CO produit du fait que le cubilote ne forme pas une séquence idéale est brûlée dans la zone de la « bouche de charge » en produisant un échauffement dans la cheminée sans utilisation d'un type quelconque d'énergie.

Dans le four rotatif pour la fusion de fer, le brûleur qui produit l' « énergie caractéristique » brûle un hydrocarbure selon l'équation suivante :

A CxHy + B O₂ = C CO + D CO₂ + E H₂ + F H₂O

La charge fossile ou synthétique inhérente ou ajoutée hors procédé à la charge du four réagira selon les formules suivantes :

A C + B O₂ = C CO + D CO₂

A CxHy (*) + B O₂ = C CO + D CO₂ + E H₂ + F H₂O

(*) fraction combustible des composés organiques tels que les plastiques, les peintures, les laques, les huiles, les lubrifiants .

Les résidus de combustion brûleront, comme dans les cas précédents, dans la cheminée, en augmentant ainsi la température des fumées et en réduisant le rendement du four.

DESCRIPTION DE L'INVENTION

Un but de la présente invention est de remédier aux inconvénients de la technique antérieure en mettant au point un procédé permettant d'utiliser l'énergie de la charge organique inhérente ou non à la charge de la matière ferreuse .

Un autre but de la présente invention de proposer un système de régulation de la concentration des résidus de combustion dans la sortie des fumées de la cheminée d'un four de fusion de matière ferreuse.

Selon le premier aspect de la présente invention, il est proposé un procédé de fusion d'une charge ferreuse dans un four de fusion, caractérisé par le fait qu'il comprend une charge organique synthétique ou fossile et par le fait que la combustion de ladite charge organique s'effectue en utilisant une relation oxygène/combustible dans le brûleur qui crée un atmosphère oxydante dans le four.

Selon le deuxième aspect de la présente invention, il est proposé un système de régulation de la concentration de résidus de combustion dans la sortie des fumées de la cheminée d'un four de fusion de matière ferreuse, qui comprend des moyens d'injection d'oxygène et des moyens de détection de la variation de température qui permettent, en fonction de la concentration des résidus de combustion détectée, d'agir d'une façon préétablie sur le débit d'oxygène fourni à l'entrée du four de fusion afin de brûler les résidus de combustion présents et d'en réduire ainsi la concentration.

Dans la présente invention, on entend par « charge ferreuse » la ferraille d'acier, le lingot d'acier, les ferrailles d'acier de qualités différentes introduits dans un four afin d'en réaliser la fusion et/ou l'élaboration. Ladite charge peut renfermer de façon inhérente ou non des produits organiques ou bien ceux-ci peuvent être ajoutés à dessein.

Dans la présente invention, on entend par « charge organique » tout produit organique pouvant être utilisé comme combustible du fait de son pouvoir énergétique. On considère comme charge organique tout type de combustible solide ou liquide d'origine fossile ou synthétique. D'une façon générale, la charge organique est composée de laques, de vernis, de peintures, d'huiles et de plastiques et peut être présente dans la charge ferreuse ou peut être ajoutée séparément à ladite charge ferreuse.

Dans la présente invention, on entend par « relation oxygène/combustible » la relation qui existe entre l'oxygène et le combustible dans le système d'apport d'énergie chimique, indépendamment du fait que l'oxygène soit fourni directement dans le brûleur du four ou par un circuit indépendant du brûleur, de façon à ce que la relation entre le combustible qui sort du système et l'oxygène total fourni à la chambre du four établisse initialement une présence d'oxygène libre dans celle-ci et donc une atmosphère oxydante.

Dans la présente invention, on entend par « résidus de combustion » tout composé issu de la matière organique, notamment CO, H₂ et C sous forme de suie.

DESCRIPTION DETAILLEE DE LA PRESENTE INVENTION

Selon le premier aspect de la présente invention, le rendement énergétique est avantageusement amélioré ce qui permet de réduire la consommation spécifique de l'énergie caractéristique du four.

De plus, il est avantageusement possible de réduire considérablement le dégagement de matières volatiles non brûlées combustibles dans la sortie de la cheminée si bien que le procédé en question est beaucoup plus propre du point de vue du milieu ambiant que les procédés classiques utilisés jusqu'à présent.

Il est bien connu que, une fois le four chargé de matière ferreuse, la matière organique synthétique et/ou fossile amorce le dégagement de matières volatiles combustibles qui s'échappent du four par la cheminée vers l'épuration des fumées, conjointement avec les autres gaz issus de la combustion du brûleur. Les gaz combustibles, tels que le monoxyde de carbone et l'hydrogène et le charbon sous forme de suie, passent avec la masse totale de gaz de combustion par l'extraction des fumées du four en rencontrant en chemin des molécules d'oxygène sans toutefois s'associer à celles qui réagissent en générant de la chaleur dans la cheminée.

Conformément à des essais menés durant l'étude réalisée, il existe une corrélation proportionnelle entre la quantité de réducteurs en un point de la cheminée et la température en ce point, de sorte que plus la concentration de CO, H₂ et C est élevée, plus la température est élevée.

Plus la pression partielle d'oxygène dans la chambre de combustion du four est élevée, plus la concentration de CO, H₂ et C dans la cheminée est faible et plus la température est faible. Les présents inventeurs ont découvert qu'en régulant automatiquement la température (T) en un point de la cheminée à l'aide d'un point de consigne et d'un système de régulation 5 de température interactif, grâce à un PLC 6, par les robinets automatiques d'oxygène 4 dans le four électrique à arc et le four cubilote et d'oxygène et/ou de fluide combustible 3 dans les fours rotatifs, il était possible d'augmenter la pression partielle d'oxygène dans le four de façon à ce que la combustion de la charge organique et/ou fossile ait lieu à l'intérieur du four plutôt que dans la cheminée de sortie des fumées . La combustion de matière organique dans le four apporte de l'énergie utile à la charge ferreuse ce qui permet d'augmenter la vitesse de fusion de la charge ferreuse et de réduire sensiblement l'énergie caractéristique du four, à savoir l'énergie électrique dans les fours électriques à arc, le charbon dans les fours cubilotes et l'hydrocarbure dans les fours rotatifs.

Dans tous les procédés de fusion de matières ferreuses, la charge organique peut être introduite dans le four de façon constante ou intermittente en fonction des exigences du système. La relation oxygène/combustible dans le système d'apport d'énergie chimique variera de façon proportionnelle en fonction de la température (T) de référence à chaque instant dans le circuit d'extraction des fumées du four, le tout en temps réel.

Par conséquent, selon le premier aspect de l'invention, le procédé peut être appliqué avec succès que la charge de matière ferreuse du four soit continue ou qu'elle soit discontinue, et que la charge organique soit inhérente à la charge de matière ferreuse ou qu'elle soit ajoutée en continu ou de façon intermittente.

Les composés organiques sans l'excès d'oxygène apporté conformément à l'intervention décomposent leurs molécules selon l'équation suivante :

C_xH_y + énergie = A C + B CO + C H₂ En présence de l'excès d'oxygène qui régule en continu le procédé de l'invention, l'équation qui a lieu prend la forme suivante :

A C_xH_y + B O₂ = C CO₂ + D H₂O + E Energie

Le procédé selon le premier aspect de l'invention produit un effet surprenant et inespéré dans la mesure où, suite à l'augmentation des relations d'oxygène, l'excès d'oxygène s'associe aux résidus de combustion issus de la matière organique et/ou fossile CO, H₂ et C, en les brûlant complètement à l'intérieur du four et en évitant qu'ils ne progressent vers la cheminée. De cette manière, la température (T) au point choisi diminue et une température de consigne permet de rétablir les rapports normaux oxygène/combustible dans le système chimique énergétique.

Par conséquent, selon le premier aspect de l'invention, on introduit un excès d'oxygène dans le four de fusion ce qui permet d'augmenter le pouvoir oxydant du milieu, en obtenant ainsi de meilleurs rendements que dans un procédé classique, ce qui permet de réduire le temps d'exposition du four au milieu du fait de l'augmentation de l'efficacité énergétique du four et donc de la vitesse de fusion. Selon le deuxième aspect de l'invention, le procédé de fusion d'une charge ferreuse selon le premier aspect comporte en outre un système de régulation qui comprend des moyens d'injection d'oxygène et des moyens de détection de la variation de la température. Selon le deuxième aspect de l'invention, les étapes suivantes sont mises en œuvre : i) injection d'oxygène à pression et débit connus en un point quelconque de la sortie des fumées du four de fusion ; ii) détection de la variation de température ; ii-a) dans le cas où ladite variation représente un incrément positif de la température, modification de la relation oxygène/combustible dans le brûleur de façon à ce que la concentration d'oxygène soit supérieure à la concentration d'oxygène existante avant la réalisation de cette modification ; et ii-b) dans le cas où ladite variation représente un incrément négatif de la température, modification de la relation oxygène/combustible dans le brûleur de façon à ce que la concentration d'oxygène soit inférieure à la concentration d'oxygène existante avant la réalisation de cette modification.

Par conséquent, la présente invention concerne également un système de régulation de la concentration des résidus de combustion qui comprend des moyens d'injection d'oxygène et des moyens de détection de la variation de la température, ledit système de régulation étant placé à la sortie des fumées d'un four de fusion, le plus près possible de la sortie du four.

Avantageusement, la présente d'un système de régulation tel que défini précédemment permet de porter la concentration des résidus de combustion à la sortie d'un four de fusion (dans la cheminée) à des concentrations plus réduites .

La présence dudit système de régulation élargit la plage du signal du point de consigne ce qui permet des réactions plus précises du système de combustion modulant.

Dans une réalisation de l'invention, les moyens de détection de la variation de la température et les moyens d'injection d'oxygène peuvent être, d'une part, une sonde de température située à la sortie du four de fusion (cf. référence 8, figure 1) de mesure optique ou par thermocouple, comprenant intérieurement ou extérieurement une lance d'injection d'oxygène 7, régulée en pression et en débit, prévue conjointement avec la sonde de température 8. Ladite injection d'oxygène peut s'effectuer de façon continue ou discontinue et le système de régulation peut se trouver en un point quelconque de la sortie des fumées du four, mais de préférence le plus près possible du four de fusion. Lorsque la concentration des résidus de combustion dans les fumées de sortie du four atteint la limite d' inflammabilité de ceux-ci avec l'oxygène, l'oxygène les brûlent localement de façon spontanée, en produisant une flamme « particulière » de géométrie concrète et de température toujours supérieure à celle des fumées. La géométrie concrète de la flamme permet au système de mesure de détecter instantanément l'incrément de température, lequel système transmet, par le biais d'un régulateur de température 5, un signal à un automate PLC 6 qui assure la fermeture progressive du robinet de combustible 3 ou l'ouverture progressive du robinet d'oxygène 4. L'une ou l'autre manœuvre a pour effet d'augmenter la pression partielle de l'oxygène dans le four et donc de réduire la concentration des résidus de combustion dans celui-ci.

Lorsque la concentration des résidus de combustion sort des limites d' inflammabilité permettant leur combustion avec l'oxygène, l'oxygène ne les brûle pas et non seulement il n'apparaît pas d'incréments locaux de température mais ces résidus créeront en fait de décréments locaux du fait que l'oxygène joue le rôle de réfrigérant, puisque le décrément de température est proportionnel au débit d'oxygène injecté.

Ce phénomène élargit la plage de signaux : température maximale avec résidus de combustion - température minimale avec résidus de combustion hors de la limite d' inflammabilité avec l'oxygène. Ceci procure au système une meilleure capacité de réponse.

Le système de régulation établit une logique entre les résidus de combustion dans les fumées et la température et repose sur quatre principes :

* Tous les gaz combustibles brûlent avec de l'oxygène pur à une certaine concentration et à une certaine température . * Si les fumées d'un four contiennent du monoxyde de carbone, de l'hydrogène ou tout autre résidu de combustion à une certaine température, elles brûleront localement en fonction de l'emplacement d'une ou de plusieurs injections d'oxygène, en générant de l'énergie et donc une température « toujours supérieure » à celle des fumées.

* Si la concentration des résidus de combustion dans les fumées sort des limites d' inflammabilité, l'oxygène injecté localement dans la veine des fumées a tendance à refroidir localement le milieu (veine de fumées) et donc le système de détection de la température associé à celui-ci.

* Localement, l'incrément de température est proportionnel au débit d'oxygène injecté et à la concentration des résidus de combustion dans les fumées.

Par conséquent, le système de régulation selon la deuxième aspect de l'invention permet de limiter à une marge plus étroite les variations possibles de la concentration des résidus de combustion produits dans un four de fusion, si bien que le procédé en question est plus propre et plus respectueux du milieu ambiant.

Dans la suite sont jointes des figures dans lesquelles un cas pratique de réalisation est représenté schématiquement et uniquement à titre d'exemple non limitatif .

FIGURES

La figure 1 représente sous forme schématique un système permettant de réaliser un procédé de fusion d'une charge ferreuse selon le premier aspect de l'invention et un système de régulation permettant de réduire la concentration des résidus de combustion dans la sortie des fumées de la cheminée selon le deuxième aspect de l'invention.

Les figures 2 à 4 montrent l'évolution des températures dans la cheminée (T-fumées) et les débits d'oxygène (O2) et de gaz naturel (GN) de trois essais de fusion réalisés selon le premier aspect de l'invention. On peut observer à partir des figures 2 à 4 qu'à chaque montée de la température des fumées correspond une diminution du débit de gaz naturel et que chaque diminution de la température des fumées est associée à une augmentation du débit de gaz naturel . DESCRIPTION DETAILLE DE LA FIGURE 1

Selon le premier aspect de l'invention, la figure 1 montre un four de fusion 1 dans lequel on a introduit une charge ferreuse renfermant de façon inhérente une petite quantité de charge organique sous forme d'huiles minérales et dans laquelle on a ajouté en une seule fois 300 kg d'anthracite (charbon minéral). Le système d'apport d'énergie comporte un brûleur 2 oxycombustible à base d'un combustible, par exemple de gaz naturel (GN) et d'oxygène (OX) . L'allumage dudit brûleur 2 se fait par l'intermédiaire de l'alimentation de gaz naturel par le robinet 3 et d'oxygène par le robinet 4. La température des gaz de combustion est détectée par l'intermédiaire de la sonde de température T installée dans la cheminée du four de fusion. Ladite sonde de température T transmet le signal à un système de régulation de la température T dans lequel un point de consigne connu a été préalablement fixé en fonction de la distance le séparant de la sortie des fumées du four. Une transmission de ce système de régulation de la température 5 à un PLC 6 et de celui-ci au robinet de gaz naturel 3 provoque la fermeture progressive dudit robinet automatique ou, selon la configuration du logiciel, l'ouverture progressive du robinet automatique d'oxygène 4. On provoque ainsi une augmentation de la pression partielle de l'oxygène à l'intérieur du four, si bien que l'excès d'oxygène permet la combustion complète dans le four de la charge organique synthétique et/ou fossile, que celle-ci soit inhérente à la charge ferreuse ou ajoutée à celle-ci. Ceci provoque une réduction de la consommation spécifique de l'énergie caractéristique, dans ce cas du gaz naturel .

Selon le deuxième aspect de l'invention, la figure 1 montre un four de fusion 1 dans lequel on a introduit une charge ferreuse renfermant de façon inhérente une charge organique et dans laquelle on a ajouté, en une seule fois, 300 kg d'anthracite (charbon minéral) . Le brûleur 2 est alimenté en combustible par l'intermédiaire d'un robinet 3 et en oxygène servant de comburant par l'intermédiaire d'un robinet 4. De l'oxygène est injecté à la sortie du four de fusion par l'intermédiaire d'une lance d'injection d'oxygène 7, associée intérieurement ou extérieurement à une sonde de température 8. Selon la concentration des résidus de combustion en ce point, ceux-ci brûlent et la variation de température produite est détectée par un système de régulation de la température 5. Le système de régulation 5 transmet un signal à un automate PLC 6 capable de provoquer la fermeture progressive du robinet proportionnel de combustible 3 ou l'ouverture progressive du robinet proportionnel d' oxygène 4. On augmente de cette façon la pression partielle d'oxygène dans le four, ce qui permet d'y réaliser la combustion des résidus de combustion et de réduire ainsi considérablement la concentration des résidus de combustion dans la cheminée.

Bien qu'une réalisation concrète de la présente invention ait été décrite et représentée, il va de soi que l'homme de métier pourra apporter des variantes et des modifications, ou remplacer les détails par d'autres techniquement équivalents, sans sortir pour autant du cadre de protection défini par les revendications jointes.

ESSAIS EXPERIMENTAUX

Dans le but de mieux comprendre ce qui a été expliqué, des exemples sont joints, dans lesquels trois cas pratiques de l'invention ont été représentés, sous forme schématique et uniquement à titre d'exemple, par référence à trois coulées distinctes.

Dans un four de fusion, on fait fondre une charge ferreuse en utilisant un combustible et de l'oxygène servant de comburant dans un rapport maximal de, par exemple, oxygène/gaz naturel de 3,5 ou oxygène/propane de 8 ou oxygène/mazout de 3,7. Le procédé est caractérisé par l'existence d'une charge organique inhérente, généralement très faible, et d'une charge fossile ajoutée à dessein, d'une certaine importance, mélangée à la charge ferreuse et, dans certaines étapes du cycle de fusion, par la réalisation de la combustion du combustible caractéristique avec des relations supérieures à celles mentionnées précédemment. Ainsi, par exemple, on utilise pour le gaz naturel des rapports d'oxygène allant jusqu'à 5, pour le propane des rapports allant jusqu'à 11,5 et pour le mazout des rapports allant jusqu'à 5,4. Le procédé de l'invention a été mis à l'essai dans un four rotatif de fusion du fer d'une capacité de 20 tonnes, équipé d'un brûleur de gaz naturel et d'oxygène. Le système de combustion dispose d'un automate, de robinets automatiques proportionnels et de systèmes électroniques de mesure de débits, ainsi que d'un système de sécurité conforme à la législation en vigueur en la matière.

Durant les essais, on a utilisé la stratégie d'économie du combustible caractéristique, à savoir « excès de température dans la cheminée », robinet de gaz naturel en fermeture progressive jusqu'au rétablissement de la température selon la point de consigne, lorsque la température devient inférieure à la température programmée, le robinet de gaz naturel s'ouvre progressivement jusqu'à l'obtention du débit nominal programmé. Les résultats obtenus sont consignés dans le tableau ci-dessous.

TABLEAU 1

Les paramètres analysés sont indiqués dans la première colonne. Les valeurs obtenues selon l'état de la technique sont indiquées dans la deuxième colonne, les valeurs d'une première coulée sont indiquées dans la troisième colonne, les valeurs d'une deuxième coulée sont indiquées dans la quatrième colonne et les valeurs d'une troisième coulée sont indiquées dans la cinquième colonne .

On peut observer à partir des valeurs du tableau 1 que, selon l'invention (l^ère, 2^ème et 3^ème coulées), la vitesse de fusion augmente en moyenne de 5% par rapport à la marche classique ou à l'état de la technique antérieur à l'invention. La consommation spécifique d'énergie caractéristique diminue en moyenne de 31,5%, la consommation d'« énergie caractéristique » passant de 773 m³/fusion en marche classique à 530 m³/fusion selon le procédé de l'invention. On a utilisé dans les trois coulées ou essais de fusion réalisés des points de consignes, exprimés en plages de températures, différents selon la coulée. Ainsi, dans la l^ere coulée, le point de consigne de température a été fixé entre 220 et 24O⁰C, dans la 2^ème coulée entre 220 et 300⁰C et dans la 3^ème coulée entre 240 et 300⁰C. Dans les trois cas, le débit de gaz naturel dans le brûleur était de 400 m³/h et, tout au long de la fusion, il variait proportionnellement à la plage de températures connue jusqu'à une débit minimal de 200 m³/h.

Il est donc évident que le procédé de la présente invention permet de remédier aux problèmes mentionnés de la technique antérieure tout en offrant des avantages tels qu'une réduction du temps de fusion, une réduction de la consommation de combustible caractéristique, une augmentation de la vitesse de fusion du fer et une limitation de la température de sortie des fumées par la cheminée et, donc, une réduction des matières volatiles combustibles dans celle-ci (cf. figures 2 à 4) . Bien qu'une réalisation concrète de la présente invention ait été décrite et représentée, il va de soi que l'homme de métier pourra apporter des variantes et des modifications, ou remplacer les détails par d'autres techniquement équivalents, sans sortir pour autant du cadre de protection défini par les revendications jointes.

Claims

REVENDICATIONS

1. Procédé de fusion d'une charge organique ferreuse dans un four de fusion, caractérisé par le fait qu'il comprend une charge organique et par le fait que la combustion de ladite charge organique s'effectue en utilisant une relation oxygène/combustible dans le brûleur qui crée une atmosphère oxydante dans le four de fusion.

2. Procédé selon la revendication 1, caractérisé par le fait qu'il dispose en outre d'un système de régulation qui comprend des moyens d'injection d'oxygène et des moyens de détection de la variation de la température, dans lesquels les étapes suivantes sont mises en œuvre :

i) injection d'oxygène à pression et débit connus en un point quelconque de la sortie des fumées du four de fusion ;

ii) détection de la variation de température ;

ii-a) dans le cas où ladite variation représente un incrément positif de la température, modification de la relation oxygène/combustible dans le brûleur de façon à ce que la concentration d'oxygène soit supérieure à la concentration d'oxygène existante avant la réalisation de cette modification ; et

ii-b) dans le cas où ladite variation représente un incrément négatif de la température, modification de la relation oxygène/combustible dans le brûleur de façon à ce que la concentration d'oxygène soit inférieure à la concentration d'oxygène existante avant la réalisation de cette modification .

3. Procédé selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé par le fait que la charge organique et/ou fossile est inhérente à la charge ferreuse .

4. Procédé selon les revendications précédentes, caractérisé par le fait que la charge organique et/ou fossile est ajoutée à la charge ferreuse.

5. Procédé selon les revendications précédentes, caractérisé par la fait que la charge organique et/ou fossile est introduite dans le four au moyen d'un procédé de charge en continu.

6. Procédé selon les revendications précédentes, caractérisé par le fait que la charge organique et/ou fossile est introduite dans le four en une seule fois.

7. Procédé selon les revendications précédentes, caractérisé par le fait que la température en un point de la cheminée est proportionnelle à la concentration de CO et de H₂ au même point.

8. Procédé selon les revendications précédentes, dans lequel le taux d'oxygène ainsi que son débit instantané sont corrigés automatiquement et en temps réel, en fonction de la température des fumées dans la cheminée .

9. Procédé selon la revendication 2, où le système de régulation est placé le plus près possible de la sortie du four de fusion.

10. Procédé selon la revendication 2, où les moyens d'injection fournissent de l'oxygène à débit réduit.

11. Procédé selon la revendication 2, où les moyens d'injection d'oxygène comprennent intérieurement ou extérieurement les moyens de détection de la variation de température .

12. Utilisation d'un système de régulation selon l'une quelconque des revendications précédentes pour réduire la concentration de résidus de combustion dans un four de fusion.

13. Utilisation d'un excès d'oxygène pour brûler la charge organique et/ou fossile inhérente à ladite charge ferreuse ou ajoutée à celle-ci selon l'une quelconque des revendications 1 à 11 pour augmenter le rendement énergétique et réduire l'émission de réducteurs dans la cheminée d'un four de fusion.