Procédé pour le réchauffage du gaz de soufflage d'un haut-fourneau par un générateur de plasma

Abstract

 Procédé pour le réchauffage du gaz de soufflage d'un haut-fourneau au moyen d'un générateur de plasma (4), ledit gaz de soufflage circulant dans une conduite (3) dans laquelle débouche la buse (5) dudit générateur de plasma (4) et qui aboutit à une tuyère (2) d'injection dans ledit haut-fourneau (1), et l'axe (Y-Y) de ladite buse (5) convergeant vers celui (X-X) de ladite conduite (3).
- Selon l'invention, le procédé est caractérisé en ce que l'angle aigu A entre l'axe (Y-Y) de la buse (4) et l'axe (X-X) de la conduite (3) est au plus égal à 50°, en ce que la distance 1 séparant le point d'intersection de l'axe de la conduite (3) et de l'àxe de la buse (5) du centre (C) de l'orifice de sortie (6) de ladite buse (5) est au plus égale à



D étant le diamètre intérieur de ladite conduite (3) du gaz de soufflage et en ce que le rapport

dans lequel d est le diamètre intérieur dudit orifice de sortie (6) de la buse (5), est au moins égal à 1,5.
- Suppression de l'usure de la conduite du gaz de soufflage par le jet de plasma.

Description

[0001] La présente invention a pour objet un procédé pour le réchauffage du gaz de soufflage d'un haut-fourneau par un générateur de plasma.

[0002] On sait qu'il est souvent souhaitable d'accroître autant que possible la température du gaz de soufflage d'un haut-fourneau, afin d'augmenter la production et de réduire la quantité de coke nécessaire au fonctionnement dudit haut-fourneau.

[0003] A cet effet, il est déjà connu d'équiper un haut-fourneau d'un générateur de plasma et de relier la sortie dudit générateur à la conduite amenant le gaz de soufflage à la tuyère l'injectant dans ledit haut fourneau.

[0004] Une telle technique est par exemple décrite dans les brevets FR-A-2 223 449, FR-A-2 223 647, GB-A-1 488 976, US-A-4 363 656 et FR-A-2 515 326.

[0005] Toutefois, cette technique soulève des difficultés de mise en oeuvre. En effet, le plasma engendré par le générateur est à très haute température (plusieurs milliers de °C), de sorte que, en pénétrant dans la conduite du gaz de soufflage et en entrant en contact avec les parois de celle-ci, il entraine une usure accélérée et la destruction desdites parois. Dans le brevet US-A-4 363 656, on constate déjà cet inconvénient à propos de la technique du brevet GB-A-1 488 976, et on propose, pour y remédier, d'incliner les axes du générateur de plasma et de la conduite du gaz de soufflage par rapport à l'axe de la tuyère d'injection dans le haut-fourneau. Il en résulte un coude entre la conduite de soufflage et la tuyère qui peut engendrer des perturbations dans l'écoulement du gaz de soufflage. De plus, une telle solution n'est pas aisée à mettre en oeuvre pour perfectionner un haut-fourneau préexistant.

[0006] La présente invention a pour objet un procédé pour le réchauffage du gaz de soufflage d'un haut-fourneau par un générateur de plasma ne nécessitant pas de modifications importantes du haut-fourneau sur lequel elle est appliquée ; elle ne change pas fondamentalement le principe de fonctionnement du haut-fourneau, et ne remet pas en cause l'alignement de la tuyère et de la portion adjacente de conduite de gaz de soufflage, tout en évitant les risques d'usure excessive et de destruction des parois de ladite conduite par le plasma.

[0007] A cette fin, selon l'invention, le procédé pour le réchauffage du gaz de soufflage d'un haut-fourneau au moyen d'un générateur de plasma, ledit gaz de soufflage circulant dans une conduite dans laquelle débouche la buse dudit générateur de plasma et qui aboutit à une tuyère d'injection dans ledit haut-fourneau, et l'axe de ladite buse convergeant vers celui de ladite conduite, est remarquable en ce que l'angle aigu A entre l'axe de la buse et l'axe de la conduite est au plus égal à 50°, en ce que la distance 1 séparant le point d'intersection de l'axe de la conduite et de l'axe de la buse du centre de l'orifice de sortie de ladite buse est au plus égale à D D étant le diamètre intérieur de ladite conduite du gaz de soufflage et en ce que le rapport D, dans lequel d est le diamètre intérieur dudit orifice de sortie de la buse, est au moins égal à 1,5.

[0008] La demanderesse a en effet constaté que si les conditions mentionnées ci-dessus étaient réunies, il se produirait une enveloppe de gaz de soufflage autour du jet de plasma, de sorte que les parois de la conduite étaient isolées du contact dudit jet de plasma et donc protégées contre l'action destructrice de celui-ci. On constate que, dans les conditions précitées, la pénétration du jet de plasma crée une turbulence qui assure le balayage de la paroi interne de la conduite par le gaz de soufflage réalisant ainsi une sorte de gainage.

[0009] De préférence, l'angle A entre l'axe de la buse du générateur de plasma et l'axe de la conduite de gaz de soufflage est voisin de 40°.

[0010] Si le rapport ^D _d tout en étant supérieur à 1,5 est inférieur à 4, il est avantageux que la distance 1 soit au moins égale à ^D _6sinA Si le rapport ^D_d est supérieur à 4, la distance 1 peut tendre vers zéro.

Les figures du dessin annexé feront bien comprendre comment l'invention peut être réalisée.

La figure 1 est une coupe schématique et partielle, illustrant le procédé selon l'invention.

La figure 2 est un diagramme donnant les variations de la température T (en K) de la paroi de la conduite du gaz de soufflage en fonction d'une abscisse mesurée parallèlement à l'axe de ladite conduite.

[0011] Sur la figure 1, on a représenté une portion de paroi 1 de haut-fourneau, dans laquelle est agencée une tuyère 2 d'injection de gaz de soufflage. La tuyère 2 est alimentée en gaz de soufflage par une conduite 3. La tuyère 2 et la conduite 3 sont alignées et ont le même axe X-X.

[0012] Le gaz de soufflage circulant dans la conduite 3 est par exemple à une température de 1300°C, avec une pression de ₁,5 bar relatif et son débit est par exemple de 500 N m3/h.

[0013] En dérivation sur la conduite 3 est agencé un générateur de plasma 4 dont la buse 5 émet un jet de plasma à travers son orifice de sortie 6. La buse 5 pénètre dans la conduite ₃ et son axe Y-Y fait un angle aigu A égal à 40° par rapport à l'axe _X-X de la conduite 3. Les axes X-X et Y-Y se coupent en I et la distance 1 entre le point I et le centre C de l'orifice de sortie 6 de la buse est au plus égale à ₁ = D (position 6₁) et au moins égale à 1 = ^D_6sinA (position 62), si le rapport ^D _d des diamètres intérieure de la conduite 3 et de la buse 5 est supérieur à 1,5, mais inférieur à 4. Si ce rapport ^D _d était supérieur à 4, le point C pourrait être confondu avec le point I.

[0014] Le jet de plasma est par exemple à une température de 4300°C, avec une pression de 2,5 bars relatifs et son débit est par exemple de 4500 Nm³/h.

[0015] Si les conditions précédentes sont réalisées, on constate que le jet de plasma émis par le générateur 4 est enveloppé par le gaz de soufflage et que les parois internes de la conduite 3 sont isolées dudit plasma.

[0016] Ce résultat est illustré par la figure 2, qui montre, d'une part, que la température de la paroi 3 qui est de 1573 K (c'est-à-dire 1300°C) en amont du point I, ne croit pas immédiatement en aval de celui-ci et, d'autre part, que l'augmentation de température en aval du point I est modérée et progressive, en évoluant de manière régulière, sans apparition de points chauds, vers la température de mélange qui est de l'ordre de 2000°C (2273 K).

Revendications

1 - Procédé pour le réchauffage du gaz de soufflage d'un haut-fourneau au moyen d'un générateur de plasma (4), ledit gaz de soufflage circulant dans une conduite (3) dans laquelle débouche la buse (5) dudit générateur de plasma (4) qui aboutit à une tuyère (2) d'injection dans ledit haut-fourneau (1), et l'axe (Y-Y) de ladite buse (5) convergeant vers celui (X-X) de ladite conduite (3), caractérisé en ce que l'angle aigu A entre l'axe (Y-Y) de la buse (4) et l'axe (X-X) de la conduite (3) est au plus égal à 50°, en ce que la distance 1 séparant le point d'intersection (I) de l'axe (X-X) de la conduite (3) et de l'axe (Y-Y) de la buse (5) du centre (C) de l'orifice de sortie (6) de ladite buse (5) est au plus égale à D D étant le diamètre intérieur de ladite conduite (3) du gaz de soufflage et en ce que le rapport ^D _d, dans lequel d est le diamètre intérieur dudit orifice de sortie (6) de la buse (5), est au moins égal à 1,5.

2 - Procédé selon la revendication 1,
caractérisé en ce que l'angle A entre l'axe (Y-Y) de la buse (5) du générateur de plasma (4) et l'axe (X-X) de la conduite (3) de gaz de soufflage est voisin de 40°.

3 - Procédé selon l'une des revendications 1 ou 2, dans lequel le rapport ^D_d est inférieur à 4, caractérisé en ce que la distance 1 est au moins égale à ^D _6sinA

4 - Procédé selon l'une des revendications 1 ou 2, dans lequel le rapport D est supérieur à 4, caractérisé en ce que la distance 1 peut être nulle.

Dessins