Procédé d'injection de combustible auxiliaire dans un haut fourneau

Abstract

 On injecte un combustible auxiliaire (7) dans un courant de vent chaud circulant en direction d'au moins une tuyère du haut fourneau, et un combustible de surchauffe (8) dans ledit courant de vent chaud (5), en amont du point d'injection dudit combustible auxiliaire (7; 7a; 7b). Au moins un des deux combustibles (7;8) est brûlé au moins partiellement avant d'être injecté dans le courant de vent chaud (5). On règle la teneur en oxygène de vent chaud (5) en fonction des quantités de combustible (7;8) injectées. On règle la quantité de combustible de surchauffe (8) injecté dans le vent chaud (5) de telle façon que le vent chaud (5) soit porté à une température comprise entre 1500°C et 2500°C.

Description

[0001] La présente invention concerne un procédé d'injection de combustible auxiliaire dans un haut fourneau.

[0002] On cherche depuis longtemps à réduire la consommation de coke du haut fourneau, notamment pour des raisons économiques liées soit à l'ame­nuisement des réserves de charbons cokéfiables, soit au coût des mesures de protection de l'environnement dans les cokeries.

[0003] A cet effet, on a déjà proposé de remplacer le coke, partiellement ou entièrement, par un combustible auxiliaire injecté par les tuyères à vent ou par des tuyères auxiliaires installées sur le haut fourneau. On a ainsi pratiqué l'injection de combustibles liquides tels que le fioul, de combustibles gazeux tels que le gaz naturel ou le gaz de four à coke, ainsi que de combustibles solides tels que le charbon pulvérisé ou le lignite.

[0004] D'un point de vue économique, il s'avère que l'injection de combus­tible solide constitue actuellement la technique la plus intéressante dans de nombreux cas. Néanmoins, les prix relatifs des différents types de combustibles varient très fortement et quelquefois assez rapidement; suivant le moment et l'endroit, les hydrocarbures liquides ou gazeux peuvent donc également présenter un grand intérêt en vue de l'injection dans un haut fourneau.

[0005] Dans la présente description, il sera fait référence particulièrement à l'injection de charbon pulvérisé, qui est le combustible auxiliaire solide le plus utilisé actuellement. Cette référence particulière n'a cependant aucun caractère limitatif et le procédé de l'invention est tout aussi applicable avec des combustibles auxiliaires liquides ou gazeux.

[0006] D'une manière classique, on injecte le combustible auxiliaire, notam­ment le charbon pulvérisé, dans le vent chaud se trouvant à une température comprise entre 1000°C et 1200°C, qui est insufflé dans le haut fourneau par les tuyères à vent. Dans ces conditions, le charbon brûle en dégageant de la chaleur et des gaz, essentiellement des gaz réducteurs CO et H₂, en quantité déterminée à l'intérieur du haut fourneau. La quantité de charbon pulvérisé que l'on peut injecter de cette façon est cependant limitée, d'une part parce que le charbon exerce un effet de refroidissement qui abaisse la température de la flamme, et d'autre part parce que la combustion du charbon n'est pas complète aux taux d'injection élevés et provoque alors la formation d'imbrûlés et/ou de suies.

[0007] On a déjà recherché des voies et des moyens pour contourner cette dif­ficulté.

[0008] En particulier, il a été proposé, dans la demande de brevet BE-A-­08700853, de remplacer le vent chaud à 21 % d'oxygène, éventuellement suroxygéné à 22-24 %, par du vent à très haute teneur en oxygène se trouvant à la température ambiante. Cette technique n'est cependant applicable que dans les usines disposant d'importants excédents d'oxygène, ce qui est rarement le cas dans la pratique industrielle.

[0009] Par ailleurs, il existe également de nombreuses propositions visant à accélérer la combustion du charbon par l'utilisation d'une torche à plasma, qui surchauffe le vent à une température de l'ordre de 1800°C à 2500°C. Il est apparu qu'une telle augmentation de la température du vent permettait, par son effet sur la cinétique de combustion du charbon, d'injecter des quantités accrues de combustible auxiliaire, aussi bien solide que liquide ou gazeux.

[0010] Il n'est cependant pas toujours possible de recourir à la technique de la torche à plasma. En effet, celle-ci implique non seulement des frais d'investissement élevés, mais aussi des frais de fonctionnement liés, dans une large mesure, au prix du courant électrique. Si ce prix est trop élevé par rapport à celui des énergies fossiles, le coût de la production du plasma peut entamer ou même annuler l'économie réa­lisée par l'accroissement de la quantité de combustible auxiliaire injecté dans le haut fourneau.

[0011] Enfin, il est connu, par la demande de brevet BE-A-08701383, d'injecter une certaine quantité de gaz, de préférence du gaz riche en hydrogène à l'endroit où l'on injecte du charbon pulvérisé. Cette technique s'applique particulièrement dans le cas où le haut fourneau est alimenté en vent froid très riche en oxygène au lieu du vent chaud conventionnel. Une telle injection de gaz a pour but de stabiliser la combustion du charbon et, dans le cas de l'utilisation de vent froid, d'assurer l'allumage du charbon après un arrêt de l'injection. Cette technique, très intéressante par ailleurs, ne permet cependant pas d'accroître la quantité de charbon injectée.

[0012] Il existe dès lors dans l'industrie un besoin d'un procédé permettant d'injecter d'importantes quantités de combustible auxiliaire dans un haut fourneau tout en demeurant économiquement acceptable pour l'utilisateur.

[0013] La présente invention a pour but de proposer un procédé répondant à ce besoin par des moyens simples et intéressants, qui en outre ne nécessitent pas de transformations importantes des installations d'injection existantes.

[0014] Conformément à la présente invention, un procédé d'injection de com­bustible auxiliaire dans un haut fourneau, dans lequel on injecte ledit combustible auxiliaire dans un courant de vent chaud circulant en direction d'au moins une tuyère dudit haut fourneau, est caractérisé en ce que l'on injecte un combustible de surchauffe dans ledit courant de vent chaud, en amont du point d'injection dudit com­bustible auxiliaire.

[0015] Ce combustible de surchauffe, injecté dans le vent chaud, conformément au procédé de l'invention, provoque la formation d'un "pseudo-plasma", c'est-à-dire d'un milieu gazeux surchauffé, localisé à l'endroit où est effectuée l'injection du combustible auxiliaire. Ce pseudo-plasma, obtenu sans consommation d'énergie électrique, présente des propriétés voisines de celles des plasmas usuels et favorise une combustion rapide et complète du combustible auxiliaire.

[0016] Comme on l'a indiqué plus haut, le combustible auxiliaire peut être un combustible solide, un combustible liquide ou un combustible gazeux, ou encore un mélange de plusieurs combustibles de types différents.

[0017] Suivant l'invention, le combustible de surchauffe peut également être un combustible solide, un combustible liquide ou un combustible gazeux, ou encore un mélange de plusieurs combustibles de types différents.

[0018] Suivant la mise en oeuvre la plus simple du procédé de l'invention, le combustible auxiliaire et le combustible de surchauffe sont injectés tels quels dans le courant de vent chaud, et leur combustion est assurée par l'oxygène contenu dans le vent chaud. A cet effet, il peut être nécessaire d'accroître la teneur en oxygène de ce vent chaud, en fonction des quantités de combustible injectées. Le complément éventuel d'oxygène peut être injecté avec le combustible correspondant, de préférence en proportion stoechiométrique pour assurer la combustion désirée dudit combustible.

[0019] Une autre variante intéressante du procédé de l'invention consiste à injecter au moins un desdits combustibles, c'est-à-dire le combustible auxiliaire et/ou le combustible de surchauffe, au moyen d'un brûleur approprié. Ce brûleur, qui peut être de tout type connu, est alimenté d'une part en combustible et d'autre part en oxygène, et il injecte ensuite le combustible correspondant dans le courant de vent chaud sous la forme de gaz de combustion chauds. Dans ce cas, la teneur en oxygène du vent chaud est de préférence adaptée en fonction de la composition desdits gaz de combustion, et notamment de leurs teneurs en gaz reducteurs.

[0020] Pour une marche conventionnelle du haut fourneau, le vent chaud insuf­flé par les tuyères se trouve généralement à une température comprise entre 1000°C et 1200°C, suivant le type de cowper disponible. De ma­nière classique, le vent chaud est constitué d'air ou d'air enrichi en oxygène. Comme on l'a déjà indiqué plus haut, il est avantageux de régler la teneur en oxygène du vent chaud en fonction des quantités de combustible injectées.

[0021] Egalement suivant l'invention, on règle la quantité de combustible de surchauffe injecté dans le vent chaud de telle façon que ledit vent chaud soit porté à une température comprise entre 1500°C et 2500°C.

[0022] D'autres particularités et avantages de l'invention pourront apparaî­tre à la lecture de l'exemple comparatif qui suit, qui n'a d'autre but que de faire comprendre clairement l'intérêt économique et la facilité de mise en oeuvre du procédé revendiqué. Cet exemple est illustré par les dessins annexés, dans lesquels la

Figure 1 illustre un procédé conventionnel d'injection d'un combusti­ble auxiliaire dans un haut fourneau; et la

Figure 2 montre une variante particulière de mise en oeuvre du procédé de l'invention.

[0023] Ces figures ne constituent bien entendu que des représentations sché­matiques, dans lesquelles on n'a volontairement reproduit que les éléments directement nécessaires à la compréhension de l'invention. Des éléments identiques ou analogues sont désignés par les mêmes repères numériques dans les deux figures, et les sens de circulation des différentes matières (vent chaud, combustibles) sont indiqués par des flèches appropriées.

[0024] On a représenté, dans la figure 1, un haut fourneau (1) conventionnel, alimenté en (2) avec 1610 kg par tonne de fonte (kg/tf) d'aggloméré de bonne qualité et avec du coke métallurgique stabilisé et criblé à 35 mm. Un cowper (3) alimenté en vent froid (4), suroxygéné à 22 %, fournit un vent chaud (5) à 1150°C qui est insufflé dans le haut four­neau à raison de 1051 m³ N/tf. A l'aide d'une canne (6), on a injecté de manière classique, dans le vent chaud (5), par exemple au niveau du busillon, 140 kg/tf de charbon pulvérisé sec contenant 25 % de ma­tières volatiles. Pour produire une fonte de la qualité désirée, c'est-à-dire contenant 5 % C et 0,2 % Si et présentant une température de 1500°C, on a consommé 334 kg/tf de coke sec.

[0025] La figure 2 illustre la production de la même qualité de fonte à partir des mêmes matières premières et dans le même haut fourneau que dans le cas de la figure 1, mais à l'aide d'une variante du procédé de la présente invention. Le haut fourneau (1) est également chargé en (2) de 1610 kg/tf d'aggloméré de bonne qualité, ainsi que de coke métallurgique stabilisé et criblé à 35 mm. Le vent froid (4) est cons­titué en mélangeant 37 m³ N/tf d'oxygène pur (4a) et 470 m³ N/tf d'air (4b) comprimé à une pression de 4,5 bar. Ce vent froid (4), suroxygéné à 27 %, est porté dans le cowper (3) à une température de 1200°C et le vent chaud résultant (5) est insufflé dans le haut fourneau avec un débit de 507 m³ N/tf. Dans le cas de l'exemple illustré ici, le charbon pulvérisé a été injecté au moyen d'un brûleur oxy-charbon (7) d'un type connu, alimenté en oxygène (7a) et en charbon pulvérisé (7b). Conformément à l'invention, on a injecté en (8), c'est-à-dire en amont du point d'injection du charbon pulvérisé (7), du gaz de four à coke à raison de 26 m³ N/tf. Cette injection (8) a donné lieu à la formation d'un "pseudo-plasma" (9), ayant une température de 1700°C et composé de 6,0 % H₂O; 2,0 % CO₂; 21,0 % O₂; 71,0 % N₂. Grâce à ce pseudo-­plasma, on a pu injecter en (7b)jusqu'à 350 kg/tf de charbon pulvérisé avec 149 m³ N/tf d'oxygène en (7a). De ce fait, la consommation de coke a été ramenée à 177 kg/tf, soit un gain de 47 % de coke par rapport à la marche conventionnelle de la figure 1.

[0026] Le procédé de la présente invention permet d'accroître très fortement la quantité de charbon pulvérisé injectée dans le haut fourneau, par rapport aux marches les plus favorables réalisables par les techniques conventionnelles d'injection. Des résultats comparables peuvent être atteints pour l'injection de combustible liquide ou gazeux.

Revendications

1. Procédé d'injection de combustible auxiliaire dans un haut fourneau, dans lequel on injecte ledit combustible auxiliaire dans un courant de vent chaud circulant en direction d'au moins une tuyère dudit haut fourneau (1), caractérisé en ce que l'on injecte un combustible de surchauffe (8) dans ledit courant de vent chaud (5), en amont du point d'injection dudit combustible auxiliaire (7; 7a,7b).

2. Procédé suivant la revendication 1, caractérisé en ce que le combustible auxiliaire (7) et le combustible de surchauffe (8) sont injectés tels quels dans le courant de vent chaud (5).

3. Procédé suivant la revendication 2, caractérisé en ce que l'on in­jecte de l'oxygène en même temps que ledit combustible de surchauffe (8) dans le courant de vent chaud (5).

4. Procédé suivant la revendication 1, caractérisé en ce qu'au moins un des deux combustibles, c'est-à-dire le combustible auxiliaire (7) et/ou le combustible de surchauffe (8) est brûlé au moins partiellement avant d'être injecté dans le courant de vent chaud (5).

5. Procédé suivant l'une ou l'autre des revendications 1 à 4, carac­térisé en ce que l'on règle la teneur en oxygène du vent chaud (5) en fonction des quantités de combustible (7; 8) injectées.

6. Procédé suivant l'une ou l'autre des revendications 1 à 5, caractérisé en ce que l'on règle la quantité de combustible de surchauffe (8) injecté dans le vent chaud (5) de telle façon que ledit vent chaud (5) soit porté à une température comprise entre 1500°C et 2500°C.

7. Procédé suivant l'une ou l'autre des revendications 1 à 6, caractérisé en ce que le combustible de surchauffe (8) est un combustible solide, un combustible liquide, un combustible gazeux ou un mélange de plusieurs combustibles de types différents.

8. Procédé suivant l'une ou l'autre des revendications 1 à 7, carac­térisé en ce que le combustible auxiliaire (7) est un combustible solide, un combustible liquide, un combustible gazeux ou un mélange de plusieurs combustibles de types différents.

Dessins