REHEATING PROCESS OF BLOWER GAS FOR A BLAST FURNACE BY MEANS OF A PLASMA GENERATOR

PROCEDE POUR LE RECHAUFFAGE DU GAZ DE SOUFFLAGE D'UN HAUT-FOURNEAU PAR UN GENERATEUR DE PLASMA

French Abstract

P R E C I S

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

Claims

LES REALISATIONS DE L'INVENTION AU SUJET DESQUELLES
UN DROIT EXCLUSIF DE PROPRIETE OU DE PRIVILEGE EST
REVENDIQUE, SONT DEFINIES COMME SUIT:

1. Procédé pour le réchauffage du gaz de soufflage
d'un haut-fourneau au moyen d'un générateur de plasma
comportant une buse, ledit gaz de soufflage circulant
dans une conduite dans laquelle débouche la buse dudit
générateur de plasma qui aboutit à une tuyère d'injection
dans ledit haut-fourneau, et l'axe longitudinal central
de ladite buse convergeant vers celui de ladite conduite,
caractérisé en ce que l'angle aigu A entre l'axe
longitudinal central de la buse et l'axe longitudinal
central de la conduite est au plus égal à 50°, en ce que
la distance 1 séparant le point d'intersection dudit
axe de la conduite et dudit axe de la buse du centre
de l'orifice de sortie de ladite buse est au plus
égale à Image , 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.

2. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en
ce que l'angle A entre ledit axe de la buse du générateur
de plasma et ledit axe de la conduite de gaz de soufflage
est voisin de 40°.

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


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.

5. Une méthode permettant le réchauffage du gaz de
soufflage d'un haut-fourneau au moyen d'un générateur
de plasma comportant une buse avec un orifice de sortie,
comprenant: l'injection dudit gaz de soufflage au



travers une conduite d'entrée ayant une paroi comportant
une chemise intérieure et une tuyère terminale d'injection
dans ledit haut-fourneau, l'axe de ladite tuyère termi-
nale et l'axe d'au moins une portion de ladite conduite
d'entrée proche de ladite tuyère terminale étant alignés;
l'injection du jet de plasma généré par ledit générateur
de plasma dans ladite conduite d'entrée au travers
ledit orifice de sortie de ladite buse au voisinage
de ladite tuyère terminale, de façon à maintenir
ledit jet de plasma éloigné de la paroi de ladite con-
duite d'entrée et ainsi causant peu ou pas de dommages
à la chemise intérieure de la conduite d'entrée; et
l'axe de ladite buse convergeant vers un point d'inter-
section dudit axe de ladite portion de ladite conduite
d'entrée, et formant un angle aigu A, entre l'axe de
la buse et l'axe de ladite portion de ladite conduite,
qui est plus grand que zéro et au plus égal à 50°, la
distance ? séparant ledit point d'intersection du
centre dudit orifice de sortie de la buse étant au plus
égale à D/2 sin A, D étant le diamètre intérieur
de la conduite d'entrée du gaz de soufflage, et le
rapport D/d, dans lequel d est le diamètre intérieur
dudit orifice de sortie de la buse, qui est au moins
égal à 1,5.

6. Une méthode telle que revendiquée à la revendication
5, caractérisée en ce que l'angle entre l'axe de la buse
du générateur de plasma et l'axe de la conduite d'entrée
du gaz de soufflage, est à peu près de 40°.

7. Une méthode telle que revendiquée à la revendi-
cation 5, où le rapport D/d est moins que 4 et où la
distance ? est au moins égale à D/6 sin A.


8. Une méthode telle que revendiquée à la
revendication 5, où la distance ? est de zéro ou près de
zéro.

9. Une méthode telle que revendiquée à la revendi-
cation 5, où le jet de plasma est injecté à partir
d'une distance d'au moins D/6 sin A jusqu'à un point


sur l'axe de rotation de la conduite d'entrée.

10. Une méthode d'injection dudit jet de plasma
selon la revendication 5, comportant au surplus l'in-
jection dudit jet de plasma à une température d'à peu
près 4,300°C dans ladite conduite d'entrée, de sorte
que ledit gaz de soufflage a une température d'environ
1,300°C, et créant un écoulement turbulent dudit gaz
de soufflage en aval de ladite buse pour le ramonage
de ladite chemise intérieure de ladite conduite d'en-
trée grâge au gaz de soufflage, de telle sorte que
la température de ladite chemise intérieure s'accroît
progressivement en aval de ladite buse.

11. Un appareil pour l'injection de gaz chauds dans
un haut-fourneau, comprenant:
(a) une tuyère terminale pour l'injection des gaz
chands dans un haut-fourneau;
(b) une conduite d'entrée alignée avec ladite
tuyère et communiquant avec celle-ci, afin d'alimenter
ladite tuyère en gaz, ladite conduite d'entrée ayant
des parois intérieures avec un diamètre interne D, ladite
conduite d'entrée ayant une entrée de gaz à une extrémité
arrière et une sortie de gaz reliée à ladite tuyère
à une extrémité avant;
(c) un générateur de plasma ayant une buse de
sortie à une extrémité avant, ladite buse de sortie
ayant un orifice de sortie avec un diamètre interne d,
ledit orifice de sortie communiquant avec ladite con-
duite d'entrée, ladite buse de sortie étant reliée
à ladite conduite d'entrée, de telle sorte que le géné-
rateur de plasma a des portions arrières faisant saillie
à l'arrière de la connection de la buse de sortie et
de la conduite d'entrée et qu'ainsi un angle formé par
l'axe de ladite buse et l'axe de ladite conduite d'entrée
est plus grand que 0° et au plus égal à 50° et que la dis-
tance ? entre le centre dudit orifice de sortie de
ladite buse et le point d'intersection desdits axes
de ladite conduite d'entrée et de ladite buse peut
varier de zéro à D/2 sin A, et que le rapport D/d est
au moins égal à 1,5.



12. Un appareil tel que revendiqué à la revendication
11, caractérisé en ce que l'angle entre l'axe de la buse
et l'axe de la conduite d'entrée peut varier entre
35° et 45°.

13. Un appareil tel que revendiqué à la revendica-
tion 11, caractérisé en ce que le rapport D/d est moins
de 4, et que la distance ? est au moins égale à D/6 sin A.

Description

---- iL23~:~L33


1 La présente invention a pour objet un procédé pour le
réchauffage du gaz de soufflage d'un haut-fourne~u par un
générateur de plasma.

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

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.

Une telle technique est par exemple décrite dans les ~revets
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.

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-1 488 975, et on propose, pour y remédier, d'incliner
les axes du générateur de plasma et de la oonduite 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 perturba-
tions 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.

` -2~ 2~33

La présente invention a pour objet un procédé pour le
réchuffage du gaz de soufflage d'un haut-fourneau par un
générateur de plasma ne nécessitant pas de modifications
importantes du haut-fourneau sur ].equel 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 gax de soufflage, tout en évitant les risques
d'usure excessive et de destruction des parois de ladite
conduite par le plasma.

A cette fin, selon l'invention, le procédé pour le
réchauffage du gas de souf1age d,un haut-fourneau au moyen
d'un générateur de plasma, ledit gas 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 conver-
geant vers celui de ladite conduite, est remarquable en ce
que l'angle aigue 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 2sinA ~ D étant le diamètre
intérieur de ladite conduite du gas 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.

La demanderesse a en effet constaté que si les conditions
mentionnées ci-dessus étaient réunies, il se produirait une
enveloppe de gax 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 destructril~e 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

3 ~ 33

la conduite par le gaz de soufflage réalisant ainsi une
sorte de gainage.

De préférence, l'angle A entre l'axe de la buse du
générateur de plasma et l'axe de la conduite de gaz de
soufElage est voisin de 40.

Si le rapport D tout en étant supérieur ~ 1.5 est infé-
rieur à 4, il dst avantageux que la distance 1 soit au moins
égale à D _ . Si le rapport D est supérieur à 4, la
distance ~SpeAt tendre vers zérod

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

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

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

Sur la figure 1, on a représen~é une portion de paroi 1
de haut-fourneau, dans laquelle est agencée une tuyère 2
d'injection de gaz de soufflage. ~a tuyère 2 est ali-
mentée en gaz de soufflage par une conduite 3. La
tuyère 2 et la conduite 3 sont alignées et ont le
même axe X-X.

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




. ~ .~ .`
.., ~.~

~23213;~



1 En dérivation sur la conduite 3 est agencé un générateur de
plasma 1~ 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 X 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 l = D (position 61) et au moins égale à l _ D
(positi~n ~2)~ si le rapport D des diamètres intéri6urn de
la conduite 3 et de la buse 5 est supérieur à 1,5, mais
inférieur à 4. Si ce rapport D était supérieur à 4, le point
C pourrait être confondu avec le point I.

Le jet de plasma est par exemple à une température de
4300C, avec une pression de 2,5 bars relatifs et son débit
est par exemple de 4500 Nm~th.

Si les conditions précédentes sont réalisées, on constate
que le jet de plasma émis par le générateur 1~ est enveloppé
par le gaz de souf~lage et que les parois internes de la
conduite 3 sont isolées dudit plasma.

Ce résultat est i~lustré par la figure 2, qui montre, d'une
part, que la temperature de la paroi 3 qui est de 1573 K
(c'est-à-dire 1300C) en amont du point I, ne crolt 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 ré~ulière, sans
apparition de points chauds, vers la température de mélange
qui est de l'ordre de 2000C (2273 K).




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