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Dispn~itif d'injection de matièrea solides divl~ées dnns un
rour, notamment un hsut-rournesu sldérurgique, et applicatiDns_
L'invention concerne l'ln~ection de matières solides
divisées, de préférence pulvérulentes, dans un four, notamment
û5 dans un haut-fourneau.
Plus particulièrement, dans le cas d'un haut-fourneau
- sidérurgique, les matières injectées peuvent être des oxydes
métalliques, tels que du minerai de fer, et introduites au moyen
d'une tuyère spécialisée directement dans la zone de réaction à
1D haute température du haut-fourneau.
~ ien que l'invention puisse, dans d'autres applications,
êt~e utiliaée pour l'injection, par exemple, de charbon
pulvérulent dans des fours de combustion, on se référera par la
suite, pour des raisons de clarté de l'exposé, au cas de
l'injection de matières dans un haut-fourneau sidérurgique pour la
production de fonte.
Classiquement, ces injections sont des additions
refroidissantes dont l'effet doit être compensé par un apport de
chaleur procuré avantageusement par des torches électriques à
ZO plasma d'arc.
Un dispositif d'in~ection du type considéré est connu
entre autres par le document FR-A-251Z313. Malheureusement, ce
document ne décrit que très schématiquement le dispositif et ne
s'attarde pas sur les difficultés de réalisation pratique de la
tuyère qui doit résister à des températures très élevées et des
conditions d'abrasion sévères.
Le but de l'lnvention est de propo9er un disposltif
d'in~ectlon simple et résistant permettant effectlvement la mise
en oeuvre de l'in~ection de matières solides divisaes accompagnee
d'un apport calorifique à haute température par torches à plasma.
Pour attzindre ce but, le dispositif selon l'invention
comprend une torche à plasma, une tuyère prolongeant la torche et
au moins une buse d'inJection dzs mati5res solides en aval de la
torche ; la tuyère comportz une partie aval sensiblement
~5 cylindricue ou tronconique lé5èrement conver5ente et une partie
amo~t~ tronconique divergente ; la torche à plasma est placee
coaxialement à la tuyère à l'entrée de la partie amont de la
tuyère, la buse d'injection des matières solides débouche oblique-
ment dans la partie amont de la tuyère et 1'angle de conicité
05 de la partie amont de la tuyère correspond sensiblement à 1'angle
d'expansion naturelle du jet de plasma, de manière que ces matiè-
res soient entra;nées dans le jet de plasma et qu'une partie
d'entre elles soient projetées sur la paroi interne de la tuyère.
On obtlent de la sorte un autogarnlssage de le paroi
interne de la tuyère qui d'une part llmite les pertes thermlques
et d'autre part Joue un rôle protecteur de la perol de la tuyère à
l'égard de l'abraslon et des hautes températures.
De plu5, la couche trouve automatiquement une épalsseur
d'équilibre.
~'effet d'autogarnissage est ~avorisé si les metières
sGnt conoit~onnées en Doudre.
On peut conformer spécialement la
paroi interne de la tuyère pour favorisèr l'accrochage des
mati_res projetées.
D'autres caractéristiques et avantages de i'invention,
ressGrtiront de la description suivante d'un mode de réalisation
préferé. Il sera fait référence à la figure unique annexée qui
reprcsente en coupe le dispositif de l'invention.
On y voit la tuyère 1 Gébouchant dans la zone de
Z5 réaction Z d'un haut-fourneau sidérurgique, dont on a seulement
repr~senté le blindage 3. La tuyère 1 comporte intérieurement une
part~e aval sensiblement cylindrique 4 d'axe 5, que précède une
partie amont 6 en forme de tronc de cone divergent de même axe 5.
Le ~assage intérieur de la tuyère est refroldl par des moyeng
conventionnels (circulation d'eau par exemple) 5ymbolisé5 par les
pointillés 7.
Une torche à plasma 8 est disposée dans le prolongement
axial de la tuyère 1, sGn électrode aval 9 venant en butée
' :
3 1,~ 37
sphérique contre l'arrière de la tuyère 1, de telle manière
que le jet de plasma debouche directement dans la partie conique
6 de la tuyère La conicite de celle-ci est sensiblement égale
à l'angle naturel d'expansion du jet de plasma (couramment 11)~
Si cette conicité est sensiblement inférieure à cet angle, les
vitesses périphériques de la veine de plasma seraient trop éle-
vées pour permettre le dépôt de matières en paroi recherche
Inversement, si elle est sensiblement supérieure à cet angle,
il se créerait des zones de recirculation des gaz autour du
jet de plasma, susceptible d'entrainer, par dépression, de la
fonte liquide dans la tuyère, en provenance du haut-fourneau~
Des buses d'ln~ectlon 10 vlennent déboucher obllquement
dans le partie con~que 6 de la tuyère et sont rellées a une ~ource
~'alimentation en mat~ère pulvérulente (oxydes de fer par exemple)
et en gaz porteur. La matière pulvérulente injectée rencontre le
~et de plasma dans une zone à très haute température, plus de
4000C.
Lb matière pulvérulente passe à l'état liquide, et
l'essentiel est emporté par le ~et de plasma dans la ~one de
réaction du haut-fourneau. Mais en raison de l'agencement du
dispositif de l'invention, une partie de la matière à tendance à
venir se plaquer contre la paroi interne refroidle de la tuyère,
d'autant que ce phénomène est favorisé par l'effet de tourbillon
du jet de plasma (existence d'un vortex). Il se forme alors sur la
paroi interne de la tuyère 1 une couche 11 oont l'épaisseur est
autorégulée : la matière en excès fond et tend à être emportée par
le jet de p~asma~ Pour permettre à la matière injectée de bien se
plaquer contre la paroi, il est préférable qu'elle ne soit pas
délivrée dans la tuyère très profondément dans le ~et de plasma~
Avantageusement dono, les orlrioes de sortie des matière~ dans
la tuyère afrleurent la surrace de la paroi, oomme montre sur
la figure~
L'autogarnissage de la paroi interne de la tuyère peut
être favorisé en prévoyant sur celle-ci une zone d'accrochage :
nota~ment en y disposant des picots ou inserts réfractaires. Pour
la même raison, on peut prévoir que la partie aval 4 de la tuyère
soit réalisée sous forme tronconique légèrement convergente.
Les parties aval 4 et amont 6 oe la tuyère peuvent être
réalisées er une seule pièce ou en plusieurs pièces.
4 1;~ 7
~ien entendu, l'inventlon s'étend au delà de l'exemple
décrit ci-avant et s'applique à l'injection de matières solides
finement divisées ~uelle que soit leur nature (oxyde métall~que,
matière carbonée telle du charbon, coke, etc.) ou leur
~ conditionnement tpoussières sèches ou humides, ou sous forme de
- pulpe, par exemple une pulpe aqueuse minerai-eau ou charbon-eau,
etc.).
De même, les buses 1~ peuvent, si on le souhaite, se
prolonger dans la tuyère à l'état neuf Mais, dès la première
mise en servioe, la portion qui dépasse, offerte au jet de plas-
ma, va rapidement disparaitre par fusion de sorte, qu'en utilisa-
tion, les matières injectées seront délivrées au niveau de la
surface de la paroi.
