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PROCEDE DE COMBUSTION ET FOUR POUR LA MISE EN OEUVRE DE CE PROCEDE.
La présente invention se rapporte à un procède de combustion applicable aux fours Martin et analogues, chauffés aux combustibles riches c'est-à-dire les combustibles à pouvoir calorifique élevé tels que les gaz de cokerie, les gaz naturels, méthane (CH4) ou autres, et tels que le naphte utilisés individuellement ou mélangés en toutes proportions convenables.
L'invention concerne également les têtes de four dont les caractéristiques constructives sont adaptées au procédé ci-dessus.
La combustion d'un combustible consiste en une réaction chimique entre le combustible et l'air de combustion Le dégagement de la chaleur dépend naturellement du pouvoir calorifique du combustible utilisé et de 1 inti- mité du mélange formé entre les particules de combustible et l'air de combustion. C'est dans cet ordre d'idées que l'on atomise couramment le combustible, opération qui revient à subdiviser celui-ci en particules très fines pour favoriser la formation d'un mélange intime entre les particules de combustible et d'air.
La présente invention permet de satisfaire ces conditions grâce au procédé et aux têtes de four qu'elle comporte.
Dans les fours Martin usuels destinés à la production de l'acier et chauffés au gaz de cokerie, aux gaz naturels ou au naphte, c'est-à-dire avec un combustible,.riche, tout l'air de combustion est introduit dans des conduits qui sont issus de la chambre à scories et dont au moins la partie supérieure est verticale., l'introduction du combustible étant effectuée dans une chambre de combustion disposée à. l'extrémité de la chambre de travail du four. Le combustible est introduit dans cette chambre de combustion par un brûleur approprié. La voûte de la chambre de combustion est généralement plus ou moins inclinée et ses parois sont conformées pour défléchir convenablement la flamme dans la chambre de travail du four.
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Dans les fours usuels, le mélange entre les particules d'air ét de combustible est incomplet et il n'est pas possible de modifier les caractéristiques de la flamme par un réglage des proportions des diverses portions dont l'air de combustion est constitue.
Dans le procédé selon l'invention appliqué aux fours Martin et fours analogues,on mélange au préalable dans une chambre de mélange. Le combustible avec une partie de l'air de combustion préchauffé (air primaire), puis on introduit ce mélange dans une chambre de combustion disposée à 1' intérieur des têtes du four,, on provoque un choc du jet du mélange-1 combustible - air primaire (sortant de la chambre de mélange et entrant dans la
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chambre de combustionp avec un courant d'air f?e::ônd ùrELP:éch9.ufré,et;5.'acouJ.1ant au dessus du dit jeu, ce courant étant légèrement incliné vers le jet, de sorte qu'une partie de l'air secondaire peut être utilisée pour pousser la flamme vers le bas contre le métal fondu et pour écarter la flamme de la voûte, de façon à créer une couche protectrice pour la voûte.
Suivant une autre caractéristique , des moyens sont prévus pour régler le débit et la vitesse de l'air primaire et/ou secondaire et pour modifier les caractéristiques de la flamme.
Grâce à cette disposition, on obtient les résultats suivants: a)- par suite de la formation en deux étapes du mélange aircombustible. Le mélange final. des particules de combustible et d'air est pratiquement complet.. car le premier mélange entre le combustible et l'air primaire provoque une réduction de la densité du combustible, de sorte que le mélange suivant formé entre le premier mélange et l'air secondaire est complet et se fait facilement.
La combustion a ainsi un rendement optimum., ce qui permet une utilisation maximum des calories tirées dit combustible; b) - comme on peut régler le débit et la vitesse de l'air secondaire par rapport aux mêmes caractéristiques de l'air primaire, les caractéristiques de la flamme peuvent être réglées en toute circonstance; c)- la combustion se fait complètement à l'intérieur de la chambre de travail du four et ne se fait jamais dans les conduits d'échappement; d) - comme on peut régler les caractéristiques de l'air primaire et de l'air secondaire.. et comme l'air secondaire arrive au-dessus de la bouche de la chambre ou se forme le mélange de combustible et d'air primaire,. on peut charger la direction de la flamme et régler également les caractéristiques de la flamme., comme il a été déjà dit.
Le four selon l'invention est également caractérisé en ce que les conduits d'air secondaire, la chambre de mélange et le conduit d' air primaire sont remplaçables.
D'autres caractéristiques et avantages du procédé et du four selon l'invention ressortiront d'ailleurs de la description qui va suivre d'une forme d'exécution choisie à titre d'exemple en référence au dessin annexé, dans lequel:
La fig. 1 est une vue partielle en coupe longitudinale d'une des extrémités de la chambre de travail;
La fig. 2 est une vue en coupe transversale verticale,;
La fig. 3 est une vue en coupe suivant la ligne brisée III-III de la fig. 1;
La fig. 4 est une vue générale en plan du four.
Dans le mode de réalisation représenté, l'air primaire, préalablement chauffé dans une chambre appropriée de réchauffage, monte dans un carneau 1, qui est issu de la voûte d'une chambre à scories 2 raccordée à la chambre de réchauffage 3. L'air primaire entre dans une chambre de mélange
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4 où le gaz de combustion et/ou le naphte sont injectes au moyen d'un brûleur approprié 5, légèrement incliné vers la chambre de travail 6.
Sur le cote de droite (fig.l) de la chambre 4. le combustible et l'air primaire se mélange tandis que de l'autre côté se produit une pré- combustion du combustible.
L'air secondaire, préalablement chauffé dans une autre chambre de réchauffage 7 montre dans deux carneaux 8 issus de la voûte d'une chambre à scories 9 raccordée à la chambre 7 et conduisant au carneau 10 qui s'étend avec une direction inclinée vers la chambre de travail 6. Le carneau 10 est conformé de façon à amener le jet d'air secondaire au-dessus du passage du mé- lange air primaire-combustible dans la chambre de combustion 11.
L'air secondaire et le mélange air primaire. combustible se ren- contrent à l'intérieur de la chambre de combustion 11. La flamme traverse là chambre de travail 6 quivant toute la longueur de celle-ci et les produits de la combustion s'échappent par l'autre extrémité du four et chauffent les deux chambres à scories puis deux chambres de récupération. Les produits de combus- tion d'échappent enfin vers la cheminée par les soupapes d'inversion 12.
Il en est ainsi quand le sens d'écoulement du gaz va d'une extrémité du four à l'autre. Ce sens est renversé de temps en temps au moyen des soupapes 12.
La division de l'air de combustion en air primaire et air secondaire est obtenue au moyen de soupapes appropriées 13,14 disposées dans les parties dérivées d'une bifurcation du tuyau menant l'air pulsé par le ventilateur vers les soupapes d'inversion 12 qui précèdent les chambres de récupération. On peut ainsi amener l'air pulsé dans une des deux chambres de récupération et de l'air extérieur dans l'autre.
Dans tous les cas, on peut toujours partager l'air de combustion en air primaire et en air secondaire, avec la proportion qui convient le mieux au processus de combustion en vue de remplir toutes les conditions qui donnent au four les meilleurs résultats thermiques.
La chambre 4 dans laquelle se forme le mélange air primaire combustible ainsi que les deux carneaux 9 parcourus par l'air secondaire, et le carneau 10 qui amène l'air secondaire dans le four, peuvent être remplacés si besoin et, par exemple lorsque le revêtement réfractaire est usé.
Dans chaque carneau, ce revêtement est fixé par un châssis métallique, de sorte qu'on peut facilement manipuler les parties de remplacement au moyen d'une grue.
La chambre 4 portée par le carneau fixe 1 est fixée contre la paroi de la tète de la chambre de travail par deux fers profilés 16 et des tirants d'ancrage 17. Les deux carneaux 8 et 10 sont fixés au four par deux fers profilés 18 et des tirants 19.
Il se produit ainsi un premier mélange air primaire-combustible avant 1' entrée dans la chambre de travail du four. Le mélange qui sort de la chambre 4 est frappé par le jet d'air secondaire qui s'écoule dans une zone supérieure à l'entrée de la chambre de combustion 11. On obtient ainsi un mélange complet air-combustible et il se produit dans ce mélange une turbulence qui favorise le contact entre les deux phases réagissant l'une sur l'autre, ce qui accrolt, dans une certaine mesure. la vitesse de combustion.
Le procédé de combustion se trouve ainsi amélioré et on atteint rapidement la température nécessaire pour une fusion rapide de la charge, de sorte que les conditions qui rendent le four parfait au point de vue des résultats thermiques sont obtenues et on peut ainsi accroître la production horaire et économique du combsutible.
On peut toujours diviser 1'air de combustion en air primaire et air secondaireen agissant sur les soupapes de régulstion 1.3; 14 dispo-
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sées à la bifurcation du tuyau 15 qui amènent l'air pulsé du ventilateur aux deux soupapes d'inversion 12 précédant les chambres de récupération. On péut toutefois régler à volonté les caractéristiques de la flamme suivant les conditions de travail du four.
Comme la chambre de mélange pour l'air primaire et le combustible ainsi que la partie supérieure verticale des carneaux pour l'air secondaire et le conduit menant cet air à l'intérieur du four, sont tous remplaçables, le revêtement réfractaire de ces parties peut avoir une épaisseur limitée et être constitué par des matériaux réfractaires peu coûteux (briques de silice ou mortier silicieux). alors que les têtes des fours usuels chauffés aux gaz riches et/ou naphte sont généralement briquetées avec des briques chromo-magnésite beaucoup plus chères.
La possibilité de remplacer facilement les carneaux offre ainsi l'avantage que ces carneaux peuvent conserver leur secti n et leur forme pendant toute la campagne du four, ce qui assure la régularité de la flamme et une plus longue durée du briquetage de la chambre de travail.
Le four qui vient d'être décrit présente notamment les avantages suivants par rapport aux fours usuels chauffés aux gaz riches et/ou naphte : a) - combustion complète et excellente dans la chambre de travail; b) - rendement plus élevé; c) - consommation en poids réduite de combustible; d) - briquetage de la chambre de travail de durée accrue;
Outre ces avantages. on peut remplacer les carneaux décrits et il n'est pas nécessaire de prévoir un refroidissement des têtes de la chambre de travail par des tuyaux de circulation d'eau.
On peut néanmoins refroidir les parois de la tête de la chambre de travail en regard de la zone du mélange air primaire-combusti- ble. On peut également briqueter ces parois avec des briques chrome-magnési- te, encore que les parois elles-mêmes puissent être facilement réparées de l'extérieure après démontage des carneaux. -
Bien entendu l'invention n'est pas limitée à la forme d'exécution décrite et représentée mais embrasse au contraire toute variante dans la réalisation de ses divers éléments et'dans ses applications.
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COMBUSTION PROCESS AND OVEN FOR IMPLEMENTING THIS PROCESS.
The present invention relates to a combustion process applicable to Martin ovens and the like, heated with rich fuels, that is to say fuels with high calorific value such as coking gas, natural gases, methane (CH4) or others, and such as naphtha used individually or mixed in any suitable proportions.
The invention also relates to furnace heads, the construction characteristics of which are suitable for the above process.
The combustion of a fuel consists of a chemical reaction between the fuel and the combustion air. The release of heat naturally depends on the calorific value of the fuel used and on the intimacy of the mixture formed between the fuel particles and the fuel. combustion air. It is in this order of ideas that the fuel is commonly atomized, an operation which amounts to subdividing it into very fine particles to promote the formation of an intimate mixture between the fuel and air particles.
The present invention makes it possible to satisfy these conditions by virtue of the method and of the furnace heads that it comprises.
In conventional Martin furnaces intended for the production of steel and heated with coke oven gas, natural gas or naphtha, that is to say with a rich fuel, all the combustion air is introduced into conduits which come from the slag chamber and at least the upper part of which is vertical., the fuel being introduced into a combustion chamber arranged at. the end of the furnace working chamber. The fuel is introduced into this combustion chamber by a suitable burner. The vault of the combustion chamber is generally more or less inclined and its walls are shaped to properly deflect the flame in the working chamber of the furnace.
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In conventional furnaces, the mixture between the air and fuel particles is incomplete and it is not possible to modify the characteristics of the flame by adjusting the proportions of the various portions of which the combustion air is constituted.
In the process according to the invention applied to Martin ovens and similar ovens, the mixture is mixed beforehand in a mixing chamber. The fuel with part of the preheated combustion air (primary air), then this mixture is introduced into a combustion chamber arranged inside the heads of the furnace, the jet of the fuel mixture is shocked. primary air (leaving the mixing chamber and entering the
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combustion chamberp with a current of air f? e :: ônd ùrELP: ec9.ufré, and; 5.'acouJ.1ant above said clearance, this current being slightly inclined towards the jet, so that a part secondary air can be used to push the flame down against the molten metal and to move the flame away from the arch, creating a protective layer for the arch.
According to another characteristic, means are provided for adjusting the flow rate and speed of the primary and / or secondary air and for modifying the characteristics of the flame.
Thanks to this arrangement, the following results are obtained: a) - as a result of the two-stage formation of the air-fuel mixture. The final mixture. particles of fuel and air is practically complete .. because the first mixture between the fuel and the primary air causes a reduction in the density of the fuel, so that the following mixture formed between the first mixture and the secondary air is comprehensive and easy to do.
Combustion thus has optimum efficiency, which allows maximum use of the calories drawn from said fuel; b) - as the flow rate and speed of the secondary air can be adjusted with respect to the same characteristics of the primary air, the characteristics of the flame can be adjusted in any circumstance; c) - combustion takes place completely inside the working chamber of the furnace and never takes place in the exhaust ducts; d) - since the characteristics of the primary air and the secondary air can be adjusted .. and since the secondary air arrives above the mouth of the chamber where the mixture of fuel and primary air is formed ,. it is possible to load the direction of the flame and also adjust the characteristics of the flame, as has already been said.
The oven according to the invention is also characterized in that the secondary air ducts, the mixing chamber and the primary air duct are replaceable.
Other characteristics and advantages of the process and of the furnace according to the invention will moreover emerge from the following description of an embodiment chosen by way of example with reference to the appended drawing, in which:
Fig. 1 is a partial view in longitudinal section of one of the ends of the working chamber;
Fig. 2 is a vertical cross-sectional view;
Fig. 3 is a sectional view along the broken line III-III of FIG. 1;
Fig. 4 is a general plan view of the furnace.
In the embodiment shown, the primary air, previously heated in a suitable reheating chamber, rises in a flue 1, which comes from the roof of a slag chamber 2 connected to the reheating chamber 3. The primary air enters a mixing chamber
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4 where the combustion gas and / or naphtha are injected by means of a suitable burner 5, slightly inclined towards the working chamber 6.
On the right side (fig.l) of chamber 4. the fuel and the primary air mix while on the other side pre-combustion of the fuel occurs.
The secondary air, previously heated in another reheating chamber 7 shows in two flues 8 coming from the roof of a slag chamber 9 connected to the chamber 7 and leading to the flue 10 which extends with a direction inclined towards the working chamber 6. The flue 10 is shaped so as to bring the secondary air jet above the passage of the primary air-fuel mixture in the combustion chamber 11.
The secondary air and the primary air mixture. fuel are found inside the combustion chamber 11. The flame passes through the working chamber 6 which runs its entire length and the products of combustion escape through the other end of the furnace and heat up. the two slag chambers then two recovery chambers. The combustion products finally escape to the chimney through the reversing valves 12.
This is the case when the direction of gas flow goes from one end of the furnace to the other. This direction is reversed from time to time by means of the valves 12.
The division of the combustion air into primary air and secondary air is obtained by means of appropriate valves 13,14 arranged in the parts derived from a bifurcation of the pipe leading the air blown by the fan to the reversing valves 12 which precede the recovery chambers. It is thus possible to bring the pulsed air into one of the two recovery chambers and the outside air into the other.
In any case, the combustion air can always be divided into primary air and secondary air, with the proportion that best suits the combustion process in order to fulfill all the conditions which give the furnace the best thermal results.
The chamber 4 in which the primary combustible air mixture is formed as well as the two flues 9 through which the secondary air passes, and the flue 10 which brings the secondary air into the furnace, can be replaced if necessary and, for example when the refractory lining is worn.
In each flue, this covering is fixed by a metal frame, so that the replacement parts can be easily handled by means of a crane.
The chamber 4 carried by the fixed flue 1 is fixed against the wall of the head of the working chamber by two profiled irons 16 and tie rods 17. The two flues 8 and 10 are attached to the oven by two profiled irons 18 and tie rods 19.
There is thus produced a first primary air-fuel mixture before entering the working chamber of the furnace. The mixture which leaves the chamber 4 is struck by the secondary air jet which flows into a zone higher than the inlet of the combustion chamber 11. A complete air-fuel mixture is thus obtained and it occurs in this mixture creates a turbulence which favors the contact between the two phases reacting one on the other, which increases, to a certain extent. the rate of combustion.
The combustion process is thus improved and the temperature necessary for rapid melting of the charge is quickly reached, so that the conditions which make the furnace perfect from the point of view of thermal results are obtained and thus the hourly production can be increased. and economical of fuel.
The combustion air can always be divided into primary air and secondary air by acting on the control valves 1.3; 14 available
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Sées at the bifurcation of the pipe 15 which bring the pulsed air from the fan to the two reversing valves 12 preceding the recovery chambers. However, the characteristics of the flame can be adjusted at will according to the working conditions of the furnace.
As the mixing chamber for the primary air and the fuel as well as the vertical upper part of the flues for the secondary air and the duct leading this air inside the furnace, are all replaceable, the refractory lining of these parts can have a limited thickness and be made of inexpensive refractory materials (silica bricks or siliceous mortar). whereas the heads of conventional furnaces heated with rich gases and / or naphtha are generally bricked with much more expensive chromo-magnesite bricks.
The possibility of easily replacing the flues thus offers the advantage that these flues can keep their secti n and their shape during the whole campaign of the furnace, which ensures the regularity of the flame and a longer duration of the briquetting of the working chamber. .
The furnace which has just been described exhibits in particular the following advantages over conventional furnaces heated with rich gases and / or naphtha: a) - complete and excellent combustion in the working chamber; b) - higher yield; c) - reduced weight consumption of fuel; d) - brickwork of the working chamber of increased duration;
Besides these advantages. it is possible to replace the flues described and it is not necessary to provide cooling of the heads of the working chamber by water circulation pipes.
It is nevertheless possible to cool the walls of the head of the working chamber opposite the zone of the primary air-fuel mixture. These walls can also be bricked with chrome-magnesium bricks, although the walls themselves can be easily repaired from the outside after removing the flues. -
Of course, the invention is not limited to the embodiment described and shown but on the contrary embraces any variant in the production of its various elements and in its applications.