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Title:
DISCONTINUOUSLY CHARGED SMELTING METHOD
Document Type and Number:
WIPO Patent Application WO/2012/085444
Kind Code:
A1
Abstract:
Discontinuously charged method for smelting materials that are to be melted in a fuel-heated furnace, in which at least one stage of supplying heat energy involves a conditioning phase during which - the at least one burner operates substantially stoichiometrically, - the power P supplied by the at least one burner is reduced, and - an additional gas is injected through the at least one burner in addition to the fuel and to the oxidizing gas so as to keep one of the following process parameters constant or near-constant when the power P is reduced: ° the total impulse of the gases injected into the furnace by the at least one burner, ° the total impulse of the fuel and of the additional gas which are injected by the at least one burner, and ° the normal volumetric flow rate of the combustion gases generated by the at least one burner.

Inventors:
BEAUDOIN, Philippe (10 rue de Bavière, Guyancourt, F-78280, FR)
LOISELET, Benoit (3 Allee des Myosotis, Bois D'arcy, F-78390, FR)
Application Number:
FR2011/053080
Publication Date:
June 28, 2012
Filing Date:
December 20, 2011
Export Citation:
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Assignee:
L'AIR LIQUIDE, SOCIETE ANONYME POUR L'ETUDE ET L'EXPLOITATION DES PROCEDES GEORGES CLAUDE (75 Quai d'Orsay, Paris, Paris, F-75007, FR)
BEAUDOIN, Philippe (10 rue de Bavière, Guyancourt, F-78280, FR)
LOISELET, Benoit (3 Allee des Myosotis, Bois D'arcy, F-78390, FR)
International Classes:
F27B3/20; F23C9/00; F23L7/00; F27B7/34; F27D3/16
Foreign References:
EP1123982A1
EP0535846A2
Other References:
BROTZMANN K ET AL: "NEW APPLICATIONS OF HOT BLAST JETS IN METALLURGICAL PROCESSES//NEUE ANWENDUNGSGEBIETE FUER DEN EINSATZ VON HEISSWINDSTRAHLEN BEI METALLURGISCHEN PROZESSEN", STAHL UND EISEN, VERLAG STAHLEISEN, DUSSELDORF, DE, vol. 123, no. 6/07, 16 juin 2003 (2003-06-16), pages 67-72, XP001177256, ISSN: 0340-4803
Attorney, Agent or Firm:
de VLEESCHAUWER, Natalie (L'Air Liquide S.A, Direction de la Propriété Industrielle7, Quai d'Orsay Paris Cedex 07, F-75321, FR)
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Claims:
Revendications

1) Procédé à chargement discontinu pour fusion de matières à fondre dans un four à flamme équipé d'au moins un brûleur pour l'injection de combustible et d'un gaz comburant dans le four, ledit procédé comprenant :

• une ou plusieurs étapes de chargement de matière solide dans le four à flamme,

• une ou plusieurs tapes étape de fourniture d'énergie thermique au four de manière à fondre la matière solide et à obtenir du métal fondu, au moins une partie de l'énergie thermique étant fournie par la combustion dans le four du combustible avec le gaz comburant, ce gaz comburant ayant une teneur en oxygène de 80%vol à 100%vol, et de préférence de 88%vol à 100%vol, ledit au moins un brûleur opérant à une puissance P et générant des gaz de combustion dans le four,

• une ou plusieurs étapes de déchargement de la matière fondue du four,

procédé dans lequel au moins une étape de fourniture d'énergie thermique comporte une phase de conditionnement pendant laquelle

(a) le au moins un brûleur opère en substance en stœchiométrie, et

(b) on diminue la puissance P fournie par le au moins un brûleur,

le procédé étant caractérisé en ce que quand, pendant cette phase de conditionnement, on injecte à travers le au moins un brûleur, en plus du combustible et du gaz comburant, un gaz complémentaire ayant une teneur en oxygène > 0%vol et < 22vol% de manière à maintenir constant ou quasi-constant un des paramètres de procédé suivants quand on réduit la puissance P :

o impulsion totale des gaz injectés dans le four par le au moins un brûleur,

o impulsion totale du comburant et du gaz complémentaire injectés par le au moins un brûleur, et

o débit volumétrique normal des gaz de combustion générés par le au moins un brûleur.

2) Procédé suivant la revendication 1 , dans lequel la matière solide à fondre est du métal solide. 3) Procédé suivant la revendication 1 ou 2, comportant une seule étape de chargement, une seule étape de fourniture d'énergie thermique et une seule étape de déchargement. 4) Procédé suivant la revendication 1 ou 2, comportant plusieurs étapes de chargement, chaque étape de chargement étant suivie d'une étape de fourniture d'énergie thermique.

5) Procédé suivant l'une des revendications 1 à 4, comportant une seul étape de déchargement .

6) Procédé suivant l'une quelconque des revendications précédentes, dans lequel, pendant la phase de conditionnement, on diminue de manière continue la puissance fournie par le au moins un brûleur.

7) Procédé suivant l'une quelconque des revendications 1 à 5, dans lequel, pendant la phase de conditionnement, on diminue la puissance fournie par le au moins un brûleur de manière discontinue. 8) Procédé suivant l'une quelconque des revendications précédentes, dans lequel la phase de conditionnement comprend une phase d'affinage de la matière fondue avant l'étape de déchargement.

9) Procédé suivant l'une quelconque des revendications précédentes, dans lequel l'étape de fourniture d'énergie thermique comporte une phase sur-stœchiométrique qui précède la phase de conditionnement et pendant laquelle on injecte par le au moins un brûleur de l'oxygène en sur-stœchiométrie.

10) Procédé suivant la revendication 9, dans lequel la phase sur-stœchiométrique est la phase initiale de l'étape de fourniture d'énergie thermique.

11) Procédé suivant l'une quelconque des revendications précédentes, dans lequel le four comporte un seul brûleur. 12) Procédé suivant la revendication précédente, dans lequel le four est un four rotatif.

13) Procédé batch ou semi-batch suivant l'une quelconque des revendications précédentes.

14) Procédé suivant l'une des revendications précédentes pour la seconde fusion d'un métal choisi parmi la fonte, le fer, le plomb, l'aluminium, le cuivre, l'antimoine et l'étain et les alliages desdits métaux.

15) Procédé pour la seconde fusion de métaux suivant l'une des revendications précédentes dans lequel le gaz complémentaire est choisi parmi de l'air, de la vapeur, des fumées recyclées, du C02.

Description:
PROCEDE DE FUSION A CHARGEMENT DISCONTINU

La présente invention concerne un procédé optimisé de fusion à chargement discontinu dans un four à flamme, ainsi qu'une installation adaptée pour la mise en ouvre d'un tel procédé.

Une application particulièrement intéressante de l'invention est la seconde fusion de métal. Pour cette raison, l'invention est décrite ci-après en se référant principalement aux procédés et fours à flamme de seconde fusion de métaux.

Dans la refonte ou seconde fusion, du métal liquide, souvent appelé métal secondaire, est obtenu par la fusion d'une charge métallique recyclée ou issue de la métallurgie primaire. La seconde fusion se distingue ainsi de la fusion primaire dans laquelle du métal liquide est obtenu à partir de minerai (par exemple : dans un haut fourneau pour la fonte).

Il est connu d'utiliser des fours à flamme pour la seconde fusion de métaux.

La terminologie « four à flamme » désigne un four de fusion dans lequel au moins une partie de l'énergie est produite par la combustion d'un combustible avec un comburant à l'intérieur du four. Le terme « four à flamme » couvre ainsi également les fours de fusion dans lesquels au moins une partie de l'énergie est produite par la combustion d'un combustible avec un comburant sans flamme visible, une telle combustion étant parfois appelée « combustion sans flamme » (en anglais « flameless combustion »).

Dans un four de fusion à flamme, au moins une partie des fumées (contenant généralement du C0 2 , du CO, du H 2 0, de l'0 2 , ...) générées par la combustion entrent en contact direct avec la charge métallique, avant d'être évacuées du four.

Le four à flamme est typiquement équipé d'un ou plusieurs brûleurs pour l'injection de combustible et de comburant.

L'air, dont le composant principal est l'azote, est le comburant traditionnellement utilisé dans les fours à flamme. Dans ce cas, on parle d'« aérocombustion ».

Quand le comburant est de l'air enrichi en oxygène, voire de l'oxygène dit « oxygène pur » ( c'est-à-dire : ayant une teneur en oxygène de 80%vol à 100%vol), on parle d'« oxycombustion ». Dans ce cas, l'opérateur du four bénéficie d'une consommation de combustible réduite. Dans le cas d'oxycombustion, la flamme est normalement plus chaude et le volume de fumées généré est réduit par rapport à l'aérocombustion.

Sur les fours à chargement discontinu, le besoin de chauffe varie en fonction de l'avancement du procédé de fusion. La puissance thermique à fournir au four est généralement plus importante au début du cycle, c'est-à-dire après un chargement d'une charge solide, qu'à la fin lorsque le four a atteint sa température de fonctionnement.

Pendant la phase finale, la charge liquide doit être maintenue à une température homogène requise pour son traitement en aval du four de fusion, en évitant des points froids ou chauds sur la charge. Il est également important d'éviter toute surchauffe locale de la surface réfractaire du four. Dans le cas d'un four rotatif ou d'un four rotatif basculant, il est notamment important de maintenir chaude l'ensemble de la surface réfractaire en évitant toute surchauffe locale, afin d'optimiser le transfert de chaleur vers la charge.

Ces obligations sont délicates quand la puissance du ou des brûleurs du four est réduite. Étant donné les propriétés spécifiques de l'oxycombustion (flamme plus chaude, fumées réduites), ces obligations sont encore plus délicates dans le cas de cette dernière.

Au vue des conditions dans les fours de fusion, tels que les fours de seconde fusion, (températures, atmosphère fortement polluée, matières condensables, etc.) les brûleurs doivent être particulièrement robustes.

En pratique, les brûleurs les plus courants de fours de seconde fusion présentent une plage d'opération, en termes de puissance, assez étroite. Cette plage d'opération se situe autour de la puissance nominale pour laquelle le brûleur a été conçu.

Afin de pouvoir réduire la puissance fournie, en évitant des points chauds ou froids, malgré la plage d'opération étroite des brûleurs, il a été proposé, dans le livre de référence « Handbook of Aluminium Recycling - Ch.Schmitz - Vulkan » (ISBN 10 : 3-8027-2936-6, ISBN 13 : 978- 3-8027-2936-2), à la page 152, d'utiliser deux types de brûleurs distincts : (a) un ou des brûleurs à forte puissance nominale pour utilisation quand la puissance à fournir au four est importante et (b) un ou des brûleurs à puissance nominale plus faible qui reste(nt) en attente quand le ou les brûleurs à forte puissance nominale sont actifs et qu'on utilise uniquement quand la puissance à fournir au four est réduite.

L'installation de deux types de brûleurs dans un four afin de permettre une plus grande variation de puissance est une solution coûteuse et complexe (deux brûleurs, double alimentation en combustible et comburant, encombrement, etc.), notamment dans le cas d'un four rotatif.

La présente invention a pour but de proposer une solution améliorée au problème décrit ci-dessus.

Ainsi, l'invention concerne un procédé à chargement discontinu de fusion dans un four à flamme. Le four est équipé d'au moins un brûleur pour l'injection d'un combustible et d'un gaz comburant dans le four. Le procédé comprend :

• une ou plusieurs étapes de chargement de matière solide à fondre dans le four à flamme,

• une ou plusieurs étapes de fourniture d'énergie thermique au four de manière à fondre la matière solide et à obtenir de la matière fondue, et

• une ou plusieurs étapes de déchargement de la matière fondue du four. Au moins une partie de l'énergie thermique est fournie au four par la combustion du combustible avec le gaz comburant dans le four. Le gaz comburant a une teneur en oxygène de 80%vol à 100%vol.

Pendant l'étape de fourniture d'énergie thermique, ledit au moins un brûleur opère à une puissance P et génère des gaz de combustion dans le four.

Dans ce procédé, au moins une étape de fourniture d'énergie thermique comporte une phase de conditionnement pendant laquelle

(a) le au moins un brûleur opère en substance en stœchiométrie, et

(b) on réduit la puissance P fournie par le au moins un brûleur.

Suivant l'invention, on injecte à travers le au moins un brûleur, en plus du combustible et du gaz comburant, un débit variable (> 0) d'un gaz complémentaire ayant une teneur en oxygène > 0%vol et < 22vol% pendant cette phase de conditionnement de manière à maintenir constant ou quasi-constant un des paramètres de procédé suivants quand on réduit la puissance P :

o impulsion totale des gaz injectés dans le four par le au moins un brûleur, o impulsion totale du gaz comburant et du gaz complémentaire injectés par le au moins un brûleur, et

o débit volumétrique normal des gaz de combustion générés par le au moins un brûleur.

De cette manière, l'invention permet de réduire la puissance fournie par le au moins un brûleur en dessous de la plage d'opération pour laquelle le au moins un brûleur a été conçu. Ce qui plus est, l'invention permet ainsi de réduire la puissance générée par le brûleur pendant une durée prolongée sans surchauffe du au moins un brûleur et en évitant des points froids et des points chauds sur la charge ou sur les réfractaires du four.

Le gaz comburant a de préférence une teneur en oxygène de 88%vol à 100%vol.

Quand le combustible est un combustible gazeux, l'impulsion totale des gaz injectés dans le four par le au moins un brûleur est la somme des impulsions d'injection du combustible gazeux, du gaz comburant et du gaz complémentaire. Il est à noter que, dans le présent contexte, les combustibles solides pulvérulents ou liquides pulvérisés propulsés par un gaz porteur sont considérés comme des combustibles gazeux, et leur impulsion d'injection correspond à l'impulsion d'injection du gaz porteur chargé du combustible solide ou liquide. Quand le combustible n'est pas un combustible gazeux, l'impulsion totale des gaz injectés par le au moins un brûleur est la somme des impulsions d'injection du gaz comburant et du gaz complémentaire.

Suivant une forme de réalisation simplifiée du procédé, on fait abstraction de l'impulsion d'injection du combustible et on injecte le gaz complémentaire de manière à maintenir constante ou quasi-constante l'impulsion totale du gaz comburant et du gaz complémentaire injectés par le au moins un brûleur quand on réduit la puissance P. Par impulsion totale du gaz comburant et du gaz complémentaire, on comprend la somme de l'impulsion d'injection du gaz comburant et l'impulsion d'injection du gaz complémentaire.

Quand on connaît le volume normal de gaz de combustion générés par la combustion stœchiométrique du combustible avec le gaz comburant, on peut également, suivant l'invention, injecter le gaz complémentaire de manière à maintenir constant ou quasi-constant le débit volumétrique normal des gaz de combustion générés par le brûleur, c'est-à-dire les gaz de combustion générés par la combustion du combustible avec le gaz comburant et le gaz complémentaire, quand ce dernier est également injecté. Le volume normal de gaz de combustion générés par la combustion du combustible avec le gaz comburant peut être déterminé de manière expérimentale ou sur la base de formules chimiques, quand la composition du combustible et du gaz comburant est connue.

Dans le présent contexte, on comprend par « volume normal » d'une quantité de gaz le volume occupé par cette quantité de gaz à une température de 0°C et une pression de 1,013 bar absolu.

On considère qu'un paramètre est quasi-constant quand les variations dans la valeur dudit paramètre sont inférieures à 10%. De préférence, ces variations seront inférieures à 7%.

Un brûleur opère en stœchiométrie quand il injecte un débit d'oxygène qui correspond au débit d'oxygène chimiquement nécessaire pour la combustion totale du débit de combustible injecté par ce brûleur avec un excès d'oxygène nul (teneur en 0 2 dans les fumées sèches de 0%).

Un brûleur injecte de l'oxygène par l'injection du gaz comburant, et, le cas échéant aussi avec le gaz complémentaire et/ou avec le gaz porteur quand ceux-ci sont également injectés et contiennent de l'oxygène. On considère, dans le présent contexte, qu'un brûleur opère en substance en stœchiométrie quand la quantité d'oxygène injecté par le brûleur se situe entre 0,95 et 1,25 fois la quantité stœchiométrique d'oxygène. En pratique, la combustion en substance stœchiométrique résulte en une teneur en 0 2 dans les fumées sèches de l'ordre de 0 à 5% et en une teneur en imbrûlés dans les fumées faible ou nulle (typiquement une teneur en CO dans les fumées sèches inférieure à 10%, de préférence inférieure à 5%).

Par conséquent, quand, pour un combustible et un gaz comburant donnés, on réduit la puissance générée par le au moins un brûleur opérant en substance en stœchiométrie pendant la phase de conditionnement, on réduit simultanément et proportionnellement la quantité de combustible et la quantité de gaz comburant injectées par le au moins un brûleur. Comme indiqué ci-dessus, suivant l'invention, un des paramètres ci après : (a) l'impulsion totale des gaz injectés, (b) l'impulsion totale du gaz comburant, et (c) le débit volumétrique normal des gaz de combustion générés est maintenu constant pendant la phase de conditionnement malgré la réduction de la puissance P fournie par le au moins un brûleur qui opère en substance en stœchiométrie, et donc malgré la réduction simultanée de la quantité de combustible et de la quantité de gaz comburant injectées par le au moins un brûleur.

Suivant l'invention, ceci est réalisé en injectant un débit variable du gaz complémentaire. A la puissance maximale générée par le au moins un brûleur pendant cette phase de conditionnement, le débit de gaz complémentaire peut être nul ou non nul, et quand on baisse la puissance du au moins un brûleur, on augmente le débit de gaz complémentaire de manière à compenser la baisse du paramètre cité ci-dessus dû à la baisse de la puissance générée par le ou les brûleurs.

Comme déjà indiqué ci-dessus, l'invention est particulièrement intéressante pour la seconde fusion de métaux.

Dans ce cas, la matière solide à fondre que l'on charge dans le four est du métal solide.

Dans ce cas, la matière liquide est du métal fondu.

Le procédé suivant l'invention peut comporter une seule étape de chargement.

Un procédé à chargement discontinu comportant une seule étape de chargement est appelé un procédé « batch ». Le procédé suivant l'invention peut plus particulièrement comporter une seule étape de chargement, une seule étape de fourniture d'énergie thermique et une seule étape de déchargement.

L e procédé suivant l'invention peut également comporter plusieurs étapes de chargement, chaque étape de chargement étant suivie d'une étape de fourniture d'énergie thermique. Un procédé à chargement discontinu comportant plusieurs étapes de chargement est appelé un procédé « semi-batch ».

Un tel procédé comportant plusieurs étapes de chargement et dans lequel chaque étape de chargement est suivie d'une étape de fourniture d'énergie thermique peut comporter plusieurs étapes de déchargement ou une seul étape de déchargement.

Le procédé suivant l'invention peut en particulier comporter plusieurs étapes de chargements par étape de déchargement ou encore, plusieurs étapes de déchargement par étape de chargement.

Selon une forme de mise en œuvre, on diminue la puissance thermique fournie par le au moins un brûleur de manière continue au cours de la phase de conditionnement.

Selon une forme de réalisation alternative, on diminue la puissance fournie par le au moins un brûleur de manière discontinue au cours de la phase de conditionnement, par exemple en escalier.

La phase de conditionnement peut notamment comprendre une phase d'affinage de la matière fondue avant l'étape de déchargement.

L'étape de fourniture d' énergie thermique peut comporter une phase sur- stœchiométrique qui précède la phase de conditionnement et pendant laquelle on injecte par le au moins un brûleur de l'oxygène en sur-stœchiométrie, c'est-à-dire en excès de la quantité stœchiométrique correspondant à la quantité de combustible injecté par le au moins un brûleur.

La phase sur-stœchiométrique peut être plus particulièrement la phase initiale de l'étape de fourniture d'énergie thermique. Une telle phase sur-stœchiométrique est notamment intéressante quand la matière solide à fondre comporte elle-même de la matière combustible inhérente à la matière solide à fondre ou intentionnellement ajoutée.

L'injection d'oxygène en sur-stœchiométrie par rapport au combustible injecté permet alors la combustion complète (1) du combustible injecté et (2) de la matière combustible libérée par la charge de matière solide, de manière à optimiser le chauffage de la charge dans le but de limiter ou d'éviter des imbrûlés polluants dans les fumées évacuées du four. Un procédé et un dispositif pour le réglage du rapport d'injection combustible/gaz comburant par le au moins un brûleur sont décrits dans la demande de brevet FR 1053147 déposée le 23 avril 2010.

Le four peut être un four rotatif, et plus particulièrement un four rotatif basculant.

Le four peut comporter un seul brûleur, ce qui est notamment intéressant dans le cas d'un four rotatif, y compris dans le cas d'un four rotatif basculant. Comme indiqué ci-dessus, le procédé peut être un procédé batch ou encore un procédé semi-batch.

Le procédé peut être un procédé de seconde fusion d'un métal choisi parmi la fonte, le fer, le plomb, l'aluminium, le cuivre, l'antimoine et l'étain et les alliages desdits métaux.

Le gaz complémentaire injecté par le au moins un brûleur est avantageusement choisi parmi de l'air, de la vapeur, des fumées recyclées, du C0 2 .

L'air, en tant que gaz complémentaire, comporte environ 21%vol en oxygène.

Dans le cas de vapeur ou de fumées recyclées comme gaz complémentaire, le gaz complémentaire ne contient pas d'oxygène ou un taux faible d'oxygène.

Suivant une forme de réalisation de l'invention, le gaz complémentaire contient entre

0%vol et 10%vol en oxygène et de préférence entre 0%vol et 6%vol en oxygène.

Le combustible injecté par le au moins un brûleur peut être un combustible gazeux, tel que le gaz naturel ou du propane. Le combustible injecté peut également être un fioul liquide, tel qu'un biocombustible liquide. Le combustible peut également être un combustible solide pulvérulent, tel que du charbon pulvérulent. Les combustibles liquides et les combustibles pulvérulents peuvent être injectés dans le four par le au moins un brûleur au moyen d'un gaz porteur.

Le gaz porteur et le gaz complémentaire peuvent notamment avoir une même composition.

L'invention s'applique principalement à un four de fusion fonctionnant à l'oxygène pur

(pureté de l'oxygène comprise entre 80% et 100%). Elle permet au(x) brûleur(s) dudit four de fonctionner dans une plage entre 25% et 100% de sa puissance nominal ou de sa puissance maximum.

Elle permet d'utiliser une géométrie simple de brûleur, et peut dans certains cas s'appliquer avec le brûleur oxy-combustible existant sans changement du brûleur, par exemple, quand le gaz complémentaire est mélangé avec le gaz comburant en amont du brûleur. Cette particularité permet une installation de la technologie particulièrement simple et économique.

Dans d'autres cas, le brûleur sera spécifique avec un premier circuit de gaz comburant et un deuxième circuit de gaz complémentaire.

L'invention permet d'effectuer le procédé de fusion avec un seul brûleur en fonctionnement dont on fait varier la puissance comme décrit ci-dessus. L'invention permet de maintenir constante l'impulsion du brûleur sans avoir recours à un brûleur dit « à impulsion variable » qui nécessite une construction plus complexe et plus coûteuse.

La gestion du mélange gaz comburant - gaz complémentaire pour maintenir constant l'impulsion du brûleur (et dans ce cas une légère réduction du volume de fumées) ou le volume de fumées (et dans ce cas une légère augmentation de l'impulsion du brûleur) ou réaliser un compromis entre ces deux solutions est facilement automatisable.

L'invention et ses avantages sont illustrés dans l'exemple ci-après relatif à la seconde fusion de métal de récupération.

Exemple

Dans la seconde fusion de métal de récupération, la charge métallique comporte souvent une forte proportion de carbone (plastique, peinture, coke, ...).

Ces matières combustibles peuvent être de facto présentes dans la charge métallique (par exemple dans le cas du recyclage de cannettes en aluminium) et/ou peuvent être ajoutées intentionnellement pour le besoin du procédé de fusion (par exemple en vue d'une réaction de désoxy dation lors du recyclage du plomb).

La combustion de ces matières combustibles dans le four permet des économies car elle permet de réduire la consommation de combustible injecté par le au moins un brûleur.

La pyrolyse ou combustion d'au moins une partie de ces matières combustibles présentes dans la charge démarre généralement dès que la température dans le four est suffisamment élevée.

Toutefois, la combustion de ces matières combustibles dans le four se fait généralement à une vitesse peu maîtrisée qui varie en fonction de la nature de la charge, du temps écoulé depuis le départ du cycle de chauffe, de la répartition des matières dans le four, ou d'autres paramètres du procédé.

En fin du cycle de fusion, quand l'ensemble ou la plus grande partie de la charge métallique est présente sous forme fondue, le procédé nécessite moins d'énergie thermique et la puissance du ou des brûleurs peut être réduite.

Cette phase de puissance réduite du ou des brûleurs peut occuper une partie importante de la durée du procédé. En effet, la (seconde) fusion de certains métaux, voire d'autres matières solide à fondre, par exemple dans le cas des fours de fusion de verre ou d'émaux, nécessite une phase d'affinage de la matière fondue pendant laquelle on cherche à homogénéiser la composition et/ou la température de la matière fondue. Des variations de compositions et/ou de températures dans le métal fondu (par exemple à l'entrée de l'installation de coulée) peuvent fortement nuire à la qualité du produit final. Ceci peut notamment se manifester en un manque de résistance mécanique ou chimique du produit final.

Ce qui plus est, les installations de coulées n'opèrent pas toujours à la même cadence que le four de fusion. Il peut donc être nécessaire de maintenir le métal à couler à l'état liquide pendant une durée plus ou moins longue avant d'introduire le métal fondu dans l'installation de coulée.

Comme indiqué ci-dessus, il est important de maintenir le métal fondu à une température et composition suffisamment homogènes pendant cette période d'attente.

Ainsi, la présente invention, qui rend possible de réduire la puissance du ou des brûleurs de manière fiable et sans création de points chauds ou froids, permet d'utiliser le four de fusion en tant que four de maintien pendant une durée prolongée.

Dans le présent exemple, le four de fusion est un four rotatif basculant.

Le four est équipé d'un seul brûleur qui fournit l'ensemble de l'énergie thermique de fusion nécessaire.

Le fait que le four n'a pas besoin d'être équipé d'un second brûleur pour les puissances de chauffe faible permet un moindre coût et une plus grande simplicité de l'installation de fusion et de son opération.

Le brûleur unique du four est de type oxy-combustible.

Le combustible injecté par le brûleur est le gaz naturel ou GN.

Le gaz comburant injecté par le brûleur est de l'oxygène pur.

Le gaz complémentaire injecté par le brûleur est de l'air.

La charge comporte une proportion importante de matières organiques

Le cycle de seconde fusion de métal est décomposé en plusieurs étapes ou phases :

- a : chargement de la charge métallique dans le four ;

- b : début de fusion de la charge métallique et pyrolyse des matières combustibles présentes dans la charge ;

- c : suite de la fusion de la charge métallique ;

- d : surchauffe et maintien en température de la charge fondue ; et

- e : déchargement du four de la charge fondue.

Lors de l'étape ou de la phase b, la puissance (débit d'injection du combustible) et la stœchiométrie (rapport oxygène/combustible) du brûleur peuvent être réglées en fonction du déroulement de la pyrolyse des matières combustible dans la charge. En effet, dans l'étape ou phase b du cycle de fusion, un excès d'oxygène peut être injecté par le brûleur (par rapport au débit de combustible injecté par ce brûleur) afin d'assurer la combustion des matières combustibles de la charge dans le four.

On rencontre, pour l'étape ou la phase d et parfois pour l'étape ou la phase c du cycle de fusion, la nécessité de faire fonctionner le brûleur à faible puissance.

Dans ce dernier cas, il s'est avéré, avec les fours rotatifs basculant à un seul brûleur suivant l'état de la technique, que la répartition de la chauffe dans le four n'est pas optimale, ce qui conduit très souvent à une surchauffe locale, avec une température trop basse dans le reste du four.

Dans l'exemple suivant l'invention, on utilise comme seul brûleur du four un brûleur combustible/oxygène/air.

Le ratio :

air (comme gaz complémentaire)

oxygène (comme gaz comburant)

du dit brûleur est ajusté, pendant l'opération en substance stœchiométrique du brûleur, afin de maintenir constante ou quasi constante un des paramètres suivants :

- l'impulsion totale des gaz issus du brûleur, ou

- l'impulsion totale du gaz comburant et du gaz complémentaire issus du brûleur, ou

- le volume de fumées (en mètres cubes normales) issues de la combustion du combustible injecté par le brûleur.

Les aspects caractéristiques de l'invention s'appliquent donc pour les phases ou étapes du cycle de fusion durant lesquelles une puissance réduite du brûleur est demandée avec un réglage stœchiométrique du brûleur, voire un réglage en substance stœchiométrique (typiquement un léger excédent en oxygène). En pratique ; le débit total d'oxygène injecté par le brûleur ne dépassera pas le débit d'oxygène requis lors d'une opération stœchiométrique du brûleur à la puissance maximale pour laquelle le brûleur a été conçu.

Les tableaux et les figures ci-joints illustrent deux formes de réalisation de l'invention :

- tableau 1 et figure 1 : Impulsion totale constante du gaz comburant et du gaz supplémentaire injectés par le brûleur ; et

- tableau 2 et figure 2: Impulsion constante des fumées générées par le brûleur. Exemple 1 : Mode de fonctionnement « Impulsion totale constante du gaz comburant et du gaz supplémentaire (tableau 1, figure 1)

La teneur en 02 de l'ensemble du gaz comburant et du gaz complémentaire se calcule comme suit :

%02[gaz comburant + gaz complémentaire] =— — x %02 comburant

%02[gaz comburant + gaz complémentaire] : teneur en 02 de l'ensemble du gaz comburant et du gaz complémentaire

%02 comburant : teneur en 02 du comburant

QGN : débit de GN injecté

2,15 : ratio 02 / GN pour une combustion stœchiométrique

QoN Maxi : débit GN à la puissance nominale (ou maximum) du brûleur, ce débit étant 1000 Nm 3 GN/h dans l'exemple.

Exemple 2 : Mode de fonctionnement « Volume de fumées constant » (tableau 2, figure 2)

Le débit d'air (gaz complémentaire) nécessaire est égale à :

N _ 3,2 X Qe N -Maxi 3,2 X Q GN

O

0,791

QAÎI : débit d'air

débit de GN

3,2 : ratio Volume de fumées / Volume GN pour une combustion à l'oxygène pur, et un ratio 02/GN stœchiométrique (cette valeur est spécifique de la composition du combustible utilisé)

QoN Maxi : débit combustible à la puissance nominale (ou maximum) du brûleur

1000 Nm 3 GN/h dans l'exemple.

A partir de ces données on peut calculer le débit d'oxygène pur nécessaire à la combustion. Dans les tableaux 1 et 2, le cas 1 représente le fonctionnement du brûleur oxygène/gaz naturel à sa puissance nominale avec un fonctionnement stœchiométrique.

Les cas 2 à 6 correspondent à des puissances du brûleur en décroissance, de 1000 Nm3/h de gaz naturel à 250 Nm3/h de gaz naturel.

La puissance transmise au procédé (à la charge + les pertes parois) passe ainsi de 8785 à

1472 kW, cette dernière valeur représentant 17% de la valeur d'origine.

Les tableaux 1 et 2 donnent les débits gaz complémentaire (air) et gaz comburant (oxygène) nécessaires au fonctionnement respectif décrit.

L'utilisation d'un mode de fonctionnement à impulsion constante ou de volume de fumées constante permet d'atteindre le fond du four rotatif basculant quelque soit la puissance thermique du brûleur.

Le rendement global de l'installation est conservé car l'usage de l'air est réservé aux faibles puissances.

Tableau 1 Cas Case 1 Case 2 Case 3 Case 4 Case 5 Case 6

Débit gaz naturel Nm3/h 1000 900 800 600 400 250

Débit air Nm3/h 0 396 792 1585 2377 2793

Débit oxygène Nm3/h 2150 1859 1568 985 403 0

Teneur 02 comburant % 100% 86% 73% 51% 32% 21%

Débit fumées Nm3/h 3199 3199 3199 3199 3199 3055

Variation débit fumées % 1 0 !" >"Â 1 0 !" >"Â 100% ] 00% ] 00% 96%

Débit fumées kg/h 3852 3870 3888 3924 3959 3805

Variation débit fumées 100% 100% 101% 102% 103% 99%

Teneur 02 fumées % sec 2,05% 2,05% 2,05% 2,05% 2,05% 2,05%

Energie procédé kW 8785 7772 6758 4731 2703 1243

Proportion énergie % 100% 88% 77% 54% 31% 14%

Tableau 2