WO2012085444A1 - Discontinuously charged smelting method - Google Patents

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WO2012085444A1
WO2012085444A1 PCT/FR2011/053080 FR2011053080W WO2012085444A1 WO 2012085444 A1 WO2012085444 A1 WO 2012085444A1 FR 2011053080 W FR2011053080 W FR 2011053080W WO 2012085444 A1 WO2012085444 A1 WO 2012085444A1
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burner
gas
furnace
fuel
injected
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PCT/FR2011/053080
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Philippe Beaudoin
Benoit Loiselet
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L'air Liquide, Societe Anonyme Pour L'etude Et L'exploitation Des Procedes Georges Claude
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Definitions

  • the present invention relates to an optimized method for batchwise melting in a flame furnace, as well as to an installation adapted for the implementation of such a method.
  • a particularly interesting application of the invention is the second metal melting. For this reason, the invention is described below with reference mainly to metal second flame processes and furnaces.
  • liquid metal In recasting or second melting, liquid metal, often referred to as secondary metal, is obtained by melting a recycled metal charge or from primary metallurgy.
  • the second fusion thus differs from the primary melting in which liquid metal is obtained from ore (for example: in a blast furnace for melting).
  • flame furnace refers to a melting furnace in which at least a portion of the energy is produced by burning a fuel with an oxidant inside the furnace.
  • flame furnace thus also covers melting furnaces in which at least a portion of the energy is produced by the combustion of a fuel with an oxidant without a visible flame, such combustion being sometimes called “flameless combustion”. (In English "flameless combustion").
  • At least a portion of the fumes (generally containing CO 2 , CO, H 2 O, O 2 ,...) Generated by the combustion come into direct contact with the feedstock. metal, before being removed from the oven.
  • the flame oven is typically equipped with one or more burners for fuel and oxidant injection.
  • Air whose main component is nitrogen, is the oxidant traditionally used in flame furnaces. In this case, we are talking about "aérocombustion”.
  • oxygen enriched air oxygen enriched air
  • pure oxygen oxygen
  • the oven operator has a reduced fuel consumption.
  • the flame is normally warmer and the volume of fumes generated is reduced compared to the aerocombustion.
  • the heating requirement varies according to the progress of the melting process.
  • the thermal power to be supplied to the oven is generally more important at the beginning of the cycle, that is to say after loading a solid charge, than at the end when the oven has reached its operating temperature.
  • the liquid charge must be maintained at a homogeneous temperature required for its treatment downstream of the melting furnace, avoiding cold or hot spots on the charge. It is also important to avoid any local overheating of the refractory surface of the oven. In the case of a rotary kiln or tilting rotary kiln, it is particularly important to keep the entire refractory surface warm by avoiding any local overheating, in order to optimize the heat transfer to the load.
  • the burners In view of conditions in melting furnaces, such as second melting furnaces (temperatures, highly polluted atmosphere, condensable materials, etc.) the burners must be particularly robust.
  • the present invention aims to provide an improved solution to the problem described above.
  • the invention relates to a discontinuous melting process in a flame furnace.
  • the oven is equipped with at least one burner for injecting a fuel and an oxidizing gas into the furnace.
  • the method comprises:
  • One or more steps of unloading the melt from the furnace At least a portion of the thermal energy is supplied to the furnace by combustion of the fuel with the oxidant gas in the furnace.
  • the oxidizing gas has an oxygen content of 80% vol to 100% vol.
  • said at least one burner operates at a power P and generates combustion gases in the furnace.
  • At least one step of supplying thermal energy comprises a conditioning phase during which
  • a variable flow (> 0) of a complementary gas having an oxygen content of> 0 vol% and ⁇ 22 vol% during injection is injected through the at least one burner, in addition to the fuel and the oxidizing gas.
  • this conditioning phase so as to maintain constant or quasi-constant one of the following process parameters when reducing the power P:
  • the invention makes it possible to reduce the power supplied by the at least one burner below the operating range for which the at least one burner has been designed. What is more, the invention thus makes it possible to reduce the power generated by the burner for a prolonged period without overheating the at least one burner and avoiding cold spots and hot spots on the charge or on the furnace refractories.
  • the oxidizing gas preferably has an oxygen content of 88% vol to 100% vol.
  • the total impulse of the gases injected into the furnace by the at least one burner is the sum of the injection pulses of the gaseous fuel, the oxidizing gas and the complementary gas.
  • solid fuels pulverulent or liquid pulverized propelled by a carrier gas are considered as gaseous fuels, and their injection pulse corresponds to the injection pulse of the carrier gas charged with the fuel solid or liquid.
  • the total impulse of the gases injected by the at least one burner is the sum of the injection pulses of the oxidizing gas and the complementary gas.
  • the injection pulse of the fuel is ignored and the complementary gas is injected so as to maintain constant or quasi-constant the total pulse of the oxidizing gas and the complementary gas injected by the fuel. at least one burner when the power P is reduced.
  • total impulse of the oxidizing gas and the complementary gas the sum of the injection pulse of the oxidizing gas and the injection pulse of the complementary gas is understood.
  • the normal volume of combustion gases generated by the stoichiometric combustion of the fuel with the oxidizing gas is known, it is also possible, according to the invention, to inject the additional gas so as to keep the normal volumetric flow rate of the gases constant or almost constant.
  • combustion generated by the burner that is to say the combustion gases generated by the combustion of the fuel with the oxidizing gas and the complementary gas, when the latter is also injected.
  • the normal volume of combustion gases generated by the combustion of the fuel with the oxidizing gas can be determined experimentally or on the basis of chemical formulas, when the composition of the fuel and the oxidant gas is known.
  • normal volume of a quantity of gas is understood to mean the volume occupied by this quantity of gas at a temperature of 0 ° C. and a pressure of 1.013 bar absolute.
  • a parameter is quasi-constant when the variations in the value of said parameter are less than 10%. Preferably, these variations will be less than 7%.
  • a burner operates in stoichiometry when it injects an oxygen flow rate that corresponds to the oxygen flow rate chemically necessary for the total combustion of the fuel flow rate injected by this burner with a zero oxygen excess (0 2 content in the dry flue gases). 0%).
  • a burner injects oxygen by injecting the oxidizing gas, and optionally also with the additional gas and / or with the carrier gas when these are also injected and contain oxygen.
  • a burner operates substantially in stoichiometry when the amount of oxygen injected by the burner is between 0.95 and 1.25 times the stoichiometric amount of oxygen.
  • the combustion stoichiometric substance results in a content of 0 2 in dry fumes of the order of 0 to 5% and a content of unburnt in fumes low or zero (typically a CO content in dry fumes) less than 10%, preferably less than 5%).
  • the power generated by the at least one burner operating substantially in stoichiometry during the conditioning phase is reduced, the quantity of fuel and the quantity of gas are simultaneously and proportionally reduced.
  • oxidant injected by the at least one burner one of the following parameters: (a) the total impulse of the injected gases, (b) the total impulse of the oxidizing gas, and (c) the normal volumetric flow rate of the gases of generated combustion is kept constant during the conditioning phase despite the reduction of the power P supplied by the at least one burner which operates in substance stoichiometry, and therefore despite the simultaneous reduction in the amount of fuel and the amount of injected oxidant gas by the at least one burner.
  • this is achieved by injecting a variable flow of the complementary gas.
  • the additional gas flow rate may be zero or not zero, and when the power of the at least one burner is reduced, the flow rate of complementary gas is increased to compensate for the decrease of the parameter mentioned above due to the decrease of the power generated by the burner or burners.
  • the invention is particularly interesting for the second melting of metals.
  • the solid material to be melted and charged in the furnace is solid metal.
  • the liquid material is molten metal.
  • the method according to the invention may comprise a single charging step.
  • a batch loading process with a single loading step is called a batch process.
  • the process according to the invention may more particularly comprise a single charging step, a single thermal energy supply step and a single unloading step.
  • the method according to the invention may also comprise several charging steps, each charging step being followed by a step of supplying thermal energy.
  • a batch loading process with several loading steps is called a "semi-batch" process.
  • Such a method comprising several charging steps and in which each charging step is followed by a thermal energy supply step can comprise several unloading steps or a single unloading step.
  • the method according to the invention may in particular comprise several steps of loading by unloading step or even several unloading steps by loading step.
  • the thermal power supplied by the at least one burner is reduced continuously during the conditioning phase.
  • the power supplied by the at least one burner is reduced in a discontinuous manner during the conditioning phase, for example in steps.
  • the conditioning phase may in particular comprise a refining phase of the melt before the unloading step.
  • the step of supplying thermal energy may comprise an over-stoichiometric phase which precedes the conditioning phase and during which at least one oxygen burner is injected with super-stoichiometry, that is to say into excess of the stoichiometric amount corresponding to the amount of fuel injected by the at least one burner.
  • the super-stoichiometric phase may be more particularly the initial phase of the thermal energy supply step.
  • Such an over-stoichiometric phase is particularly advantageous when the solid material to be melted itself comprises combustible material inherent to the solid material to be melted or intentionally added.
  • the oven may be a rotary kiln, and more particularly a tilting rotary kiln.
  • the oven may comprise a single burner, which is particularly interesting in the case of a rotary kiln, including in the case of a tilting rotary kiln.
  • the process may be a batch process or a semi-batch process.
  • the process may be a second melting process of a metal selected from cast iron, iron, lead, aluminum, copper, antimony and tin and alloys of said metals.
  • the additional gas injected by the at least one burner is advantageously chosen from air, steam, recycled fumes and C0 2 .
  • Air as a complementary gas, comprises about 21% oxygen vol.
  • the additional gas does not contain oxygen or a low oxygen level.
  • the complementary gas contains between
  • the fuel injected by the at least one burner may be a gaseous fuel, such as natural gas or propane.
  • the injected fuel may also be a liquid fuel, such as a liquid biofuel.
  • the fuel may also be a powdery solid fuel, such as pulverulent coal. Liquid fuels and pulverulent fuels can be injected into the furnace by the at least one burner by means of a carrier gas.
  • the carrier gas and the complementary gas may in particular have the same composition.
  • the invention applies mainly to a melting furnace operating with pure oxygen
  • the burner will be specific with a first combustion gas circuit and a second complementary gas circuit.
  • the invention makes it possible to carry out the melting process with a single burner in operation, the power of which is varied as described above.
  • the invention makes it possible to keep the burner pulse constant without resorting to a so-called "variable impulse" burner which requires a more complex and more expensive construction.
  • the metal charge In the second melting of metal recovery, the metal charge often has a high proportion of carbon (plastic, paint, coke, ).
  • These combustible materials may be de facto present in the metallic charge (for example in the case of aluminum can recycling) and / or may be added intentionally for the purpose of the melting process (for example for a deoxy reaction when recycling lead).
  • the pyrolysis or combustion of at least some of these combustible materials present in the feed generally starts as soon as the temperature in the furnace is sufficiently high.
  • the combustion of these combustible materials in the oven is generally at a low speed that varies depending on the nature of the load, the time elapsed since the start of the heating cycle, the distribution of materials in the oven, or other process parameters.
  • the process requires less thermal energy and the power of the burner (s) can be reduced.
  • This reduced power phase of the burner (s) can occupy a significant portion of the process time. Indeed, the (second) melting of certain metals, or even other solid materials to be melted, for example in the case of melting furnaces of glass or enamels, requires a refining phase of the melt during which one seeks to homogenize the composition and / or the temperature of the melt. Variations in compositions and / or temperatures in the molten metal (for example at the entrance to the casting plant) can seriously affect the quality of the final product. This can be manifested in a lack of mechanical or chemical resistance of the final product.
  • the casting installations do not always operate at the same rate as the melting furnace. It may therefore be necessary to keep the metal to flow in the liquid state for a longer or shorter time before introducing the molten metal into the casting plant.
  • the present invention which makes it possible to reduce the power of the burner (s) reliably and without creating hot or cold spots, makes it possible to use the melting furnace as a holding furnace for an extended period of time.
  • the melting furnace is a tilting rotary kiln.
  • the oven is equipped with a single burner that provides all the necessary thermal fusion energy.
  • the furnace does not need to be equipped with a second burner for low heating powers allows a lower cost and greater simplicity of the melting installation and its operation.
  • the single burner of the furnace is of the oxy-fuel type.
  • the fuel injected by the burner is natural gas or NG.
  • the oxidant gas injected by the burner is pure oxygen.
  • the additional gas injected by the burner is air.
  • the load has a significant proportion of organic matter
  • the second metal smelting cycle is broken down into several steps or phases:
  • step or phase b the power (fuel injection rate) and the stoichiometry (oxygen / fuel ratio) of the burner can be adjusted depending on the course of the pyrolysis of the fuel materials in the load. Indeed, in the step or phase b of the melting cycle, an excess of oxygen can be injected by the burner (with respect to the fuel flow rate injected by this burner) in order to ensure the combustion of the combustible materials of the charge in the furnace.
  • the only burner of the furnace is a fuel / oxygen / air burner.
  • oxygen (as oxidant gas)
  • said burner is adjusted, during the stoichiometric operation of the burner, to maintain constant or almost constant one of the following parameters:
  • the characteristic aspects of the invention therefore apply for the phases or stages of the melting cycle during which a reduced power of the burner is required with a stoichiometric adjustment of the burner, or even an adjustment in stoichiometric substance (typically a slight excess of oxygen). .
  • the total oxygen flow injected by the burner will not exceed the oxygen flow required during a stoichiometric burner operation at the maximum power for which the burner was designed.
  • Max QoN GN flow at the rated power (or maximum) of the burner, this flow being 1000 Nm 3 GN / h in the example.
  • the air flow (complementary gas) required is:
  • Case 1 represents the operation of the oxygen / natural gas burner at its nominal power with stoichiometric operation.
  • Cases 2 to 6 correspond to decreasing burner powers, from 1000 Nm3 / h of natural gas to 250 Nm3 / h of natural gas.
  • Tables 1 and 2 give the additional gas flow rates (air) and oxidizing gas (oxygen) necessary for the respective operation described.
  • the overall efficiency of the installation is maintained because the use of air is reserved for low power.

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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.

Description

PROCEDE DE FUSION A CHARGEMENT DISCONTINU  DISCONTINUOUS LOAD FUSION PROCESS
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. The present invention relates to an optimized method for batchwise melting in a flame furnace, as well as to an installation adapted for the implementation of such a method.
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.  A particularly interesting application of the invention is the second metal melting. For this reason, the invention is described below with reference mainly to metal second flame processes and furnaces.
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).  In recasting or second melting, liquid metal, often referred to as secondary metal, is obtained by melting a recycled metal charge or from primary metallurgy. The second fusion thus differs from the primary melting in which liquid metal is obtained from ore (for example: in a blast furnace for melting).
Il est connu d'utiliser des fours à flamme pour la seconde fusion de métaux.  It is known to use flame furnaces for the second melting of metals.
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 »).  The term "flame furnace" refers to a melting furnace in which at least a portion of the energy is produced by burning a fuel with an oxidant inside the furnace. The term "flame furnace" thus also covers melting furnaces in which at least a portion of the energy is produced by the combustion of a fuel with an oxidant without a visible flame, such combustion being sometimes called "flameless combustion". (In English "flameless combustion").
Dans un four de fusion à flamme, au moins une partie des fumées (contenant généralement du C02, du CO, du H20, de l'02, ...) générées par la combustion entrent en contact direct avec la charge métallique, avant d'être évacuées du four. In a flame melting furnace, at least a portion of the fumes (generally containing CO 2 , CO, H 2 O, O 2 ,...) Generated by the combustion come into direct contact with the feedstock. metal, before being removed from the oven.
Le four à flamme est typiquement équipé d'un ou plusieurs brûleurs pour l'injection de combustible et de comburant.  The flame oven is typically equipped with one or more burners for fuel and oxidant injection.
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 ».  Air, whose main component is nitrogen, is the oxidant traditionally used in flame furnaces. In this case, we are talking about "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.  When the oxidizer is oxygen enriched air, or even oxygen called "pure oxygen" (that is to say: having an oxygen content of 80% vol to 100% vol), we speak of "Oxycombustion". In this case, the oven operator has a reduced fuel consumption. In the case of oxycombustion, the flame is normally warmer and the volume of fumes generated is reduced compared to the aerocombustion.
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. In batch-fed furnaces, the heating requirement varies according to the progress of the melting process. The thermal power to be supplied to the oven is generally more important at the beginning of the cycle, that is to say after loading a solid charge, than at the end when the oven has reached its operating temperature.
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.  During the final phase, the liquid charge must be maintained at a homogeneous temperature required for its treatment downstream of the melting furnace, avoiding cold or hot spots on the charge. It is also important to avoid any local overheating of the refractory surface of the oven. In the case of a rotary kiln or tilting rotary kiln, it is particularly important to keep the entire refractory surface warm by avoiding any local overheating, in order to optimize the heat transfer to the load.
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.  These obligations are delicate when the power of the furnace burner (s) is reduced. Given the specific properties of oxycombustion (hotter flame, reduced smoke), these obligations are even more delicate in the case of the latter.
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.  In view of conditions in melting furnaces, such as second melting furnaces (temperatures, highly polluted atmosphere, condensable materials, etc.) the burners must be particularly robust.
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.  In practice, the most common burners of second melting furnaces have a range of operation, in terms of power, quite narrow. This operating range is around the nominal power for which the burner was designed.
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.  In order to reduce the power supplied, avoiding hot or cold spots, despite the narrow operating range of the burners, it has been proposed in the reference book "Handbook of Aluminum Recycling - Ch.Schmitz - Vulkan" (ISBN: 10: 3-8027-2936-6, ISBN 13: 978-3-8027-2936-2), on page 152, to use two distinct types of burners: (a) one or more high-power burners for use when furnace power is high and (b) one or more lower rated burners that remain on standby when the high-power burner (s) are active and used only when the power is to provide in the oven is reduced.
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.  The installation of two types of burners in an oven in order to allow a greater power variation is an expensive and complex solution (two burners, double fuel and oxidant supply, bulk, etc.), especially in the case of a Rotary kiln.
La présente invention a pour but de proposer une solution améliorée au problème décrit ci-dessus.  The present invention aims to provide an improved solution to the problem described above.
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 : Thus, the invention relates to a discontinuous melting process in a flame furnace. The oven is equipped with at least one burner for injecting a fuel and an oxidizing gas into the furnace. The method comprises:
• une ou plusieurs étapes de chargement de matière solide à fondre dans le four à flamme,  One or more steps for loading solid material to be melted in the flame oven,
• 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 One or more steps of supplying thermal energy to the furnace so as to melt the solid matter and to obtain melt, and
• 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. One or more steps of unloading the melt from the furnace. At least a portion of the thermal energy is supplied to the furnace by combustion of the fuel with the oxidant gas in the furnace. The oxidizing gas has an oxygen content of 80% vol to 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.  During the step of supplying thermal energy, said at least one burner operates at a power P and generates combustion gases in the furnace.
Dans ce procédé, au moins une étape de fourniture d'énergie thermique comporte une phase de conditionnement pendant laquelle  In this method, at least one step of supplying thermal energy comprises a conditioning phase during which
(a) le au moins un brûleur opère en substance en stœchiométrie, et  (a) the at least one burner operates substantially in stoichiometry, and
(b) on réduit la puissance P fournie par le au moins un brûleur.  (b) reducing the power P supplied by the at least one burner.
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 :  According to the invention, a variable flow (> 0) of a complementary gas having an oxygen content of> 0 vol% and <22 vol% during injection is injected through the at least one burner, in addition to the fuel and the oxidizing gas. this conditioning phase so as to maintain constant or quasi-constant one of the following process parameters when reducing the power 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 total impulse of the gases injected into the furnace by the at least one burner, o total impulse of the oxidizing gas and the complementary gas injected by the at least one burner, and
o débit volumétrique normal des gaz de combustion générés par le au moins un brûleur.  o normal volumetric flow rate of the combustion gases generated by the at least one burner.
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.  In this way, the invention makes it possible to reduce the power supplied by the at least one burner below the operating range for which the at least one burner has been designed. What is more, the invention thus makes it possible to reduce the power generated by the burner for a prolonged period without overheating the at least one burner and avoiding cold spots and hot spots on the charge or on the furnace refractories.
Le gaz comburant a de préférence une teneur en oxygène de 88%vol à 100%vol.  The oxidizing gas preferably has an oxygen content of 88% vol to 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. When the fuel is a gaseous fuel, the total impulse of the gases injected into the furnace by the at least one burner is the sum of the injection pulses of the gaseous fuel, the oxidizing gas and the complementary gas. It should be noted that, in the present context, solid fuels pulverulent or liquid pulverized propelled by a carrier gas are considered as gaseous fuels, and their injection pulse corresponds to the injection pulse of the carrier gas charged with the fuel solid or liquid. When the fuel is not a gaseous fuel, the total impulse of the gases injected by the at least one burner is the sum of the injection pulses of the oxidizing gas and the complementary gas.
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.  According to a simplified embodiment of the process, the injection pulse of the fuel is ignored and the complementary gas is injected so as to maintain constant or quasi-constant the total pulse of the oxidizing gas and the complementary gas injected by the fuel. at least one burner when the power P is reduced. By total impulse of the oxidizing gas and the complementary gas, the sum of the injection pulse of the oxidizing gas and the injection pulse of the complementary gas is understood.
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.  When the normal volume of combustion gases generated by the stoichiometric combustion of the fuel with the oxidizing gas is known, it is also possible, according to the invention, to inject the additional gas so as to keep the normal volumetric flow rate of the gases constant or almost constant. combustion generated by the burner, that is to say the combustion gases generated by the combustion of the fuel with the oxidizing gas and the complementary gas, when the latter is also injected. The normal volume of combustion gases generated by the combustion of the fuel with the oxidizing gas can be determined experimentally or on the basis of chemical formulas, when the composition of the fuel and the oxidant gas is known.
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.  In the present context, "normal volume" of a quantity of gas is understood to mean the volume occupied by this quantity of gas at a temperature of 0 ° C. and a pressure of 1.013 bar absolute.
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%.  It is considered that a parameter is quasi-constant when the variations in the value of said parameter are less than 10%. Preferably, these variations will be less than 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 02 dans les fumées sèches de 0%). A burner operates in stoichiometry when it injects an oxygen flow rate that corresponds to the oxygen flow rate chemically necessary for the total combustion of the fuel flow rate injected by this burner with a zero oxygen excess (0 2 content in the dry flue gases). 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 02 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%). A burner injects oxygen by injecting the oxidizing gas, and optionally also with the additional gas and / or with the carrier gas when these are also injected and contain oxygen. In the present context, it is considered that a burner operates substantially in stoichiometry when the amount of oxygen injected by the burner is between 0.95 and 1.25 times the stoichiometric amount of oxygen. In practice, the combustion stoichiometric substance results in a content of 0 2 in dry fumes of the order of 0 to 5% and a content of unburnt in fumes low or zero (typically a CO content in dry fumes) less than 10%, preferably less than 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.  Therefore, when, for a given fuel and oxidant gas, the power generated by the at least one burner operating substantially in stoichiometry during the conditioning phase is reduced, the quantity of fuel and the quantity of gas are simultaneously and proportionally reduced. oxidant injected by the at least one burner. As indicated above, according to the invention, one of the following parameters: (a) the total impulse of the injected gases, (b) the total impulse of the oxidizing gas, and (c) the normal volumetric flow rate of the gases of generated combustion is kept constant during the conditioning phase despite the reduction of the power P supplied by the at least one burner which operates in substance stoichiometry, and therefore despite the simultaneous reduction in the amount of fuel and the amount of injected oxidant gas by the at least one burner.
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.  According to the invention, this is achieved by injecting a variable flow of the complementary gas. At the maximum power generated by the at least one burner during this conditioning phase, the additional gas flow rate may be zero or not zero, and when the power of the at least one burner is reduced, the flow rate of complementary gas is increased to compensate for the decrease of the parameter mentioned above due to the decrease of the power generated by the burner or burners.
Comme déjà indiqué ci-dessus, l'invention est particulièrement intéressante pour la seconde fusion de métaux.  As already indicated above, the invention is particularly interesting for the second melting of metals.
Dans ce cas, la matière solide à fondre que l'on charge dans le four est du métal solide. In this case, the solid material to be melted and charged in the furnace is solid metal.
Dans ce cas, la matière liquide est du métal fondu. In this case, the liquid material is molten metal.
Le procédé suivant l'invention peut comporter une seule étape de chargement.  The method according to the invention may comprise a single charging step.
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.  A batch loading process with a single loading step is called a batch process. The process according to the invention may more particularly comprise a single charging step, a single thermal energy supply step and a single unloading step.
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 ». The method according to the invention may also comprise several charging steps, each charging step being followed by a step of supplying thermal energy. A batch loading process with several loading steps is called a "semi-batch" process.
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.  Such a method comprising several charging steps and in which each charging step is followed by a thermal energy supply step can comprise several unloading steps or a single unloading step.
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.  The method according to the invention may in particular comprise several steps of loading by unloading step or even several unloading steps by loading step.
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.  According to one form of implementation, the thermal power supplied by the at least one burner is reduced continuously during the conditioning phase.
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.  According to an alternative embodiment, the power supplied by the at least one burner is reduced in a discontinuous manner during the conditioning phase, for example in steps.
La phase de conditionnement peut notamment comprendre une phase d'affinage de la matière fondue avant l'étape de déchargement.  The conditioning phase may in particular comprise a refining phase of the melt before the unloading step.
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.  The step of supplying thermal energy may comprise an over-stoichiometric phase which precedes the conditioning phase and during which at least one oxygen burner is injected with super-stoichiometry, that is to say into excess of the stoichiometric amount corresponding to the amount of fuel injected by the at least one burner.
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.  The super-stoichiometric phase may be more particularly the initial phase of the thermal energy supply step. Such an over-stoichiometric phase is particularly advantageous when the solid material to be melted itself comprises combustible material inherent to the solid material to be melted or intentionally added.
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.  The injection of oxygen over-stoichiometry with respect to the injected fuel then allows the complete combustion (1) of the injected fuel and (2) the combustible material released by the solid material charge, so as to optimize the heating of the fuel. charge in order to limit or avoid unburned pollutants in fumes discharged from the oven. A method and a device for adjusting the fuel injection / combustion gas ratio by the at least one burner are described in the patent application FR 1053147 filed on April 23, 2010.
Le four peut être un four rotatif, et plus particulièrement un four rotatif basculant.  The oven may be a rotary kiln, and more particularly a tilting rotary kiln.
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. The oven may comprise a single burner, which is particularly interesting in the case of a rotary kiln, including in the case of a tilting rotary kiln. As indicated above, the process may be a batch process or a semi-batch process.
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.  The process may be a second melting process of a metal selected from cast iron, iron, lead, aluminum, copper, antimony and tin and alloys of said metals.
Le gaz complémentaire injecté par le au moins un brûleur est avantageusement choisi parmi de l'air, de la vapeur, des fumées recyclées, du C02. The additional gas injected by the at least one burner is advantageously chosen from air, steam, recycled fumes and C0 2 .
L'air, en tant que gaz complémentaire, comporte environ 21%vol en oxygène.  Air, as a complementary gas, comprises about 21% oxygen vol.
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.  In the case of steam or fumes recycled as a complementary gas, the additional gas does not contain oxygen or a low oxygen level.
Suivant une forme de réalisation de l'invention, le gaz complémentaire contient entre According to one embodiment of the invention, the complementary gas contains between
0%vol et 10%vol en oxygène et de préférence entre 0%vol et 6%vol en oxygène. 0% vol and 10% vol oxygen and preferably between 0% vol and 6% vol oxygen.
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.  The fuel injected by the at least one burner may be a gaseous fuel, such as natural gas or propane. The injected fuel may also be a liquid fuel, such as a liquid biofuel. The fuel may also be a powdery solid fuel, such as pulverulent coal. Liquid fuels and pulverulent fuels can be injected into the furnace by the at least one burner by means of a carrier gas.
Le gaz porteur et le gaz complémentaire peuvent notamment avoir une même composition.  The carrier gas and the complementary gas may in particular have the same composition.
L'invention s'applique principalement à un four de fusion fonctionnant à l'oxygène pur The invention applies mainly to a melting furnace operating with pure oxygen
(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. (purity of oxygen between 80% and 100%). It allows the burner (s) of said furnace to operate in a range between 25% and 100% of its rated power or maximum power.
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.  It allows the use of a simple burner geometry, and can in some cases be applied with the existing oxy-fuel burner without changing the burner, for example, when the additional gas is mixed with the combustion gas upstream of the burner. This feature allows installation of the technology particularly simple and economical.
Dans d'autres cas, le brûleur sera spécifique avec un premier circuit de gaz comburant et un deuxième circuit de gaz complémentaire.  In other cases, the burner will be specific with a first combustion gas circuit and a second complementary gas circuit.
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. The invention makes it possible to carry out the melting process with a single burner in operation, the power of which is varied as described above. The invention makes it possible to keep the burner pulse constant without resorting to a so-called "variable impulse" burner which requires a more complex and more expensive construction.
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.  The management of the combustion gas - additional gas mixture to keep the burner impulse constant (and in this case a slight reduction of the flue gas volume) or the flue gas volume (and in this case a slight increase in the burner impulse) or compromise between these two solutions is easily automated.
L'invention et ses avantages sont illustrés dans l'exemple ci-après relatif à la seconde fusion de métal de récupération.  The invention and its advantages are illustrated in the example below relating to the second recovery metal melting.
Exemple Example
Dans la seconde fusion de métal de récupération, la charge métallique comporte souvent une forte proportion de carbone (plastique, peinture, coke, ...).  In the second melting of metal recovery, the metal charge often has a high proportion of carbon (plastic, paint, 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).  These combustible materials may be de facto present in the metallic charge (for example in the case of aluminum can recycling) and / or may be added intentionally for the purpose of the melting process (for example for a deoxy reaction when recycling lead).
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.  The combustion of these combustible materials in the furnace saves money because it reduces the fuel consumption injected by the at least one burner.
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.  The pyrolysis or combustion of at least some of these combustible materials present in the feed generally starts as soon as the temperature in the furnace is sufficiently high.
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.  However, the combustion of these combustible materials in the oven is generally at a low speed that varies depending on the nature of the load, the time elapsed since the start of the heating cycle, the distribution of materials in the oven, or other process parameters.
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.  At the end of the melting cycle, when all or most of the metal charge is present in molten form, the process requires less thermal energy and the power of the burner (s) can be reduced.
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. This reduced power phase of the burner (s) can occupy a significant portion of the process time. Indeed, the (second) melting of certain metals, or even other solid materials to be melted, for example in the case of melting furnaces of glass or enamels, requires a refining phase of the melt during which one seeks to homogenize the composition and / or the temperature of the melt. Variations in compositions and / or temperatures in the molten metal (for example at the entrance to the casting plant) can seriously affect the quality of the final product. This can be manifested in a lack of mechanical or chemical resistance of the final product.
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.  What is more, the casting installations do not always operate at the same rate as the melting furnace. It may therefore be necessary to keep the metal to flow in the liquid state for a longer or shorter time before introducing the molten metal into the casting plant.
Comme indiqué ci-dessus, il est important de maintenir le métal fondu à une température et composition suffisamment homogènes pendant cette période d'attente.  As indicated above, it is important to keep the molten metal at a sufficiently homogeneous temperature and composition during this waiting period.
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.  Thus, the present invention, which makes it possible to reduce the power of the burner (s) reliably and without creating hot or cold spots, makes it possible to use the melting furnace as a holding furnace for an extended period of time.
Dans le présent exemple, le four de fusion est un four rotatif basculant.  In the present example, the melting furnace is a tilting rotary kiln.
Le four est équipé d'un seul brûleur qui fournit l'ensemble de l'énergie thermique de fusion nécessaire.  The oven is equipped with a single burner that provides all the necessary thermal fusion energy.
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.  The fact that the furnace does not need to be equipped with a second burner for low heating powers allows a lower cost and greater simplicity of the melting installation and its operation.
Le brûleur unique du four est de type oxy-combustible.  The single burner of the furnace is of the oxy-fuel type.
Le combustible injecté par le brûleur est le gaz naturel ou GN.  The fuel injected by the burner is natural gas or NG.
Le gaz comburant injecté par le brûleur est de l'oxygène pur.  The oxidant gas injected by the burner is pure oxygen.
Le gaz complémentaire injecté par le brûleur est de l'air.  The additional gas injected by the burner is air.
La charge comporte une proportion importante de matières organiques  The load has a significant proportion of organic matter
Le cycle de seconde fusion de métal est décomposé en plusieurs étapes ou phases :  The second metal smelting cycle is broken down into several steps or phases:
- a : chargement de la charge métallique dans le four ;  - a: loading the metal charge into the oven;
- b : début de fusion de la charge métallique et pyrolyse des matières combustibles présentes dans la charge ;  b: beginning of melting of the metal charge and pyrolysis of the combustible materials present in the charge;
- c : suite de la fusion de la charge métallique ;  - c: following the melting of the metal charge;
- d : surchauffe et maintien en température de la charge fondue ; et d: overheating and maintaining the temperature of the molten charge; and
- e : déchargement du four de la charge fondue. - e: unloading the furnace from the molten charge.
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. During step or phase b, the power (fuel injection rate) and the stoichiometry (oxygen / fuel ratio) of the burner can be adjusted depending on the course of the pyrolysis of the fuel materials in the load. Indeed, in the step or phase b of the melting cycle, an excess of oxygen can be injected by the burner (with respect to the fuel flow rate injected by this burner) in order to ensure the combustion of the combustible materials of the charge in the furnace.
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.  For the step or the phase d and sometimes for the step or the phase c of the melting cycle, it is necessary to operate the low-power burner.
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.  In the latter case, it turned out, with rotary kilns tilting to a single burner according to the state of the art, that the distribution of the heater in the oven is not optimal, which very often leads to a overheating local, with a temperature too low in the rest of the oven.
Dans l'exemple suivant l'invention, on utilise comme seul brûleur du four un brûleur combustible/oxygène/air.  In the example according to the invention, the only burner of the furnace is a fuel / oxygen / air burner.
Le ratio :  The ratio :
air (comme gaz complémentaire)  air (as complementary gas)
oxygène (comme gaz comburant)  oxygen (as oxidant gas)
du dit brûleur est ajusté, pendant l'opération en substance stœchiométrique du brûleur, afin de maintenir constante ou quasi constante un des paramètres suivants : said burner is adjusted, during the stoichiometric operation of the burner, to maintain constant or almost constant one of the following parameters:
- l'impulsion totale des gaz issus du brûleur, ou  the total impulse of the gases coming from the burner, or
- l'impulsion totale du gaz comburant et du gaz complémentaire issus du brûleur, ou  the total impulse of the oxidizing gas and the complementary gas coming from the burner, or
- le volume de fumées (en mètres cubes normales) issues de la combustion du combustible injecté par le brûleur.  the volume of fumes (in normal cubic meters) resulting from the combustion of the fuel injected by the burner.
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.  The characteristic aspects of the invention therefore apply for the phases or stages of the melting cycle during which a reduced power of the burner is required with a stoichiometric adjustment of the burner, or even an adjustment in stoichiometric substance (typically a slight excess of oxygen). . In practice ; the total oxygen flow injected by the burner will not exceed the oxygen flow required during a stoichiometric burner operation at the maximum power for which the burner was designed.
Les tableaux et les figures ci-joints illustrent deux formes de réalisation de l'invention :  The tables and the accompanying figures illustrate two embodiments of the invention:
- tableau 1 et figure 1 : Impulsion totale constante du gaz comburant et du gaz supplémentaire injectés par le brûleur ; et  - Table 1 and Figure 1: Constant total impulse of the oxidant gas and additional gas injected by the burner; and
- 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) - Table 2 and Figure 2: Constant impulse fumes generated by the burner. Example 1: Operating mode "Constant total impulse of the oxidizing gas and the additional gas (Table 1, Figure 1)
La teneur en 02 de l'ensemble du gaz comburant et du gaz complémentaire se calcule comme suit :  The 02 content of all the oxidizing gas and the additional gas is calculated as follows:
%02[gaz comburant + gaz complémentaire] =— — x %02 comburant% 02 [oxidizing gas + additional gas] = - - x% 02 oxidizer
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Figure imgf000013_0001
où or
%02[gaz comburant + gaz complémentaire] : teneur en 02 de l'ensemble du gaz comburant et du gaz complémentaire  % 02 [oxidizing gas + additional gas]: 02 content of all the oxidizing gas and the additional gas
%02 comburant : teneur en 02 du comburant  % 02 oxidant: 02 content of the oxidant
QGN : débit de GN injecté  QGN: injected GN flow
2,15 : ratio 02 / GN pour une combustion stœchiométrique  2.15: ratio 02 / GN for stoichiometric combustion
QoN Maxi : débit GN à la puissance nominale (ou maximum) du brûleur, ce débit étant 1000 Nm3GN/h dans l'exemple. Max QoN: GN flow at the rated power (or maximum) of the burner, this flow being 1000 Nm 3 GN / h in the example.
Exemple 2 : Mode de fonctionnement « Volume de fumées constant » (tableau 2, figure 2) Example 2: Operating Mode "Constant Flue Volume" (Table 2, Figure 2)
Le débit d'air (gaz complémentaire) nécessaire est égale à : The air flow (complementary gas) required is:
N _ 3,2 X QeN-Maxi 3,2 X QGN N _ 3.2 X Qe N -Max 3.2 XQ GN
O  O
0,791  0.791
QAÎI : débit d'air QAI: air flow
débit de GN  GN flow
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)  3.2: ratio Flue volume / GN volume for pure oxygen combustion, and a stoichiometric ratio 02 / GN (this value is specific to the fuel composition used)
QoN Maxi : débit combustible à la puissance nominale (ou maximum) du brûleur QoN Max: fuel flow at rated (or maximum) burner capacity
1000 Nm3GN/h dans l'exemple. 1000 Nm 3 GN / h in the example.
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. From these data can be calculated the flow of pure oxygen necessary for combustion. In Tables 1 and 2, Case 1 represents the operation of the oxygen / natural gas burner at its nominal power with stoichiometric operation.
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.  Cases 2 to 6 correspond to decreasing burner powers, from 1000 Nm3 / h of natural gas to 250 Nm3 / h of natural gas.
La puissance transmise au procédé (à la charge + les pertes parois) passe ainsi de 8785 à The power transmitted to the process (the load + the losses walls) goes from 8785 to
1472 kW, cette dernière valeur représentant 17% de la valeur d'origine. 1472 kW, this last value representing 17% of the original value.
Les tableaux 1 et 2 donnent les débits gaz complémentaire (air) et gaz comburant (oxygène) nécessaires au fonctionnement respectif décrit.  Tables 1 and 2 give the additional gas flow rates (air) and oxidizing gas (oxygen) necessary for the respective operation described.
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.  The use of a constant pulse mode of operation or a constant volume of flue gas makes it possible to reach the bottom of the rotating oven, regardless of the thermal power of the burner.
Le rendement global de l'installation est conservé car l'usage de l'air est réservé aux faibles puissances.  The overall efficiency of the installation is maintained because the use of air is reserved for low power.
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Figure imgf000014_0001
Tableau 1 Cas Case 1 Case 2 Case 3 Case 4 Case 5 Case 6Table 1 Case Case 1 Case 2 Case 3 Case 4 Case 5 Case 6
Débit gaz naturel Nm3/h 1000 900 800 600 400 250Natural gas flow Nm3 / h 1000 900 800 600 400 250
Débit air Nm3/h 0 396 792 1585 2377 2793Air flow Nm3 / h 0 396 792 1585 2377 2793
Débit oxygène Nm3/h 2150 1859 1568 985 403 0Oxygen flow Nm3 / h 2150 1859 1568 985 403 0
Teneur 02 comburant % 100% 86% 73% 51% 32% 21%Content 02 oxidant% 100% 86% 73% 51% 32% 21%
Débit fumées Nm3/h 3199 3199 3199 3199 3199 3055Flow rate Nm3 / h 3199 3199 3199 3199 3199 3055
Variation débit fumées % 10!">"Â 10!">"Â 100% ] 00% ] 00% 96%Fumes flow variation% 1 0 ! " >" 1 0 ! " >" 100%] 00%] 00% 96%
Débit fumées kg/h 3852 3870 3888 3924 3959 3805Smoke flow kg / h 3852 3870 3888 3924 3959 3805
Variation débit fumées 100% 100% 101% 102% 103% 99%Flow rate variation 100% 100% 101% 102% 103% 99%
Teneur 02 fumées % sec 2,05% 2,05% 2,05% 2,05% 2,05% 2,05%Content 02 fumes% dry 2.05% 2.05% 2.05% 2.05% 2.05% 2.05%
Energie procédé kW 8785 7772 6758 4731 2703 1243Process energy kW 8785 7772 6758 4731 2703 1243
Proportion énergie % 100% 88% 77% 54% 31% 14% Proportion energy% 100% 88% 77% 54% 31% 14%
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Tableau 2  Table 2

Claims

Revendications claims
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 : 1) Discontinuous charging method for melting materials for melting in a flame oven equipped with at least one burner for injecting fuel and an oxidizing gas into the furnace, said method comprising:
• une ou plusieurs étapes de chargement de matière solide dans le four à flamme, One or more steps for loading solid material into the flame oven,
• 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, One or more step steps of supplying thermal energy to the furnace so as to melt the solid material and to obtain molten metal, at least a portion of the thermal energy being supplied by the combustion in the furnace of the fuel with the gas oxidizer, this oxidizing gas having an oxygen content of 80% vol to 100% vol, and preferably 88% vol to 100% vol, said at least one burner operating at a power P and generating combustion gases in the oven ,
• une ou plusieurs étapes de déchargement de la matière fondue du four,  One or more steps of unloading the melt from the furnace,
procédé dans lequel au moins une étape de fourniture d'énergie thermique comporte une phase de conditionnement pendant laquelle process in which at least one step of supplying thermal energy comprises a conditioning phase during which
(a) le au moins un brûleur opère en substance en stœchiométrie, et  (a) the at least one burner operates substantially in stoichiometry, and
(b) on diminue la puissance P fournie par le au moins un brûleur,  (b) decreasing the power P supplied by the at least one burner,
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 : the method being characterized in that, during this conditioning stage, a complementary gas having an oxygen content> 0% vol and <22% vol% is injected through the at least one burner, in addition to the fuel and the oxidizing gas. to maintain one of the following process parameters constant or nearly constant when the power P is reduced:
o impulsion totale des gaz injectés dans le four par le au moins un brûleur,  total impulse of the gases injected into the furnace by the at least one burner,
o impulsion totale du comburant et du gaz complémentaire injectés par le au moins un brûleur, et  o total impulse of the oxidant and the complementary gas injected by the at least one burner, and
o débit volumétrique normal des gaz de combustion générés par le au moins un brûleur.  o normal volumetric flow rate of the combustion gases generated by the at least one burner.
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. The process of claim 1, wherein the solid material to be melted is solid metal. 3) Process according to claim 1 or 2, comprising a single charging step, a single step of supplying thermal energy and a single unloading step. 4) Process according to claim 1 or 2, comprising several charging steps, each charging step being followed by a step of supplying thermal energy.
5) Procédé suivant l'une des revendications 1 à 4, comportant une seul étape de déchargement . 5) Method according to one of claims 1 to 4, comprising a single unloading step.
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. 6) Process according to any one of the preceding claims, wherein during the conditioning phase, the power supplied by the at least one burner is continuously reduced.
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. 7) A method according to any one of claims 1 to 5, wherein during the conditioning phase, decreases the power provided by the at least one burner discontinuously. The process of any one of the preceding claims, wherein the conditioning phase comprises a refining phase of the melt prior to the unloading step.
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. 9) Process according to any one of the preceding claims, wherein the step of supplying thermal energy comprises an over-stoichiometric phase which precedes the conditioning phase and during which the at least one burner is injected with oxygen. in over-stoichiometry.
10) Procédé suivant la revendication 9, dans lequel la phase sur-stœchiométrique est la phase initiale de l'étape de fourniture d'énergie thermique. The method of claim 9, wherein the super-stoichiometric phase is the initial phase of the thermal energy supply step.
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. 11) A method according to any one of the preceding claims, wherein the furnace comprises a single burner. 12) Process according to the preceding claim, wherein the oven is a rotary kiln.
13) Procédé batch ou semi-batch suivant l'une quelconque des revendications précédentes. 13) Batch or semi-batch process according to any one of the preceding claims.
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. 14) Process according to one of the preceding claims for the second melting of a metal selected from cast iron, iron, lead, aluminum, copper, antimony and tin and alloys of said metals.
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. 15) Process for the second metal melting according to one of the preceding claims wherein the complementary gas is selected from air, steam, recycled fumes, C0 2 .
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