Application de la mécanique des sols aux écoulements de solides dans le haut fourneau

A continuum mechanics approach to the flow of granular solids in the blast furnace

• Auteur / Autrice : Christophe Petit
• Direction : Jean-Bernard Guillot
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Métallurgie
• Date : Soutenance en 1994
• Etablissement(s) : Châtenay-Malabry, Ecole centrale de Paris

Mots clés

Mots clés contrôlés

Hauts fourneaux

Mots clés libres

Charge haut fourneau

Cercle Mohr

Vitesse écoulement

Blast furnace charge

Mohr circle

Flow velocity

Résumé

Un haut fourneau sidérurgique est un vaste réacteur qui réalise un contre-courant gaz-solide. Le comportement de la charge solide (différences de perméabilité, vitesse d'écoulement, contraintes s'exerçant sur les parois) conditionne la bonne marche et la longévité du haut fourneau. Nous avons étudié cet écoulement en construisant un modèle qui calcule en tout point le tenseur des contraintes et le vecteur vitesse par la méthode des lignes caractéristiques. Nous avons d'abord présenté les bases théoriques de notre calcul en exploitant la représentation de Mohr et en particulier la méthode du pôle. Nos hypothèses sont les suivantes: 1) nous considérons un seul matériau sans cohésion, parfaitement plastique et suivant le critère de Coulomb; 2) les directions principales du tenseur des déformations coïncident avec celles du tenseur des contraintes; 3) il y a conservation du volume (la dilatation est nulle). Ce modèle peut être utilisé à deux dimensions ou en axisymétrique si l'on adopte l'hypothèse de Haar-Karman. Cependant son application à la cuve du haut fourneau a souligné la différence entre les résultats obtenus suivant que l'on se place à deux ou trois dimensions. Il est donc nécessaire d'en tenir compte, aussi bien pour les calculs que pour l'exploitation des résultats d'une maquette. Nous avons aussi mesuré l'influence de différents paramètres du matériau angle de frottement interne, masse volumique et de la cuve profil, frottement aux parois, vitesse d'extraction sur les contraintes et les vitesses. Nous avons complété notre modélisation par un travail expérimental sur une maquette bidimensionnelle qui utilise l'approximation des rouleaux de Schneebeli. L'application d'un programme de visualisation des déformations par analyse d'images a permis de mettre en évidence le rôle fondamental de l'extraction périphérique dans l'écoulement du haut fourneau et nous a permis de proposer une nouvelle carte des directions de la contrainte principale majeure dans le haut fourneau. Notons enfin que la méthode et les outils développés peuvent être appliqués à d'autres problèmes (silos. . . ) ou à d'autres matériaux (métaux. . . )