Études de cas

Le système d'injection d'oxygène par tuyère d'Air Products réduit considérablement les coûts de coke pour une entreprise possédant un grand cubilot pour la fusion du fer.

Problème r: Air Products a contacté une entreprise possédant un grand cubilot pour la fusion du fer et a découvert que son taux d'utilisation de coke était bien supérieur à la moyenne du secteur et qu'elle faisait appel à des techniques d'exploitation dépassées.

Solution : En se rendant à l'usine pour mieux comprendre son fonctionnement, les ingénieurs d'application d'Air Products ont pu confirmer que l'installation pouvait réaliser des économies significatives en passant à un système d'injection par tuyère à oxygène d'Air Products. Notre équipe d'ingénierie des équipements a travaillé avec l'équipe de maintenance et de projet sur place pour concevoir un système adapté à leur cubilot et aux conditions d'exploitation. Une fois le système installé, nous avons effectué une mise en service complète et travaillé avec les opérateurs du cubilot pour optimiser le système. Le résultat a été une économie sur les coûts du coke plus que suffisante pour couvrir la totalité de la facture d'oxygène, ainsi qu'une optimisation et des améliorations de la productivité. 

L'interaction et le contrôle de la flamme et du four sont désormais possibles avec le brûleur oxy-combustible Air Products à chauffage uniforme, qui permet de réaliser des économies de combustible de 68 % et d'accélérer les cycles de 8 %. Voir l'étude de cas

Avec l'aide d'Air Products, un exploitant utilisant des cubilots évalue les moyens d'améliorer l'efficacité et la rentabilité de son processus grâce à l'enrichissement en oxygène et à la réduction de l'utilisation de coke.

Problème : L'escalade des prix du coke a exercé une forte pression sur les exploitants de cubilots pour qu'ils améliorent l'efficacité de leur processus. Les entreprises se tournent vers les combustibles de substitution et les technologies à base d'oxygène pour réduire leur demande en coke et améliorer leur rentabilité.

Solution : Il y a plus de dix ans, un remplacement de l'ordre de 5 à 10 % du coke par un combustible alternatif était la limite supérieure. Au-dessus de ces niveaux de substitution, les températures de la goulotte, les vitesses de fusion et la récupération du carbone étaient négativement affectées. De plus, à cette époque, il n'y avait qu'une petite différence entre le prix du coke et celui du charbon, et l'oxygène était relativement cher. Avec les conditions changeantes du marché, il arrive maintenant que le coke soit deux ou trois fois plus cher que les combustibles alternatifs sur une base équivalente en BTU, alors que les prix de l'oxygène sont restés stables. Cette nouvelle dynamique, ainsi que les progrès technologiques réalisés par Air Products, favorisent un recours accru à l'oxygène pour réduire l'utilisation de coke et augmenter la substitution par des combustibles alternatifs, tout en maintenant des opérations stables.

Air Products travaille avec un opérateur utilisant des cubilots pour augmenter l'enrichissement en oxygène et réduire lentement la dépendance au coke dans le but de réaliser des économies nettes de 200 $ à 300 $ l'heure. De plus, nos systèmes de contrôle avancés exclusifs seront mis à profit pour surveiller les principales variables du processus, telles que les températures et les compositions de gaz. En analysant des variables qui ne sont généralement pas mesurées en continu sur la plupart des sites, nos scientifiques et ingénieurs d'application seront en mesure d'optimiser rapidement l'équilibre du combustible et de l'oxygène dans le cubilot pour améliorer l'efficacité et réduire les coûts. 

S'appuyant sur leur compréhension approfondie du fonctionnement des fours, les ingénieurs d'Air Products cernent les goulots d'étranglement et élaborent une solution personnalisée pour fournir des résultats.

Problème : Une entreprise possédant un grand four à sole rotative a approché Air Products pour acheter deux brûleurs oxy-combustibles.

Solution : Souhaitant fournir la meilleure solution, et pas seulement faire une vente rapide, les ingénieurs d'application d'Air Products se sont intéressés aux opérations et au personnel de l'usine du client pour mieux comprendre les défis qu'ils essayaient de résoudre et pour déterminer s'ils utilisaient l'oxygène de manière sûre et efficace. En combinant notre expérience de la combustion, le temps passé chez le client, la modélisation informatique, les tests dans notre laboratoire de combustion et les bilans de masse et d'énergie, nous avons pu comprendre les goulots d'étranglement dans le processus du client. Notre solution faisait appel à une combinaison de brûleurs, à l'enrichissement en oxygène et à l'injection directe d'oxygène dans différentes zones du four. Nous avons installé des contrôles de débit temporaires, des brûleurs et des injecteurs, et avons démontré les avantages de notre solution, permettant au client de quantifier les avantages significatifs en termes de productivité et de qualité des produits ainsi que les économies de coûts. Sur la base de ces résultats, le client a décidé de mettre en œuvre l'oxygène de manière permanente.

En modifiant une technologie éprouvée, Air Products maximise les économies de coke pour une fonderie de fonte ductile.

Problème : Lorsque les prix du coke ont atteint des niveaux record, les spécialistes d'Air Products ont commencé à chercher des moyens d'aider les fonderies à rester concurrentielles. Air Products a repéré parmi ses clients une fonderie de fonte ductile, techniquement progressiste, qui avait confiance aux capacités techniques d'Air Products et entrevoyait la possibilité qu'essayer quelque chose de quelque peu différent pourrait lui procurer un avantage financier important.

Solution : Les ingénieurs d'application d'Air Products ont cherché à comprendre les particularités du processus du client et à trouver une solution qui soit à la fois techniquement et commercialement adaptée. Un technologue d'Air Products s'est inspiré des concepts du système d'oxygène pour cubilot d'Air Products (APCOS), une technologie élaborée en Europe qui permet d'injecter des matériaux d'inversion dans les cubilots. Un aspect extrêmement important de cette technologie était qu'elle pouvait également réduire la consommation de coke. L'équipement d'Air Products et les équipes de technologie de pointe s'appuient sur la technologie APCOS, avec l'introduction de nouvelles buses supersoniques pour améliorer l'efficacité de la pénétration de l'oxygène et du gaz naturel afin d'optimiser les économies de coke. En étroite collaboration avec le client et en puisant dans un réseau de ressources de l'industrie de la fonderie, la technologie a été intégrée avec succès dans leur processus, ce qui a permis de réaliser d'importantes économies. Le client exploite le système depuis près de deux ans et cherche maintenant à étendre son utilisation de la technologie.

Au-delà de la simple soumission d'un projet, les ingénieurs d'application d'Air Products identifient les moyens d'aider les clients potentiels à trouver non seulement une option d'approvisionnement, mais la meilleure option d'approvisionnement pour leur application.

Problème : De nombreuses entreprises qui envisagent d'utiliser des gaz industriels font appel à une société d'ingénierie pour évaluer leurs besoins, recommander une solution et rédiger un appel d'offres pour les fournisseurs potentiels.

Solution : Chez Air Products, nous évaluons ces occasions au-delà d'une simple perspective commerciale. En comprenant l'industrie et les applications de gaz industriel, nous ferons souvent des recommandations et proposerons de meilleures solutions de rechange pour l'approvisionnement.

Par exemple, lorsqu'une aciérie en démarrage a demandé un devis pour un générateur sur place pour son usine, nous avons amorcé un échange de renseignements qui comprenait l'analyse des schémas d'utilisation prévus du client, de son mode de fonctionnement et de sa production prévue pour les cinq premières années. Cela nous a permis de comparer plusieurs modes d'alimentation pour déterminer celui qui serait le plus adapté à leur application. Dans ce cas, l'alimentation liquide s'est avérée être la meilleure option pendant les premières années, et cette méthode a permis au client de réaliser des économies en remplaçant un mode d'approvisionnement à coût fixe par un mode à coût variable, sans perte de fiabilité.

De même, alors qu'elle aidait une aciérie à étudier diverses options d'approvisionnement en gaz industriel pour remplacer son usine vieillissante sur place, Air Products a fait un effort supplémentaire. Plutôt que de nous contenter de répondre à l'appel d'offres présenté, nous avons offert des conseils supplémentaires concernant les modes de fonctionnement, la consommation d'énergie et la pureté de l'alimentation. Nous avons alors travaillé avec l'usine candidate pour rédiger un appel d'offres révisé qui répondait mieux à ses besoins, sans garantie que nous obtiendrions la commande. Heureusement, grâce à notre expérience du secteur, à notre ingénierie supérieure et à notre technologie, nous avons été sélectionnés pour cet approvisionnement et permis au client de réaliser d'importantes économies.

Les problèmes d'arrêt du la coulée et de matériaux déclassés sont résolus grâce à l'assistance technique et aux solutions d'Air Products.

Problème : Un client du secteur de l'acier rencontrait des problèmes de qualité lors de la coulée, qui entraînaient non seulement un déclassement du matériel, mais aussi parfois l'arrêt de la production. Plus précisément, certains grades d'acier exposées à l'air pendant la coulée permettent la formation d'oxyde qui entraîne des inclusions indésirables et la fin prématurée de la coulée. Leur équipe technique a demandé l'assistance d'Air Products pour trouver une solution.

Solution : Forts de notre expérience dans le domaine de la fabrication de l'acier et des flux de gaz inertes cryogéniques, nous avons travaillé avec le client pour mettre en place un essai permettant de pulvériser de l'argon liquide dans le répartiteur chaud avant la coulée. Après plusieurs visites sur place, ainsi que des discussions sur la conception et la sécurité, nous avons fourni un équipement temporaire, une assistance sur place et une méthodologie de surveillance pour lutter contre ce problème coûteux. Les essais ont été concluants et nous avons continué à travailler en étroite collaboration avec le client pour installer une solution permanente, simple et moins coûteuse. Peu de temps après l'installation de cette solution, les problèmes de qualité ont non seulement été réduits au minimum, mais cette nouvelle pratique a été normalisée, ce qui a permis de réduire considérablement le colmatage et les arrêts de coulée subséquents

L'identification et la correction des erreurs de logique d'étalonnage et de contrôle, et l'installation d'un nouveau brûleur assurent une production plus élevée, une meilleure récupération et une utilisation plus faible du flux.

Problème : Nous avons visité un transformateur d'aluminium utilisant des fours rotatifs et à réverbération fournis par un concurrent. Après avoir discuté de nos plus récentes technologies, nous avons été invités à faire une visite de l'usine pour voir si nous pouvions améliorer leur fonctionnement.

Solution : Sur la base de la courte visite guidée, les ingénieurs d'application d'Air Products se sont arrangés pour revenir sur le site afin de procéder à un examen complet de l'opération. L'équipe a passé plusieurs jours sur place et a cerné de nombreux problèmes opérationnels, des problèmes d'équipement et des occasions d'améliorer la technologie de combustion, qui n'avait pas été mise à niveau depuis plus d'une décennie. L'équipe a trouvé de nombreuses erreurs d'étalonnage et de logique de contrôle lors d'une inspection complète des lignes d'écoulement d'oxygène et de gaz existants, ce qui causait à la fois un contrôle inexact et un contrôle non réactif des vannes. Une fois les problèmes avec l'équipement et les commandes résolus, l'équipe d'Air Products a installé un nouveau brûleur mieux adapté au processus. Avec cette combinaison de recommandations et d'améliorations de la part d'Air Products, la société a réalisé une production plus élevée, a augmenté la récupération et a réduit l'utilisation de flux. La mise en œuvre a été un tel succès que la société travaille maintenant avec Air Products pour évaluer les nouveaux brûleurs élaborés afin qu'ils puissent continuer à apporter des améliorations.

Un nouveau brûleur permet d'utiliser du cuivre recyclé, de réaliser des économies et d'améliorer la qualité des produits.

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L'analyse sur site, le travail d'équipe et la modélisation informatique personnalisée sont favorablement accueillis pour résoudre les difficultés rencontrées par un producteur d'aluminium dans son hall de coulée.

Problème : À mesure que l'économie prenait du mieux et que la demande augmentait, le hall de coulée d'un client d'aluminium est devenu un goulot d'étranglement. Air Products avait précédemment présenté les avantages de l'oxy-combustion pour leurs opérations, de sorte que le client a de nouveau recouru aux services d'Air Products afin d'augmenter de 25 % la production de l'un de ses fours de fusion à réverbère.

Solution : Après avoir passé du temps sur place avec les ingénieurs et les opérateurs du client, Air Products disposait des données nécessaires pour créer un modèle informatique du four. La modélisation informatique était une étape critique, puisqu'elle nous permettait de simuler la température du four et les taux de fusion si des brûleurs oxy-combustibles étaient installés à l'usine, en conjonction avec les brûleurs régénératifs air-combustible déjà en place. Lors de sa visite aux laboratoires de combustion d'Air Products à Allentown, en Pennsylvanie, le responsable de la maintenance de l'installation a été très clair : « Nous avons besoin d'un partenaire, pas d'un fournisseur ». Il a déclaré que leurs spécialités étaient la fusion du métal, la coulée de billettes et la fabrication d'extrusions d'aluminium, et non la combustion d'oxy-combustibles. Grâce au système oxy-combustible d'Air Products et à la nouvelle relation de collaboration, le projet a été un succès et le client fond désormais 25 % plus de métal par jour, ce qui se traduit par un plus grand nombre d'extrusions et des bénéfices plus élevés. Fort de ce succès, il cherche à étendre l'utilisation de nos systèmes oxy-combustibles à ses autres fours.

Une véritable coopération permet d'obtenir des améliorations de rendement exceptionnelles et de développer des contrôles avancés.

Problème : Products fournit des technologies à l'industrie de l'aluminium secondaire depuis plus de 30 ans. En fait, la plupart des entreprises utilisant des systèmes oxy-combustible dans cette industrie utilisent la technologie Air Products. Le brûleur à oxygène à haut rendement breveté d'Air Products a été mis au point pour être utilisé dans les fours rotatifs afin de minimiser les pertes de fusion et l'utilisation du flux, tout en augmentant la productivité. Les avantages ont été démontrés sur plusieurs sites bêta et dans plusieurs installations commerciales aux États-Unis et en Europe. Pour passer au niveau supérieur et quantifier les avantages dans diverses conditions de fonctionnement, Air Products s'est mis à la recherche d'un fabricant avant-gardiste.

Solution : Air Products s'est transformé en un chef de file de l'industrie de l'aluminium secondaire, offrant des capacités uniques. Le rendement étant un paramètre très difficile à mesurer avec précision, nous savions que cette entreprise de pointe serait à la hauteur. Grâce à leur propre logiciel exclusif, ils ont pu suivre les avantages du brûleur innovant, par type de ferraille, dans l'un de leurs fours rotatifs. Ils convertissent maintenant tous leurs fours au nouveau modèle de brûleur. Ils sont non seulement partisans de l'amélioration du rendement, mais travaillent avec les ingénieurs d'Air Products pour développer la prochaine génération de commandes avancées.

La mise en œuvre d'une technologie de classe mondiale double la productivité des producteurs de métaux précieux.

Publier: Lorsqu'un producteur de métaux précieux existant a embauché un nouveau métallurgiste, la hausse des prix des métaux précieux lui a fait réaliser qu'il existait de nombreuses possibilités d'amélioration de la productivité, ce qui l'a amené à demander l'aide d'Air Products.

Solution : Air Products savait qu'avec l'augmentation de la valeur des métaux précieux, la mise en œuvre de notre technologie de classe mondiale pouvait augmenter la productivité du client et maximiser son rendement. Nos ingénieurs d'application ont consacré plusieurs mois à informer le client sur les améliorations techniques et de processus potentielles, y compris des voyages accompagnés pour visiter d'autres sites utilisant ces pratiques et technologies avancées. Le client a adopté les recommandations et a doublé sa productivité au cours de l'année dernière, rien qu'avec les améliorations de processus. La productivité devrait encore augmenter lorsque les améliorations de la technologie à base d'oxygène seront achevées plus tard dans l'année.

Le fabricant de lingots secondaires refondus en aluminium (RSI) obtient des temps de cycle plus rapides et moins d'émissions grâce à la conception personnalisée du brûleur d'Air Products.

Il y a plus de quinze ans, Greenway Industries a reconnu la nécessité de disposer d'une exploitation de four rotatif en Ontario, au Canada, et a pris les devants pour combler ce vide. Dès le début, Greenway s'est engagée à utiliser une technologie progressive, convaincue que cela se traduirait par de meilleurs rendements et des clients plus heureux. Pour ce faire, Greenway a fait appel à Air Products pour ses brûleurs oxy-combustibles exclusifs. « Nous entretenons de bonnes relations de travail avec Air Products, tant d'un point de vue technique que commercial », a déclaré Rob Rakovsky, vice-président de Greenway Industries, qui poursuit : « Nous en sommes à notre troisième four rotatif utilisant la technologie oxy-combustible d'Air Products et nous exploitons actuellement un four de 27 000 livres et un four de 36 000 livres, pour une capacité empirique de production de métal de 10 à 12 millions de livres par mois ».

Greenway Industries fabrique des lingots secondaires de refonte d'aluminium (RSI) dans une multitude de grades, dont, à l'heure actuelle, 380, 356, 6061, 6063, 3104, 3105 et 3003. Le RSI est coulé dans des truies de 2 000 livres qui sont vendues aux fonderies automobiles, aux fondeurs sous pression, aux laminoirs et aux tôleries, ainsi qu'aux fondeurs de billettes. La ferraille à recycler est traitée dans deux fours rotatifs dont le brûleur à oxy-combustible est monté sur la porte. Une fois la porte fermée, le four devient une cuve fermée où un contrôle informatique est utilisé pour ajuster les rapports stœchiométriques, contrôlant ainsi l'atmosphère dans le four. L'atmosphère contrôlée du four produit moins d'oxydation, ce qui se traduit par de meilleurs rendements et moins d'émissions, selon M. Rakovsky, de Greenway. « Nous pensons que le système oxy-combustible nous assure donne un temps de cycle plus rapide que le gaz naturel (et l'air ambiant) seul », ajoute M. Rakovsky, poursuivant « Cela crée une situation gagnant/gagnant/gagnant pour nos clients, notre entreprise et l'environnement. »

Comme l'a constaté Greenway, Air Products propose des systèmes de brûleurs d'oxy-combustibles de pointe dont la forme, la taille, la luminosité et la rétention d'oxygène de la flamme ont été spécialement conçues pour les fours rotatifs. Les modèles de brûleurs, de conduits de fumée et de portes de l'entreprise, qui ont fait leurs preuves, sont utilisés dans plus de 25 fours rotatifs aux États-Unis seulement. Ces brûleurs traitent une grande variété de produits, notamment des scories, des déchets et des matériaux contaminés. L'expérience d'Air Products en matière de fusion dans les fours rotatifs à simple et double passage et les fours à réverbération, associée aux caractéristiques de la flamme de notre brûleur, a démontré que ces méthodes permettent d'obtenir des taux de production plus élevés et d'améliorer la récupération par rapport aux résultats produits par le gaz naturel et l'air ambiant.

Grâce à une équipe de spécialistes, Air Products développe continuellement de nouvelles offres innovantes pour répondre aux besoins de ses clients, tout se démarquant comme chef de file en matière de fiabilité et de sécurité des livraisons. « Notre objectif est d'obtenir des résultats », explique Frank Romano, ingénieur en chef chez Air Products, avant de poursuivre : « Nous mettons notre expérience au service de nos clients, qu'il s'agisse de taux de production plus élevés, de rendements supérieurs, d'amélioration sur le plan des émissions ou de résolution des problèmes. Notre équipe dévouée de spécialistes de l'aluminium et le support client local travailleront de concert pour répondre à vos besoins. »

Rakovsky, de Greenway Industries, résume ainsi la technologie : « Le système d'oxy-combustion d'Air Products brûle à une température plus élevée, plus proprement et en produisant moins d'émissions », permettant à Greenway de se concentrer sur sa mission de fournir des produits de qualité à ses clients, tout en augmentant sa part de marché.

Pour savoir comment la technologie d'oxy-combustion de pointe d'Air Products peut vous aider à augmenter votre production et à réduire vos coûts, communiquez avec nous.

Remarque : Depuis la rédaction de cet article, Greenway a cessé ses activités.

Une analyse informatique détaillée et une évaluation des processus produisent une solution personnalisée.

Problème : Un grand transformateur d'aluminium secondaire possédant plusieurs fours rotatifs souhaitait augmenter son rendement et sa production. Déjà très performant, il s'est tourné vers Air Products pour améliorer davantage ses résultats.

Solution : Les scientifiques et les ingénieurs d'application d'Air Products ont relevé le défi. Au cours de plusieurs visites sur place, et en s'efforçant de comprendre les exigences du client, notre équipe a évalué tous les éléments susceptibles d'influencer la combustion lors des opérations, notamment la taille du conduit de fumée, les types de brûleurs, l'emplacement et l'orientation des brûleurs, les points de consigne du taux d'allumage, les rapports stœchiométriques, et d'autres. Cette analyse approfondie, combinée à la modélisation informatique du four, a permis de déterminer que notre brûleur oxy-combustible à haut rendement conviendrait parfaitement à leur exploitation. Ce brûleur breveté*, conçu spécifiquement pour les fours rotatifs pour l'aluminium, assure un chauffage uniforme dans tout le four et permet de garder l'oxygène libre dans l'enveloppe de la flamme, minimisant ainsi l'oxydation de l'aluminium, qui peut entraîner une perte de rendement.

* Brevet américain n° 8404018