lZ~ t37 Perfectionnement aux enveloppes de cowpers ou appareils analogues.-La présente invention concerne, notamment, les cowpers de hauts-fourneaux, c'est-~-dire les appareils ~ inversion dans lesquels s'effectue le réchauffage de llair envoyé aux tuyeres des hauts-fourneaux.
Un tel appareil comprend une paroi latérale constituée de plaques de t81e soudée, surmontee d'une coupole egalement en t~le soudee. L'enceinte formee par la paroi laterale et la coupole abrite une chambre de combustion et une chambre de ruchage.
Les conditions qui règnent dans les cowpers et en particu-lier les conditlons de température (cette derniere pouvant dépasser 1300 dans certaines zones) provoquent fréquemment des incidents au niveau de leurs parois métalliques. On constate en effet apres quelques années de fonctionnement l'apparition 15 de fissures, en particulier au niveau du dôme et du puits de combustion. Ces fissures se développent a partir de la face interne de la paroi métallique, principalement à proximité des soudures, parallèlement ou transversalement ~ ces dernières.
Elles sont dues ~ llaction corrosive des nitrates produits par 20 les oxydes d'azote formés à haute température, dans des zones o~ les contraintes de traction subies par l'enveloppe métalli-que sont importantes. Il s'agit donc d'un phénomene de corro-sion fissurante sous tension.
De tels incidents peuvent prendre des proportions impor-25 tantes et nécessiter le remplacement complet de ces appareils, ce qui, d'une part, représente un coût extrêmement elev~ et, d'autre part, entraine une immobilisation pouvant avoir pour consequence l'arrêt complet du haut-fourneau qu'ils desservent.
Pour pallier de tels incidents, on a p~r o p o s é
30 d a n ~- l e brevet~: FR-2526810 de réaliser autour de la paroi du cowper une deuxieme enveloppe et de remplir l'espace ainsi délimité par les deux enveloppes d'un matériau de remplis-sage a base de carbure de silicium et de graphite.
Le but de la présente invention est de proposer un ~ , garnissage de la double enveloppe plus spécialement adapté
aux contraintes thermiques à transmettre, tout en étant d'une mise en oeuvre aisée.
A cet effet, l'invention a pour objet une enveloppe pour cowper ou appareil de réchauffage à air com-prenant une première paroi réalisée en tole soudée et comportant une deuxième paroi en tôle soudée, extérieure et parallèle à la première, ces deux parois délimitant un espace rempli d'un matériau de remplissage, enveloppe dans laquelle le matériau de remplissage est à base de grenaille d'un métal ou d'un alliage léger, noyée dans un liant à base de résine thermodurcissable.
L'invention a également pour objet un procédé de fabrication d'une telle enveloppe, dans lequel on double une paroi intérieure en tôle par une deuxième paroi extérieure en tôle, parallèle à la première, cette deuxième paroi délimitant avec la première paroi un espace, et on remplit cet espace avec un matériau de remplissage comprenant de la grenaille d'un métal ou d'un alliage léger et un liant à
base de résine thermodurcissable.
Suivant des caractéristiques préférentielles:
- les particules métalliques ont des dimensions com-prises entre 0,2 et 2 mm environ et, de préférence, entre 0,S et 1,5 mm;
- on utilise de l'aluminium ou un alliage à base d'aluminium.
L'invention va être décrite plus en détail en se référant au dessin annexé, donné uniquement à titre d'exemple et sur lequel:
- la Fig. 1 est une vue en coupe de l'enveloppe d'un cowper, réalisée suivant l'invention;
- La Fig. 2 est également une vue en coupe montrant un exemple de réalisation dans le cas d'épaisseurs variables des parois.
~' 12S3~87 On voit sur la Fig.1 une partie d'une enveloppe de cowper ou appareil analogue comprenant une paroi inté-rieure métallique 1 réalis~e en tôle soudée dont l'~pais-seur peut 8tre comprise,par exemple entre 15 et 30 mm.
Sur la face de cette paroi dirigée vers l'intérieur de l'ap-pareil se trouve un revêtement réfractaire 2.
Sur la face extérieure de cette t81e sont ap-puyées des bandes de t81e 3 disposées horlzontalement et verticalement et qui sont soud~es ~ une deuxi~me s~rie de toles constituant une paroi extérieure 4.
Entr~ les deux parois et les entretoises 3 sont d~limités des alvéoles 5 rempIis d'un mat~riau de remplissage 6.
La paroi extérieure est de préf~rence réalisée dans la même nuance d'acier que la paroi intérieure et pré-sente une ~paisseur à peu près comparable.
A cet égard,dans le mode de réalisation de la Fig.2 on apergoit une zone de l'enveloppe dans laquelle les parois intérieures et extérieures ont des ~paisseurs variables~La paroi intérieure comporte par exemple une par-tie inf~rieure 1a prësentant une épaisseur de 24 mm et une partie sup~rieure lb présentant une épaisseur de 17mm. L'épais-seur de la paroi extérieure 4a,4b peut varier en conséquen-ce,comme repr~senté sur le dessin. De même,l'épaisseur de l'in~ervalle 5a,5b délimité entre les deux parois peut va-rier entre par exemple 3 et 30 mm,une épaisseur de l'ordre de 1Omm étant cependant préf~rée.
- Le matériau de remplissage de l'intervalle déllmité entre les parois est,suivant l'inventlon,constitué
par de la grenaille d'aluminium ou d'un alliage d'alumi-nium dont les particules ont de préférence les dimensions comprises entre 0,2 et 2mm,par exemple,une dimension de l'ordre de 0,5 ou 1,5 mm étant particuli~rement favorable.
- ~ En fait,la dimension moyenne des granules métalliques est choisle de fagon à obtenir un remplissage optimal des alvéo-. ~-~, .
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les et est,en tout état de cause,inférieure ~ la largeur minimale de l'intervalle entre les deux parois.
En ce qui concerne la composition de cette gre-naille métallique,on utilisera de l'aluminium ou de préfé-rence un alliage à base d'aluminium ou un autre métalou alliage léger à conductivité thermique élevée.
Les interstices entre les granules métalliques sont remplis par un liant ~ base de résine ou d'un mélange de résine thermo-durcissable résistant à une température égale ou supérieure ~ 110C.Cette résine peut être par exem-ple une résine polyuréthane phénolique en poudre ou sous for-me de gel liquide,contenant les adjuvants nécessaires à son durcissement et éventuellement une charge ainsi que cela est classique dans les techniques de moulage ou de coulée de telles résines.
Suivant un mode de mise en oeuvre,le remplissage des alvéoles peut être effectué de la façon suivante : on réalise tout d'abord dans un malaxeur un enrobage des par-ticules métalliques,en utilisant la résine en poudre ou sous forme de gel liquide.
Puis,on effectue la mise en place du mélange ainsi préparé,par injection ou par coulée,éventuellement sous gaz neutre tel que de l'azote,par des orifices 7 dans lesquels sont introduits par exemple par vissage,des tubulures telles que 8. Des trous d'évents sont prévus,si nécessaire dans cette même paroi 4.Cette mise en place du mélange peut s'ef-fectuer à froid. Pendant cette opération de remplissage ou immédiatement après on effectue une opération de vibration de facon à obtenir un excellent remplissage des alvéoles.
Cette opération peut être effectuée au moyen d'un vibreur unidirectionnel haute~ fr~quence.
Le durcissage de la résine s'effectue entre 20 minutes et une heure environ après la mise en place du mélange,cette durée dépendant bien entendu des proportions de durcisseur contenues dans le mélange.
lZ~3~87 Ce durcissement peut éventuellement être accéléré par une légère augmentation de la temp~rature.
Les orifices tels que 7 sont ensuite obtur~s, par exemple au moyen de bouchons vissés ou soud~s,de façon à rétablir la continuité de la paroi extérieure 4.
Ce type de remplissage est particulièrement intéressant.En effet :
- sa bonne conductivité thermique permet d'évi-ter la formation d'un gradient de temp~rature élevé entre les deux parois et par conséquent de limiter les contrain-tes d-~es ~ une dilatati~n differentielle;
- les alvéoles entre les parois étant entière-ment remplis en particulier du fait de la présence d'une résine qui comble les interstices entre les granules métal-liques,on empêche la mise en pression de l'espace entreles parois et le passage de tout agent gazeux ou liquide agressif venant de l'enceinte du cowper vers la nouvelle enveloppe ;
- le produit de remplissage utilisé n'est pas attaqué par les nitrates de sorte que la paroi extérieure se trouve isolée de ces derniers,même après fissuration de la paroi intérieure ;
- le mélange introduit entre les parois a une faible densité,par exemple comprise entre 1 et 1,5,ce qui limite les charges et les efforts de traction exercés sur les tôles,ne nécessitant pas une augmentation de l'épais-seur des parois pour résister aux pressions et temp~ra-ture régnant dans l'enceinte du cowper;
- le procéd~ de mise en place est particuliè-rement simple puisque il n'est pas nécessaire de chaufferles parois ou si un tel chauffage est réalisé,il n'est ef-fectué qu'~ une température relativemeht faible de quel-ques dizaines de C au-dessus de zéro.
En variante,les entretoises 3 peuvent être sup-primées,le procédé étant cependant mis en oeuvre dans lesmêmes conditions- lZ ~ t37 Improvement in cowpers envelopes or similar devices.
The present invention relates, in particular, to cowpers of blast furnaces, that is to say ~ the devices ~ inversion in which heat the air sent to the nozzles blast furnaces.
Such an apparatus comprises a side wall constituted of welded t81e plates, also surmounted by a dome in t ~ the soda. The enclosure formed by the side wall and the dome houses a combustion chamber and a ruchage.
The conditions prevailing in cowpers and in particular link the temperature conditions (the latter can exceed 1300 in some areas) frequently cause incidents at their metal walls. We aknowledge indeed after a few years of operation the appearance 15 of cracks, especially at the dome and the well combustion. These cracks develop from the face internal of the metal wall, mainly near the welds, parallel or transversely ~ the latter.
They are due ~ corrosive action of nitrates produced by 20 nitrogen oxides formed at high temperature in areas o ~ the tensile stresses undergone by the metallic envelope that are important. It is therefore a phenomenon of corro-cracking ion under tension.
Such incidents can take on significant proportions.
25 aunts and require the complete replacement of these devices, which, on the one hand, represents an extremely high cost ~ and, on the other hand, entails an immobilization which can have for consequence the complete shutdown of the blast furnace they serve.
To alleviate such incidents, we ap ~ ropos é
30 dan ~ - the patent ~: FR-2526810 to realize around the cowper wall a second envelope and fill in the space thus delimited by the two envelopes of a filling material sage based on silicon carbide and graphite.
The purpose of the present invention is to provide a ~, lining of the double jacket more specially adapted thermal stresses to be transmitted, while being of an easy implementation.
To this end, the subject of the invention is a envelope for cowper or air heater taking a first wall made of welded sheet metal and comprising a second wall of welded sheet metal, exterior and parallel to the first, these two walls delimiting a space filled with filling material, envelope in which the filling material is based on shot of a metal or light alloy, embedded in a binder based thermosetting resin.
The invention also relates to a method of manufacture of such an envelope, in which a double sheet metal inner wall with a second outer wall in sheet metal, parallel to the first, this second wall delimiting with the first wall a space, and we fill this space with a filling material including shot of a metal or light alloy and a binder thermosetting resin base.
According to preferential characteristics:
- the metallic particles have dimensions taken between 0.2 and 2 mm approximately and, preferably, between 0.5 and 1.5 mm;
- aluminum or a base alloy is used aluminum.
The invention will be described in more detail in referring to the attached drawing, given only as a example and on which:
- Fig. 1 is a sectional view of the envelope of a cowper, produced according to the invention;
- Fig. 2 is also a sectional view showing a example of implementation in the case of variable thicknesses walls.
~ ' 12S3 ~ 87 We see in Fig. 1 part of an envelope cowper or similar device comprising an inner wall metallic rior 1 made ~ e of welded sheet metal which ~
seur can 8tre understood, for example between 15 and 30 mm.
On the face of this wall directed towards the interior of the ap-similar is a refractory lining 2.
On the outside of this t81e are ap-puyées bands of t81e 3 arranged horizontally and vertically and which are welded ~ a second series of sheets constituting an outer wall 4.
Entr ~ the two walls and the spacers 3 are d ~ limited cells 5 filled with a mat ~ riau filling 6.
The outer wall is preferably made in the same steel grade as the inner wall and pre-feels a roughly comparable thickness.
In this regard, in the embodiment of the Fig. 2 we see an area of the envelope in which interior and exterior walls have ~ thicknesses variables ~ The interior wall includes, for example, a tie lower ~ 1a having a thickness of 24 mm and a upper part lb having a thickness of 17mm. The thick-sor of the outer wall 4a, 4b can vary accordingly this, as shown in the drawing. Likewise, the thickness of in ~ ervalle 5a, 5b delimited between the two walls can va-laugh between for example 3 and 30 mm, a thickness of the order of 1Omm being however pref ~ rée.
- The filling material of the gap dellmity between the walls is, according to the inventlon, constituted by aluminum shot or an aluminum alloy nium whose particles preferably have the dimensions between 0.2 and 2mm, for example, a dimension of the order of 0.5 or 1.5 mm being particularly favorable.
- ~ In fact, the average size of metallic granules is choose in order to obtain an optimal filling of the alveo-. ~ -~,.
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them and is, in any event, less than the width minimum of the interval between the two walls.
With regard to the composition of this gre-metallic mesh, aluminum or preferably It uses an aluminum-based alloy or another metal or light alloy with high thermal conductivity.
The gaps between the metal granules are filled with a binder ~ resin base or a mixture temperature-resistant thermosetting resin equal or greater ~ 110C. This resin can be for example-ple a phenolic polyurethane resin in powder or in form me of liquid gel, containing the adjuvants necessary for its hardening and possibly a filler as well this is classic in molding or casting techniques such resins.
According to an embodiment, the filling alveoli can be performed as follows:
firstly, in a mixer, coating the par-metal sheets, using powdered resin or in the form of liquid gel.
Then, the mixture is put in place as well prepared, by injection or by casting, possibly under gas neutral such as nitrogen, through orifices 7 in which are introduced for example by screwing, pipes such as 8. Vent holes are provided, if necessary in this same wall 4. This placement of the mixture can be perform cold. During this filling operation or immediately after a vibration operation is carried out so as to obtain an excellent filling of the alveoli.
This can be done using a vibrator unidirectional high ~ fr ~ frequency.
The hardening of the resin takes place between 20 minutes and an hour approximately after the installation of the mixing, this duration of course depending on the proportions hardener contained in the mixture.
lZ ~ 3 ~ 87 This hardening can possibly be accelerated by a slight increase in temperature.
The orifices such as 7 are then closed off, for example by means of screwed or welded plugs, so to restore the continuity of the outer wall 4.
This type of filling is particularly interesting.
- its good thermal conductivity makes it possible to ter the formation of a high temperature gradient between both walls and therefore limit the stresses your d ~ ~ es ~ a differential dilat ~ n;
- the cells between the walls being whole-particularly filled due to the presence of a resin that fills the gaps between the metal granules-preventing the pressurization of the space between the walls and the passage of any gaseous or liquid agent aggressive coming from the cowper enclosure towards the new envelope;
- the filling product used is not attacked by nitrates so the outer wall is isolated from them, even after cracking from the inner wall;
- the mixture introduced between the walls has a low density, for example between 1 and 1.5, which limits the loads and tensile forces exerted on the sheets, not requiring an increase in thickness wall sor to resist pressures and temp ~ ra-ture reigning in the enclosure of the cowper;
- the procedure for setting up is particular rement simple since it is not necessary to heat the walls or if such a heating is carried out, it is ef-made that ~ a relatively low temperature of what ques tens of C above zero.
As a variant, the spacers 3 can be sup-awarded, the process being however implemented under the same conditions-