CA2029737A1 - Plaques de refroidissement pour hauts-fourneaux et installation de refroidissement mettant en oeuvre ce type de plaques - Google Patents
Plaques de refroidissement pour hauts-fourneaux et installation de refroidissement mettant en oeuvre ce type de plaquesInfo
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Abstract
SOCIETE DITE : CHAVANNE KETIN Plaques de refroidissement pour hauts-fourneaux et installation de refroidissement mettant en oeuvre ce type de plaques. DU CONTENU TECHNIQUE DE L'INVENTION La présente invention a pour objet une plaque de refroidissement (20) notamment d'un hautfourneau dans laquelle circule un fluide de refroidissement au moyen de tubes internes (24e), ladite plaque de refroidissement (20), ayant la forme d'un "C" dont les branches définissent deux margelles horizontales continues (22 et 23) entre lesquelles est inséré un élément de revêtement en matériau réfractaire. L'invention a également pour objet une installation de refroidissement mettant en oeuvre ce type de plaques. Fig. 2
Description
ZC~7~7 La présente invention est relative à une plaque de refroidissement utilisée dans des unités métallurgiques dont les parois sont soumises à des flux de chaleur élevés tels que pour des hauts-four-neaux, mais pouvant etre utilisée pour des fours ou équipements dont on désire, soit capter les flux calorifiques émis par le four, soit chauffer de manière contrôlée les parois a l'aide de ce meme type de plaques.
La présente invention a également pour objet une installation de refroidissement mettant en oeuvre ce type de plaques.
Les hauts-fourneaux modernes sont de plus en plus exploités à des allures et niveaux de pression tels que les flux de chaleur émis peuvent etre, glo-balement, localement et de manière aléatoire impor-tants, et qu'il est n~cessaire de les capter et d'assurer leur transfert, notamment dans les zones d'étalages, ventre, bas de cuve, mi-cuve et haut de cuve. En particulier, dans le cas d'unités autoportantes, il est indispensable que le blindage n'atteigne pas des niveaux de température ou ne subisse pas des variations de température avec formatlo~ de contraintes thermomécaniques, pouvant mettre e~ péril sa tenue aux résistances mécaniques.
I,es flux thermiques émis dans les différentes zones du haut fourneau doivent etre captés par un systeme h~térogène formé du revetement réfractaire, de l'élément refroidisseur, c'est à
dire la plaque de refroidissement, du blindage, tel que l'élément refroidisseur remplisse une double fonction de refroidissement énergique du réfractaire et d'écran au passage des flux ~ers le blindage.
L'utilisation de telles plaques de refroi-
La présente invention a également pour objet une installation de refroidissement mettant en oeuvre ce type de plaques.
Les hauts-fourneaux modernes sont de plus en plus exploités à des allures et niveaux de pression tels que les flux de chaleur émis peuvent etre, glo-balement, localement et de manière aléatoire impor-tants, et qu'il est n~cessaire de les capter et d'assurer leur transfert, notamment dans les zones d'étalages, ventre, bas de cuve, mi-cuve et haut de cuve. En particulier, dans le cas d'unités autoportantes, il est indispensable que le blindage n'atteigne pas des niveaux de température ou ne subisse pas des variations de température avec formatlo~ de contraintes thermomécaniques, pouvant mettre e~ péril sa tenue aux résistances mécaniques.
I,es flux thermiques émis dans les différentes zones du haut fourneau doivent etre captés par un systeme h~térogène formé du revetement réfractaire, de l'élément refroidisseur, c'est à
dire la plaque de refroidissement, du blindage, tel que l'élément refroidisseur remplisse une double fonction de refroidissement énergique du réfractaire et d'écran au passage des flux ~ers le blindage.
L'utilisation de telles plaques de refroi-
2 ;~0;~ 3~
dissement disposées entre la paroi interne dublindage et le revêtement réfractaire est nécessaire, en raison des variations des flux de chaleur inhérents aux techniques modernes d'ex-ploitation des haut-fourneaux, ces variations pouvant être locales, rapides et aléatoires dans le temps.
Dans un autre domaine d'application, les plaques de refroidissement peuvent être portées et maintenues à une certaine température pour remplir des fonctions de chauffage ou de maintien en témpé-rature de corps sous une quelconque forme granulométrique afin d'évacuer leur teneur en eau ou les porter à une température nécessaire ~ leur utilisation.
Les plaques de refroidissement sont constituées d'éléments en fonte parcourus dans leur masse par un réseau de tubes dans lesquels circule un flux de refroidissement qui est en g~n~ral de l'eau.
Ces plagues sont notamment décrites dans les FR-A-2 493 871 et FR-A-2 552 105.
Ces tubes de refroidissement débouchent sur une face des plaques de refroidissement et traversent le blindage, à l'extérieur duquel ils sont reliés soit entre eux, soit à des tubes de refroidissement d'une plaque adjacente sup~rieure ou inferieure. Les tubes ainsi reliés déterminent des lignes de circulation du fluide s'élevant dans un plan sensiblement vertical le long de la paroi du haut-fourneau, ces lignes étant raccordées à un circuit extérieur - de circulation et de refroidissement du fluide.
Les plaques de refroidissement doivent ~tre 20~73~
concues de fa~on telle qu'elles assurent un bon échange thermique avec le fluide de refroidissement et avec le revetement réfractaire, tout en créant un écran au flux thermique se propageant du four vers le blinda~e.
De plus, elles doivent résister aux défor-mations et sollicitations thermomécaniques résultant des flux de chaleur ~levés, r~sister ~ l'abrasion lorsque le revetement réfractaire aura disparu partiellement ou totalement et elles doivent pouvoir etre changées facilement sans avoir à pénétrer dans l'enceinte du haut-fourneau.
Or les plaques de refroidissement connues ne satisfont pas tou~ours pleinement à ces condltions.
En effet, elles ne permettent pas de dispo-ser pour certaines zones sensibles du haut-fourneau d'un écran encore plus efficace au passage des flux thermi~ues et d'irriguer de mani~re plus intense les zones angulaires des plaques.
D'autre part, elles présentent des imperfec-tions qui conduisent à perdre plus ou moins totale-ment et plus ou moins rapidement le revetement réfractaire, ce qui a pour conséquence de mettre les plaques en contact avec la charge du haut-fourneau, après se~llement quelques années, sans avoir pu ~5 bénéficier totalement des qualités physico-chimiques des réfractaires utilisés en retardant de manière sensible le moment ~ partir duquel les plaques se trouvent soumises ~ des conditions plus contraignan-tes, le revetement réfractaire ~tant disparu.
On connait des installations de refroidis-sement notamment de hauts-fourneaux dont les plaques de refroidissement sont constituees d'un él~ment en fonte de forme sensiblement parallélépipédique, dans 4 2~Z97~
lequel sont noyés des tubes longitudinaux disposés parallèlement les uns aux autres, ces tubes débou-chant sur une même face principale, respectivement en partie haute et basse de la plaque de refroidis-sement, dans un fourreau protecteur dont l'une des caractéristi~ues originales réside dans la forme gaufrée de la face opposée ~ celle où débouchent les tubes de refroidissement.
Les plaques de refroidissement sont ~arnies de leur élément de revetement réfractaire directe-ment sur le site sidérurgique lors de la construc-tion ou de la réfection d'un haut-fourneau, ce ~u~
ne permet pas de réaliser cette opération avec tout le soin et les controles de qualité requis.
La présente invention vise ~ remédier à ces inconvénients en proposant de fournir une installa-tion de refroidissement présentant une fiabilité
plus grande, assurant encore de manière homogene et efficace le role d'écran au passage des flux allant ~0 du four vers le blindage et permettant une mise en place de l'élément de revêtement réractaire directement en atelier.
-- La présente invention a ainsi pour ob~et une plaque de refroidissement notamment d'un haut-four-~`J5 neau dans laquelle circule un fluide de refroidisse-ment au moyen de tubes internes, caract~risée en ce qu'elle a la forme d'un "C" dont les branches défi-nissent deux margelles horizontales continues entre lesquelles est insér~ un élément de revêtement en matériau refractaire.
Selon d'autres caractérist~ques de l'invention :
- au moins une des margelles comporte une contred~pouille de blocage de l'él~ment de revête-. .
~0~:~97~7 ment en matériau réfractaire.
- L'élément de revêtement en materiau réfractaire est composé de briques réfractaires faconnées, - l'élément de revêtement en materiau réfractaire est monolithique, réalisé par coulée d'un béton réfractaire dans l'espace délimité par les margelles, - la brique s'appuyant sur la contredépouil-le est une brique débloquant l'ensemble des briques de l'élément de revêtement en matériau réfractaire, - la contredépouille est un cran de retenue de l'élément de revêtement monolithique.
- une margelle comportant la contredépouille est située en partie haute de la plaque de refroi-dissement, - chaque margelle comporte une nappe hori-zontale d'au moins un tube de refroidissement en fonction de son emplacement dans le haut-fourneau, - chaque margelle comporte sur sa face chaude un insert de profil approprié pour le renforcement de ladite face chaude, - l'insert est en carbure de silicium.
- La présente invention a également pour objet une installation de refroidissement notamment d'un haut-fourneau ~ l'aide de pla~ues de refroidissement définies ci-dessus, lesdites plaques de refroidisse-ment étant disposées en couronnes successives superposées le long de la paroi interne du blindage du haut-fourneau et étant traversées par des tubes internes ou circule un fluide de refroidissement, les entrées et les sorties desdits tubes internes étant situées à des niveaux différents, les tubes internes de deux plaques ad;acentes dans un plan 6 ,~ 3~
vertical étant reliés entre eux de façon à définir un réseau de lignes de circulation verticales du fluide, relié à un circuit extérieur, caractéris~e en ce que les plaques de chaque couronne sont, par rapport aux plaques de la couronne ad~acente, décal~es dans un plan horizontal d'au moins un tube de refroidissement de façon à former sur la ma~eure partie de la surface desdites plaques des lignes de longueurs identiques.
lQ D'autres caractéristiques et avantages de la présente invention apparaitront au cours de la description qui va suivre, faite en référence aux dessins annexés sur lesquels :
- la Fig. 1 est une vue schematique générale de l'installation de refroidissement adapt~e ~ un haut-fourneau, - la Fig. 2 est une vue en élévation laté-rale d'une plaque de refroidissement, - la Fig. 3 est une vue de la face arrière -o de la plaque de refroidissement de la Fig. 1, - la Fig. 4 est une vue de dessus de la plaque de refroidissement de la Fig. 1, - la Fig. 5 est une vue développee partielle du réseau de lignes de circulation du fluide de refroidissement sur une partie de la circonférence totale du haut fourneau, - la Fig. 6 est une vue partielle en ~l~vation latérale montrant la fixation de deux plaques de refroidissement sur le blindage du haut-fourneau.
L'installation repr~sentée ~ la Fig.
comporte un haut fourneau 1, contre la paroi interne duquel sont placées des plaques de refroidissement dont seule les conduites lnternes ont ~t~ représen-.
- -' .
' ~
7 2~9737 tées reliées les unes aux autres, désignées par la référence générale 2. Les plaques de refroidissement comportent en effet des tubes internes qui débouchent a différents niveaux aux parties haute et basse de ces dernières, et sont reliées à la plaque adjacente immédiatement supérieure et à la plaque adjacente immédiatement inférieure dans un plan vertical, pour définir une ligne de circulation constituée par l'ensernble des tubes internes reliés entre eux.
Une conduite circulaire d'alimentation 3, entourant le haut fourneau à sa partie inférieure, comporte un ensemble de conduites individuelles d'alimentation 4 qui sont respecti~ement branchées aux entrées 5 des lignes de circulation 2. Une conduite circulaire de retour 6, entourant le haut-fourneau à un niveau supérieur, comprend égalementun ensemble de conduites individuelles de retour 7 branchées aux sorties 8 des lignes de circulation.
Cet ensemble de lignes de circulation verticales constitue un réseau placé le long du blindage du haut-fourneau qui est relié respectivement à sa partie basse à la circulaire d'alimentation 3 et à
la partie haute à la circulaire de retour 6.
Ce réseau de lignes de circulation est relié
~ chacune de ses extrémités par l'intermédiaire des circulaires d'alimentation 3 et de retour 6 à un circuit extérieur, non représenté.
Sur la Fig.1, on n'a représenté, dans un but de simpliication, qu'une circulaire d'alimentation et une circulaire de retour pour une ligne de circulation du fluide refrigérant.
En fait, le fluide de refroidissement, qui dans la suite de la description sera considéré ~
t~tre non limitatif comme ~tant de l'eau, est , 8 2~297~7 introduit à différents niveaux dans un même plan vertical suivant des rangs différents des plaques de refroidissement.
Comme represent~ sur les Figs 2 à 4, chaque plaque de refroidissement 20 est constituée d'un elément en fonte de forme sensiblement parall~lé-pipédique ayant la forme d'un "C" dont la partie centrale constitue le corps 21 de la plaque et dont les deux branches définissent en partie haute et basse une margelle respectivement 22 et 23 horizontale et continue.
Dans le corps 21 de la plaque 20 sont noyés des tubes longitudinaux 24a, 24b, 24c... disposéQ
verticalement, parallèlement les uns aux autres et par exemple au nombre de cinq (Fi~. 3).
Sur la face arriere de la plaque 20 debouchent les entr~es 25a, 25b, 25c... et les sorties 26a, 26b, 26c.,. des tubes de refroidissement 24a, 24b, 24c....
Les entrées 25a, 25b, 25c... et les sort$es 26a, 26b, 26c.... sont réparties sur trois niveaux de fa~on à cléfinir dans le corps 21 une alternance de tubes courts 24a, 24c et 24e et de tubes longs 24b et 24d.
Chaque margelle 22 et 23 est refroidie par exemple par deux tubes transversaux respectivement 27a, 27b et 28a, 28b disposés horizontalement dont les entr~es 270a, 270b et 280a, 280b et les sorties 271a, 271b et 281a, 281b d~bouchent sur la face arriere de la plaque de refroidissement.
Les tubes horizontaux 25a, 27b et 28a et 28b permettent de refroidir de ~açon plus intense les angles de 12 plaque de refroidissement 20, et assurent avec l'ensemble des tubes longitudinaux, de -.: .. . . . : . - . . : : - .
.
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~ 7 ~ 7 manière homogène, le role d'écran au passage des flux thermiques, par un refroidissement efficace de chacune des plaques 20 de refroidissement et de l'ensemble des plaques qui leur sont mitoyennes.
Le nombre de tubes horizontaux est fonction de la position de la plaque de refroidissement 20 dans le haut-fourneau.
La section des tubes horizontaux 27a, 27b, 28a et 28b est telle que l'on puisse par des vitesses de circulation suffisantes, supérieures a 2m/s, capter les flux émis sans nécéssiter des débits importants, ni engendrer des pertes de charge anormalement élevées.
La vitesse de circulation du fluide de refroidissement dans les tubes verticaux 24a, 24b, 24c... peut être ajust~e en fonction d'un module de refroidissement.
La face avant de la plaque 20 située entre les margelles 22 et 23 comporte un gaufrage 30 (Fig.
2) dont les ondes sont remplies avec un produit 31 réfractaire bon conducteur de faible granulométrie.
L'epaisseur des margelles 22 et 23 est de l'ordre cle 200 mm. Au moins une des margelles, par exemple la margelle 22 dans l'exemple repr~senté à
la Fig.2, comporte une contredépouille 22a permet-tant de bloquer par exemple les briques 32 notamment en carbure de silicium lié au nitrure et formant le revêtement réfractaire.
La brique 32a s'appuyant sur la contre-~épouille 22a est une brique cle bloquant l'ensemble des bri~ues r~fractaires.
Grâce ~ la forme en "C" de la plaque derefroidissement 20 les briques 32 peuvent etre mont~es directement en atelier lors de la : ' ' ' ' ;- : ~ ' .~- . . ~ .
.. . .
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10 26~ 37 fabrication des plaques avec tout le soin et les contrales de qualité requis, qui ne peuvent être parfaitement appliqués lors de la période habituelle de la construction ou réfection des parois réfrac-taires des hauts-fourneaux sur le site sidérurgique.
L'élément de revêtement réfractaire peut ~tre monolithique par exemple en béton réfractaire coulé entre les margelle~ 22 et 23 et dans ce cas la contredépouille 22a forme un cran de maintien dudit élement sur la plaque 20.
Ainsi, cette nouvelle génération de plaques de refroidissement permet d'obtenir un meilleur contact entre la fonte et le réfractaire, une assu~
rance qualité de mise en oeuvre des réfractaires et un gain de temps lors des opérations de construction ou réfection des hauts-fourneaux.
Chaque margelle 22 et 23 comporte sur sa face chaude un insert 33, par exemple en carbure de silicium, en particulier de section droite trapezoI-dale à queue d'aronde, de renforcement de ladite face chaude (Fig.2 ).
Si l'on se reporte ~ la Fig. 5, on constateque les plaques de refroidissement 20 sont disposées ~en couronnes successives A, B, C... superposées le long de la paroi interne du blindage du haut-four-neau et les tubes internes 24 dq deux plaques ad;acentes dans un plan vert1cal sont reliés entre eux de fa,con à définir un réseau de lignes de circulation verticales du fluide, relie au circuit exterieur.
Comme on peut le voir sur la Fig. 5, les plaques 20 d'une couronne sur deux, par exemple les plaques 20 des couronnes B et D, sont décal~es dans un plan horizontal, par rapport aux plaques 20 d~ la .
.
11 2~2~737 couronne adjacente supérieure A et C, d'un tube de circulation du fluide de refroidissement de fason à
former sur la majeure partie de la surface déter-minée par lesdites plaques de refroidissement des lignes 40 de longueurs identiques.
Cette définition permet d'obtenir une répartion uniforme du fluide de refroidissement.
En se reportant maintenant à la Fig. 6 on va décrire la f iXatiOIl des plaques 20 sur le blindage 41 du haut-fourneau.
Chaque plaque 20 est fixée sur le blindage 41 ~ l'aide, d'une part, d'un point fixe 42 par exemple en partie basse en pression contrôlée sur des joints continus 43 en élastomère et produits isolants de remplissage 44 et, d'autre par~, d'un point mobile 45 avec des compensateurs d'étanchéité
46 par exemple en partie haute de ladite plaque 20 en pression controlée sur des joints discontinus 47 en élastomère et produits isolants de remplissa~e 44.
Des rondelles soudées 48 sont prévues entre les entrées 25 des tubes 24 et le blindage 41 au niveau des points fixes 42, tandis que des rondelles glissantes 49 sont prévues entre les sorties 26 des tubes 2~ au niveau des points mobiles 45.
Ces dispositifs permettent le mouvement relatif entre les plaques 20 et le changement éven-tuel d~ ces dernières en fin de campagne du haut-fourneau, dans un délai très court sans avoir à
pénétrer ~ l'intérieur de celui-ci.
Entre deux plaques de refroidissement ad;acentes 20 sont prévus des joints 50 ~ui sont montés après mise en place desdites plaques sur le blindage 41. Ces joints 50 sont constitués par ~ -:.
12 Z~2,973~
exemple d'un mastic fibreux.
L'installation selon la présente invention `permet de disposer pour certaines zones sensibles du haut-fourneau d'un ecran encore plus éfficace au passage du flux thermique, d'irriguer de manière plus intense les zones angulaires des plaques et d'~viter la création d'interfaces plus ou moins larges préjudiciables au transfert thermique et phénomène de conduction à trav~rs l'ens~mble formé
par les plaques et la paroi réfractaire.
De plus, la forme particulière des plaques de refroidissement évite la désolidarisation du revetement réfractaire de son appui sur la face chaude ce qui permet de bénéficier totalement des qualités physico-chimiques des réfractaires.
dissement disposées entre la paroi interne dublindage et le revêtement réfractaire est nécessaire, en raison des variations des flux de chaleur inhérents aux techniques modernes d'ex-ploitation des haut-fourneaux, ces variations pouvant être locales, rapides et aléatoires dans le temps.
Dans un autre domaine d'application, les plaques de refroidissement peuvent être portées et maintenues à une certaine température pour remplir des fonctions de chauffage ou de maintien en témpé-rature de corps sous une quelconque forme granulométrique afin d'évacuer leur teneur en eau ou les porter à une température nécessaire ~ leur utilisation.
Les plaques de refroidissement sont constituées d'éléments en fonte parcourus dans leur masse par un réseau de tubes dans lesquels circule un flux de refroidissement qui est en g~n~ral de l'eau.
Ces plagues sont notamment décrites dans les FR-A-2 493 871 et FR-A-2 552 105.
Ces tubes de refroidissement débouchent sur une face des plaques de refroidissement et traversent le blindage, à l'extérieur duquel ils sont reliés soit entre eux, soit à des tubes de refroidissement d'une plaque adjacente sup~rieure ou inferieure. Les tubes ainsi reliés déterminent des lignes de circulation du fluide s'élevant dans un plan sensiblement vertical le long de la paroi du haut-fourneau, ces lignes étant raccordées à un circuit extérieur - de circulation et de refroidissement du fluide.
Les plaques de refroidissement doivent ~tre 20~73~
concues de fa~on telle qu'elles assurent un bon échange thermique avec le fluide de refroidissement et avec le revetement réfractaire, tout en créant un écran au flux thermique se propageant du four vers le blinda~e.
De plus, elles doivent résister aux défor-mations et sollicitations thermomécaniques résultant des flux de chaleur ~levés, r~sister ~ l'abrasion lorsque le revetement réfractaire aura disparu partiellement ou totalement et elles doivent pouvoir etre changées facilement sans avoir à pénétrer dans l'enceinte du haut-fourneau.
Or les plaques de refroidissement connues ne satisfont pas tou~ours pleinement à ces condltions.
En effet, elles ne permettent pas de dispo-ser pour certaines zones sensibles du haut-fourneau d'un écran encore plus efficace au passage des flux thermi~ues et d'irriguer de mani~re plus intense les zones angulaires des plaques.
D'autre part, elles présentent des imperfec-tions qui conduisent à perdre plus ou moins totale-ment et plus ou moins rapidement le revetement réfractaire, ce qui a pour conséquence de mettre les plaques en contact avec la charge du haut-fourneau, après se~llement quelques années, sans avoir pu ~5 bénéficier totalement des qualités physico-chimiques des réfractaires utilisés en retardant de manière sensible le moment ~ partir duquel les plaques se trouvent soumises ~ des conditions plus contraignan-tes, le revetement réfractaire ~tant disparu.
On connait des installations de refroidis-sement notamment de hauts-fourneaux dont les plaques de refroidissement sont constituees d'un él~ment en fonte de forme sensiblement parallélépipédique, dans 4 2~Z97~
lequel sont noyés des tubes longitudinaux disposés parallèlement les uns aux autres, ces tubes débou-chant sur une même face principale, respectivement en partie haute et basse de la plaque de refroidis-sement, dans un fourreau protecteur dont l'une des caractéristi~ues originales réside dans la forme gaufrée de la face opposée ~ celle où débouchent les tubes de refroidissement.
Les plaques de refroidissement sont ~arnies de leur élément de revetement réfractaire directe-ment sur le site sidérurgique lors de la construc-tion ou de la réfection d'un haut-fourneau, ce ~u~
ne permet pas de réaliser cette opération avec tout le soin et les controles de qualité requis.
La présente invention vise ~ remédier à ces inconvénients en proposant de fournir une installa-tion de refroidissement présentant une fiabilité
plus grande, assurant encore de manière homogene et efficace le role d'écran au passage des flux allant ~0 du four vers le blindage et permettant une mise en place de l'élément de revêtement réractaire directement en atelier.
-- La présente invention a ainsi pour ob~et une plaque de refroidissement notamment d'un haut-four-~`J5 neau dans laquelle circule un fluide de refroidisse-ment au moyen de tubes internes, caract~risée en ce qu'elle a la forme d'un "C" dont les branches défi-nissent deux margelles horizontales continues entre lesquelles est insér~ un élément de revêtement en matériau refractaire.
Selon d'autres caractérist~ques de l'invention :
- au moins une des margelles comporte une contred~pouille de blocage de l'él~ment de revête-. .
~0~:~97~7 ment en matériau réfractaire.
- L'élément de revêtement en materiau réfractaire est composé de briques réfractaires faconnées, - l'élément de revêtement en materiau réfractaire est monolithique, réalisé par coulée d'un béton réfractaire dans l'espace délimité par les margelles, - la brique s'appuyant sur la contredépouil-le est une brique débloquant l'ensemble des briques de l'élément de revêtement en matériau réfractaire, - la contredépouille est un cran de retenue de l'élément de revêtement monolithique.
- une margelle comportant la contredépouille est située en partie haute de la plaque de refroi-dissement, - chaque margelle comporte une nappe hori-zontale d'au moins un tube de refroidissement en fonction de son emplacement dans le haut-fourneau, - chaque margelle comporte sur sa face chaude un insert de profil approprié pour le renforcement de ladite face chaude, - l'insert est en carbure de silicium.
- La présente invention a également pour objet une installation de refroidissement notamment d'un haut-fourneau ~ l'aide de pla~ues de refroidissement définies ci-dessus, lesdites plaques de refroidisse-ment étant disposées en couronnes successives superposées le long de la paroi interne du blindage du haut-fourneau et étant traversées par des tubes internes ou circule un fluide de refroidissement, les entrées et les sorties desdits tubes internes étant situées à des niveaux différents, les tubes internes de deux plaques ad;acentes dans un plan 6 ,~ 3~
vertical étant reliés entre eux de façon à définir un réseau de lignes de circulation verticales du fluide, relié à un circuit extérieur, caractéris~e en ce que les plaques de chaque couronne sont, par rapport aux plaques de la couronne ad~acente, décal~es dans un plan horizontal d'au moins un tube de refroidissement de façon à former sur la ma~eure partie de la surface desdites plaques des lignes de longueurs identiques.
lQ D'autres caractéristiques et avantages de la présente invention apparaitront au cours de la description qui va suivre, faite en référence aux dessins annexés sur lesquels :
- la Fig. 1 est une vue schematique générale de l'installation de refroidissement adapt~e ~ un haut-fourneau, - la Fig. 2 est une vue en élévation laté-rale d'une plaque de refroidissement, - la Fig. 3 est une vue de la face arrière -o de la plaque de refroidissement de la Fig. 1, - la Fig. 4 est une vue de dessus de la plaque de refroidissement de la Fig. 1, - la Fig. 5 est une vue développee partielle du réseau de lignes de circulation du fluide de refroidissement sur une partie de la circonférence totale du haut fourneau, - la Fig. 6 est une vue partielle en ~l~vation latérale montrant la fixation de deux plaques de refroidissement sur le blindage du haut-fourneau.
L'installation repr~sentée ~ la Fig.
comporte un haut fourneau 1, contre la paroi interne duquel sont placées des plaques de refroidissement dont seule les conduites lnternes ont ~t~ représen-.
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' ~
7 2~9737 tées reliées les unes aux autres, désignées par la référence générale 2. Les plaques de refroidissement comportent en effet des tubes internes qui débouchent a différents niveaux aux parties haute et basse de ces dernières, et sont reliées à la plaque adjacente immédiatement supérieure et à la plaque adjacente immédiatement inférieure dans un plan vertical, pour définir une ligne de circulation constituée par l'ensernble des tubes internes reliés entre eux.
Une conduite circulaire d'alimentation 3, entourant le haut fourneau à sa partie inférieure, comporte un ensemble de conduites individuelles d'alimentation 4 qui sont respecti~ement branchées aux entrées 5 des lignes de circulation 2. Une conduite circulaire de retour 6, entourant le haut-fourneau à un niveau supérieur, comprend égalementun ensemble de conduites individuelles de retour 7 branchées aux sorties 8 des lignes de circulation.
Cet ensemble de lignes de circulation verticales constitue un réseau placé le long du blindage du haut-fourneau qui est relié respectivement à sa partie basse à la circulaire d'alimentation 3 et à
la partie haute à la circulaire de retour 6.
Ce réseau de lignes de circulation est relié
~ chacune de ses extrémités par l'intermédiaire des circulaires d'alimentation 3 et de retour 6 à un circuit extérieur, non représenté.
Sur la Fig.1, on n'a représenté, dans un but de simpliication, qu'une circulaire d'alimentation et une circulaire de retour pour une ligne de circulation du fluide refrigérant.
En fait, le fluide de refroidissement, qui dans la suite de la description sera considéré ~
t~tre non limitatif comme ~tant de l'eau, est , 8 2~297~7 introduit à différents niveaux dans un même plan vertical suivant des rangs différents des plaques de refroidissement.
Comme represent~ sur les Figs 2 à 4, chaque plaque de refroidissement 20 est constituée d'un elément en fonte de forme sensiblement parall~lé-pipédique ayant la forme d'un "C" dont la partie centrale constitue le corps 21 de la plaque et dont les deux branches définissent en partie haute et basse une margelle respectivement 22 et 23 horizontale et continue.
Dans le corps 21 de la plaque 20 sont noyés des tubes longitudinaux 24a, 24b, 24c... disposéQ
verticalement, parallèlement les uns aux autres et par exemple au nombre de cinq (Fi~. 3).
Sur la face arriere de la plaque 20 debouchent les entr~es 25a, 25b, 25c... et les sorties 26a, 26b, 26c.,. des tubes de refroidissement 24a, 24b, 24c....
Les entrées 25a, 25b, 25c... et les sort$es 26a, 26b, 26c.... sont réparties sur trois niveaux de fa~on à cléfinir dans le corps 21 une alternance de tubes courts 24a, 24c et 24e et de tubes longs 24b et 24d.
Chaque margelle 22 et 23 est refroidie par exemple par deux tubes transversaux respectivement 27a, 27b et 28a, 28b disposés horizontalement dont les entr~es 270a, 270b et 280a, 280b et les sorties 271a, 271b et 281a, 281b d~bouchent sur la face arriere de la plaque de refroidissement.
Les tubes horizontaux 25a, 27b et 28a et 28b permettent de refroidir de ~açon plus intense les angles de 12 plaque de refroidissement 20, et assurent avec l'ensemble des tubes longitudinaux, de -.: .. . . . : . - . . : : - .
.
.-- : - - . . - :
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- -: :
~ 7 ~ 7 manière homogène, le role d'écran au passage des flux thermiques, par un refroidissement efficace de chacune des plaques 20 de refroidissement et de l'ensemble des plaques qui leur sont mitoyennes.
Le nombre de tubes horizontaux est fonction de la position de la plaque de refroidissement 20 dans le haut-fourneau.
La section des tubes horizontaux 27a, 27b, 28a et 28b est telle que l'on puisse par des vitesses de circulation suffisantes, supérieures a 2m/s, capter les flux émis sans nécéssiter des débits importants, ni engendrer des pertes de charge anormalement élevées.
La vitesse de circulation du fluide de refroidissement dans les tubes verticaux 24a, 24b, 24c... peut être ajust~e en fonction d'un module de refroidissement.
La face avant de la plaque 20 située entre les margelles 22 et 23 comporte un gaufrage 30 (Fig.
2) dont les ondes sont remplies avec un produit 31 réfractaire bon conducteur de faible granulométrie.
L'epaisseur des margelles 22 et 23 est de l'ordre cle 200 mm. Au moins une des margelles, par exemple la margelle 22 dans l'exemple repr~senté à
la Fig.2, comporte une contredépouille 22a permet-tant de bloquer par exemple les briques 32 notamment en carbure de silicium lié au nitrure et formant le revêtement réfractaire.
La brique 32a s'appuyant sur la contre-~épouille 22a est une brique cle bloquant l'ensemble des bri~ues r~fractaires.
Grâce ~ la forme en "C" de la plaque derefroidissement 20 les briques 32 peuvent etre mont~es directement en atelier lors de la : ' ' ' ' ;- : ~ ' .~- . . ~ .
.. . .
,: :
10 26~ 37 fabrication des plaques avec tout le soin et les contrales de qualité requis, qui ne peuvent être parfaitement appliqués lors de la période habituelle de la construction ou réfection des parois réfrac-taires des hauts-fourneaux sur le site sidérurgique.
L'élément de revêtement réfractaire peut ~tre monolithique par exemple en béton réfractaire coulé entre les margelle~ 22 et 23 et dans ce cas la contredépouille 22a forme un cran de maintien dudit élement sur la plaque 20.
Ainsi, cette nouvelle génération de plaques de refroidissement permet d'obtenir un meilleur contact entre la fonte et le réfractaire, une assu~
rance qualité de mise en oeuvre des réfractaires et un gain de temps lors des opérations de construction ou réfection des hauts-fourneaux.
Chaque margelle 22 et 23 comporte sur sa face chaude un insert 33, par exemple en carbure de silicium, en particulier de section droite trapezoI-dale à queue d'aronde, de renforcement de ladite face chaude (Fig.2 ).
Si l'on se reporte ~ la Fig. 5, on constateque les plaques de refroidissement 20 sont disposées ~en couronnes successives A, B, C... superposées le long de la paroi interne du blindage du haut-four-neau et les tubes internes 24 dq deux plaques ad;acentes dans un plan vert1cal sont reliés entre eux de fa,con à définir un réseau de lignes de circulation verticales du fluide, relie au circuit exterieur.
Comme on peut le voir sur la Fig. 5, les plaques 20 d'une couronne sur deux, par exemple les plaques 20 des couronnes B et D, sont décal~es dans un plan horizontal, par rapport aux plaques 20 d~ la .
.
11 2~2~737 couronne adjacente supérieure A et C, d'un tube de circulation du fluide de refroidissement de fason à
former sur la majeure partie de la surface déter-minée par lesdites plaques de refroidissement des lignes 40 de longueurs identiques.
Cette définition permet d'obtenir une répartion uniforme du fluide de refroidissement.
En se reportant maintenant à la Fig. 6 on va décrire la f iXatiOIl des plaques 20 sur le blindage 41 du haut-fourneau.
Chaque plaque 20 est fixée sur le blindage 41 ~ l'aide, d'une part, d'un point fixe 42 par exemple en partie basse en pression contrôlée sur des joints continus 43 en élastomère et produits isolants de remplissage 44 et, d'autre par~, d'un point mobile 45 avec des compensateurs d'étanchéité
46 par exemple en partie haute de ladite plaque 20 en pression controlée sur des joints discontinus 47 en élastomère et produits isolants de remplissa~e 44.
Des rondelles soudées 48 sont prévues entre les entrées 25 des tubes 24 et le blindage 41 au niveau des points fixes 42, tandis que des rondelles glissantes 49 sont prévues entre les sorties 26 des tubes 2~ au niveau des points mobiles 45.
Ces dispositifs permettent le mouvement relatif entre les plaques 20 et le changement éven-tuel d~ ces dernières en fin de campagne du haut-fourneau, dans un délai très court sans avoir à
pénétrer ~ l'intérieur de celui-ci.
Entre deux plaques de refroidissement ad;acentes 20 sont prévus des joints 50 ~ui sont montés après mise en place desdites plaques sur le blindage 41. Ces joints 50 sont constitués par ~ -:.
12 Z~2,973~
exemple d'un mastic fibreux.
L'installation selon la présente invention `permet de disposer pour certaines zones sensibles du haut-fourneau d'un ecran encore plus éfficace au passage du flux thermique, d'irriguer de manière plus intense les zones angulaires des plaques et d'~viter la création d'interfaces plus ou moins larges préjudiciables au transfert thermique et phénomène de conduction à trav~rs l'ens~mble formé
par les plaques et la paroi réfractaire.
De plus, la forme particulière des plaques de refroidissement évite la désolidarisation du revetement réfractaire de son appui sur la face chaude ce qui permet de bénéficier totalement des qualités physico-chimiques des réfractaires.
Claims (12)
1. Plaque de refroidissement notamment d'un haut-fourneau dans laquelle circule un fluide de refroidissement au moyen de tubes internes (24a, 24b, 24c...), caractérisée en ce qu'elle a la forme d'un "C" dont les branches définissent deux margelles horizontales continues (22, 23) entre lesquelles est inséré un élément de revêtement en matériau réfractaire.
2. Plaque de refroidissement selon la reven-dication 1, caractérisée en ce qu'au moins une des margelles (22, 23) comporte une contredépouille (22a) de blocage de l'élément de revêtement en matériau réfractaire.
3. Plaque de refroidissement selon la revendication 1, caractérisée en ce que l'élément de revêtement en matériau réfractaire est composé de briques (32) réfractaires façonnées.
4. Plaque de refroidissement selon la revendication 1, caractérisée en ce que l'élément de revêtement en matériau réfractaire est monolithique, réalisé par coulée d'un béton réfractaire dans l'espace délimité par les margelles (22, 23).
5. Plaque de refroidissement selon la reven-dication 1, caractérisée en ce que la brique (32a) s'appuyant sur la contredépouille (22a) est une brique clé bloquant l'ensemble des briques (32) de l'élément de revêtement en matériau réfractaire.
6. Plaque de refroidissement selon la revendication 2, caractérisée en ce que la contredépouille (22a) est un cran de maintien de l'élément de revêtement monolithique.
7. Plaque de refroidissement selon la reven-dication 2, caractérisée en ce qu'une margelle (22) comportant la contredépouille (22a) est située en partie haute de ladite plaque de refroidissement (20).
8. Plaque de refroidissement selon la revendication 1, caractérisée en ce que chaque margelle (22, 23) comporte une nappe horizontale d'au moins un tube de refroidissement (27a, 27b, 28a, 28b) en fonction de son emplacement dans le haut-fourneau (1).
9. Plaque de refroidissement selon la revendication 1, caractérisée en ce que chaque margelle (22, 23) comporte sur sa face chaude un insert (33) de profil approprié pour le renforcement de ladite face chaude.
10. Plaque de refroidissement selon la revendication 9, caractérisée en ce que l'insert (33) est en carbure de silicium.
11. Installation de refroidissement notamment d'un haut-fourneau à l'aide de plaques de refroidissement selon l'une des revendications précédentes, lesdites plaques de refroidissement (20) étant disposées en couronnes successives superposées le long de la paroi interne du blindage (41) du haut-fourneau (1) et étant traversées par des tubes internes (24a, 24b, 24c...) où circule un fluide de refroidissement, les entrées (25a, 25b, 25c...) et les sorties (26a, 26b, 26c...) desdits tubes internes étant situées à des niveaux différents, les tubes internes (24a, 24b, 24c...) de deux plaques adjacentes (20) dans un plan vertical étant reliés entre eux de façon à créer un réseau de lignes (40) de circulation sensiblement verticales du fluide, relié à un circuit extérieur, caractérisée en ce que les plaques (20) de chaque couronne sont, par rapport aux plaques (20) de la couronne adjacente, décalées dans un plan horizontal d'au moins un tube de refroidissement de façon à former sur la majeure partie de la surface desdites plaques (20) des lignes (40) de longueurs identiques.
12. Installation selon la revendication 11, caractérisée en ce que chaque plaque de refroidis-sement (20) est fixée en pression contrôlée contre le blindage (41) du haut-fourneau à l'aide, d'une part, de points fixes (42) en partie basse ou haute de ladite plaque (20) sur des joints continus (43) en élastomère et produits isolants de remplissage (44) et, d'autre part, de points mobiles (45) avec compensateur d'étanchéité (46) en partie haute ou en partie basse de ladite plaque (20) sur des joints discontinus (47) en élastomère et produits isolants de remplissage (44).
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