EP0021919B1 - Dispositif de fixation et d'étanchéité pour plaques de refroidissement d'un haut fourneau - Google Patents

Dispositif de fixation et d'étanchéité pour plaques de refroidissement d'un haut fourneau Download PDF

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EP0021919B1
EP0021919B1 EP80400802A EP80400802A EP0021919B1 EP 0021919 B1 EP0021919 B1 EP 0021919B1 EP 80400802 A EP80400802 A EP 80400802A EP 80400802 A EP80400802 A EP 80400802A EP 0021919 B1 EP0021919 B1 EP 0021919B1
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plates
fixing
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Jean Armand Cordier
Raymons Louis Briche
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TECHNILOR
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USINOR SA
TECHNILOR
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    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C21—METALLURGY OF IRON
    • C21B—MANUFACTURE OF IRON OR STEEL
    • C21B7/00—Blast furnaces
    • C21B7/10—Cooling; Devices therefor

Definitions

  • the present invention relates to a device capable of ensuring, on the one hand, the fixing and the maintenance of the cooling plates against the internal wall of a blast furnace shield, and on the other hand, the sealing at the gas passages. between shielding and cooling plates inside the blast furnace and at the inlets and outlets of the coolant circulation tubes outside the blast furnace.
  • the present device allows the plates to be held against the internal wall of a blast furnace without these specific means of attachment.
  • the present device is composed of elements, cups and washers, welded on the one hand, to the shield of the blast furnace, on the other hand, on the sheath protecting the water inlet and outlet tubes of the plates cooling, the cups being placed in the upper parts of the plates while the washers are placed in the lower parts.
  • the gases, alkaline vapors, carbon, formed during the development of the cast iron in the enclosure of the blast furnace arrive to pass through the refractory lining through the joints, cracks or spaces prevailing between the cooling plates and can travel along the shielding inside the blast furnace, or escape outside the blast furnace: either through the holes reserved in the shielding for the passage of the water inlet and outlet tubes of the cooling plates, either by the annular space formed by the water inlet and outlet tubes and the tubular protective sleeves.
  • the gases mainly CO and C0 2 are a nuisance and a serious danger for the personnel if they escape from the blast furnace.
  • the passage of hot gases between the shield and the cooling plates is a disruptive element for the proper functioning of said plates, one of the functions of which is to prevent the sheets constituting the shield from undergoing abnormal temperature rises, detrimental to their mechanical strength.
  • the device according to the present invention makes it possible to avoid these drawbacks by preventing the gases from traveling along the inner wall of the shielding and therefore by eliminating the possibility of carbon deposits forming.
  • the fixing cups and washers are made of weldable steel of thickness and shapes such that the cups can undergo slight deformations and the washers can serve as a fixed point.
  • the washers are carefully cut from a weldable steel and the weld bead connecting them to the shielding is determined by a number of welding passes such that there is a resistant and perfectly sealed junction.
  • the cups are stamped in steel sheets of small thickness but with good elastic limit to give them once welded the best possible flexibility.
  • the weld beads for the shield connection are suitable for making a strong and perfectly waterproof junction.
  • these washers and cups maintain with sufficient efficiency and pressure the cooling plates against the shielding while preventing the gases prevailing in the enclosure of the blast furnace from escaping towards the outside. They therefore provide a fixing role, a sealing role and a compression role for the seals placed between the shielding and the cooling plates.
  • stuffing products are firstly placed in the spaces created between the various cooling plates as well as in the space formed between the internal wall of the shielding and the cold face of the plates.
  • the sealing device which is the subject of the invention comprises a series of flexible preformed seals of shape allowing the fitting onto support bosses provided on the cooling plates.
  • cooling plates At the bottom of the cooling plates are bonded rectangular shaped seals of suitable thickness depending on the design of the plates, so that once they are mounted inside the blast furnace, they constitute a continuous belt in contact with the shield and with the cold side of the cooling plates.
  • the same number of sealing belts follows, preventing gas passage along the internal wall of the blast furnace, the device being able to be suitable from the display area. to the top of the tank.
  • each sleeve protecting the water outlet tube is equipped with a flat circular seal ensuring the elastic support of the cooling plates against the shielding and baffling against possible flow. off the blast furnace.
  • the sealing device is completed at the outer end of the outer sheaths to the shielding by the installation of ring-shaped seals obtained by forming silicone elastomer or similar plastic product. These rings are housed in the annular space formed by the water inlet and outlet tubes and by the protective furnaces, these seals are locked in position by a metal washer made integral with the water circulation tubes by welding points .
  • ring seals are held by a clamp or similar fixing which ensures their retention by strapping as well as a compression between the metal washer and a stuffing of silicone elastomer or similar plastic product injected into the assembly between circulation tube. of water and protective sleeves, after placing an asbestos braid.
  • the sealing device for the gas passages between the protective sheath 4 and the tube 9 where the water circulates applies both to the circulation water inlet tubes at the bottom of the cooling plates 3 and to the tubes water outlet placed at the top of the cooling plates.
  • the flexible seal or ring 10 is held in compression by a clamp 12 or similar fixing.
  • a washer 6 is both welded externally to the shield 2 and to the tubular protective sheath 4. This washer 6 constitutes the fixed point at the bottom of the cooling plates.
  • a cup 13 is also both welded externally to the shield 2 and to the tubular protective sheath 4. This cup 13 constitutes the movable point at the hat level of the cooling plates.
  • the washers 6 and cups 13 ensure a perfect seal against the possible flow of blast furnace gases which could escape through the holes reserved in the shield for the passage of the protective sleeves 4.
  • the stuffing product 14 placed between the internal wall of the shield 2 and the cooling plate 3 is a flexible refractory concrete based on magnesia, CO resistant which is injected during mounting of the plates. Such a passage is available under the name of Plasmag from Pasek France.
  • the stuffing product 15 placed in the interstices separating two adjacent cooling plates 3 is a waterproof fibrous mastic of refractory fibers in a ceramic binder resistant to about 1200 ° C. Such a product is available from SEPR.
  • Fig. 1 is designated by the general reference 17 the coating of refractory bricks which is bonded to the internal faces of the cooling plates by known techniques for preparing this type of refractory coating for shielding protection.
  • Figs. 4, 5 and 6 is shown the seal 1 in plan and sections while in FIG. 7 is shown a seal 1 constituting one of the elements of a sealing belt placed on the circumference 19 of the internal wall of a blast furnace.

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Description

  • La présente invention est relative à un dispositif propre à assurer, d'une part, la fixation et le maintien des plaques de refroidissement contre la paroi interne d'un blindage de haut fourneau, et d'autre part, l'étanchéité aux passages gazeux entre blindage et plaques de refroidissement à l'intérieur du haut fourneau et aux entrées et sorties des tubes de circulation du fluide de refroidissement vers l'extérieur du haut fourneau.
  • Contrairement aux dispositifs habituellement utilisés qui prévoient des boulons de fixation traversant le blindage par des orifices ménagés à cet effet pour maintenir les plaques de refroidissement contre le blindage, le présent dispositif permet le maintien des plaques contre la paroi interne d'un haut fourneau sans ces moyens spécifiques d'accrochage.
  • On évite ainsi:
    • - la création d'un nombre important de trous dans le blindage, les ouvertures pratiquées dans ce dernier, si minimes soient-elles, étant toujours préjudiciables à sa bonne résistance mécanique et souvent source d'amorce de fissuration;
    • - d'avoir à résoudre le problème d'étanchéité aux passages gazeux au droit des orifices réservés pour le passage des boulons de fixation des plaques de refroidissement.
  • Le présent dispositif est composé d'éléments, coupelles et rondelles, soudés d'une part, sur le blindage du haut-fourneau, d'autre part, sur le fourreau protégeant les tubes d'entrée et de sortie d'eau des plaques de refroidissement, les coupelles étant placées en parties hautes des plaques alors que les rondelles sont placées en parties basses.
  • Les gaz, vapeurs alcalines, carbone, formés lors de l'élaboration de la fonte dans l'enceinte du haut fourneau arrivent à traverser le garnissage réfractaire au travers des joints, fissures ou espaces régnant entre les plaques de refroidissement et peuvent cheminer le long du blindage à l'intérieur du haut fourneau, ou encore s'échapper à l'extérieur du haut-fourneau: soit par les orifices réservés dans le blindage pour le passage des tubes d'entrée et de sortie d'eau des plaques de refroidissement, soit par l'espace annulaire formé par les tubes d'entrée et sortie d'eau et les fourreaux protecteurs tubulaires.
  • Les gaz, principalement CO et C02 sont une gêne et un danger grave pour le personnel s'ils s'échappent du haut fourneau.
  • Le passage de gaz chauds entre le blindage et les plaques de refroidissement est un élément perturbateur du bon fonctionnement desdites plaques dont une des fonctions est d'empêcher les tôles constituant le blindage de subir des élévations anormales de température, préjudiciables à leur résistance mécanique.
  • Le passage de gaz chauds entre le blindage et les plaques de refroidissement est source de formation des dépôts, principalement de carbone, qui exercent peu à peu des efforts importants sur les plaques de refroidissement en ayant tendance à repousser ces dernières vers l'intérieur du haut fourneau, le mécanisme de dépôt de carbone par passage de gaz de haut fourneau le long d'une paroi froide étant un phénomène connu.
  • Le dispositif selon la présente invention permet d'éviter ces inconvénients en empêchant les gaz de cheminer le long de la paroi intérieure du blindage et de ce fait en éliminant la possibilité de formation de dépôts de carbone.
  • Ceci est réalisé par interposition entre les plaques de refroidissement et la paroi intérieure du blindage d'éléments préformés souples propres à assurer, d'une part, l'étanchéité aux passages gazeux, d'autre part, une liaison blindage plaques ayant suffisamment d'élasticité pour absorber dans toute condition de marche du haut fourneau les déformations que subissent les plaques par effet de dilatation.
  • Les coupelles et rondelles de fixation sont en acier soudable d'épaisseur et formes telles que les coupelles puissent subir de légères déformations et les rondelles puissent servir de point fixe.
  • Leurs dimensions sont le résultat de calculs de résistance à la pression pouvant régner à l'intérieur du haut fourneau, ainsi que de limites géométriques provenant des dimensions des plaques de refroidissement et également de la distance retenue entre les entrées ou sorties des tubes de circulation d'eau.
  • Les rondelles sont soigneusement découpées dans un acier soudable et le cordon de soudure les reliant au blindage est déterminé par un nombre de passes de soudage tel qu'il y ait une jonction résistante et parfaitement étanche.
  • Les coupelles sont embouties dans des tôles d'acier de faible épaisseur mais à bonne limite élastique pour leur conférer une fois soudées la meilleure flexibilité possible. Les cordons de soudure de liaison au blindage sont appropriés à la réalisation d'une jonction résistante et parfaitement étanche.
  • Simultanément ces rondelles et coupelles maintiennent avec efficacité et pression suffisantes les plaques de refroidissement contre le blindage tout en empêchant les gaz régnant dans l'enceinte du haut fourneau de s'échapper vers l'extérieur. Elles assurent donc un rôle de fixation, un rôle d'étanchéité et un rôle de mise en compression des joints d'étanchéité placés entre blindage et plaques de refroidissement.
  • L'opération de mise en compression des joints d'étanchéité et de fixation des plaques de refroidissement est réalisée à l'aide de matériels et moyens particuliers adaptés à l'obtention des efforts de compression désirés.
  • Afin de parfaire le système de fixation, il est d'une part mis en place des produits de bourrage dans les espaces créés entre les différentes plaques de refroidissement ainsi que dans l'espace formé entre la paroi interne du blindage et la face froide des plaques de refroidissement et, d'autre part, installé des joints souples décrits en détail ci-après dont le rôle est d'absorber les mouvements des plaques de refroidissement sous l'effet de leur déformation par dilatation et d'assurer une étanchéité aux passages gazeux le long de la paroi interne du blindage.
  • Le dispositif d'étanchéité objet de l'invention comporte une série de joints préformés souples de forme permettant l'emboîtement sur des bossages d'appui prévus sur les plaques de refroidissement.
  • Ils sont obtenus par moulage sur empreinte à partir d'élastomère de silicone ou produit plastique similaire, ayant une possibilité d'allongement importante, résistant à une température avoisinant 300°C et dont la masse est rendue plus élastique par un procédé mis en oeuvre lors de la mise en forme du joint.
  • A la partie basse des plaques de refroidissement sont collés des joints de forme rectangulaire et d'épaisseur convenable fonction de la conception des plaques, de telle sorte qu'une fois ces dernières montées à l'intérieur du haut fourneau, ils constituent une ceinture continue d'étanchéité en contact avec le blindage et avec la face froide des plaques de refroidissement.
  • Suivant le nombre de couronnes de plaques mises en place dans un haut fourneau il s'en suit le même nombre de ceintures d'étanchéité empêchant les passages gazeux le long de la paroi interne du haut fourneau, le dispositif pouvant convenir depuis la zone des étalages jusqu'au haut de cuve.
  • Par ailleurs, à la partie haute des plaques de refroidissement chaque fourreau protégeant le tube de sortie d'eau est équipé d'un joint circulaire plat assurant la fonction d'appui élastique des plaques de refroidissement contre le blindage et de chicanage à un éventuel écoulement gazeux vers l'extérieur du haut fourneau.
  • Ces joints sont également préformés à partir d'élastomère de silicone ou produit plastique similaire et possédant de ce fait les mêmes propriétés que les joints rectangualires décrits précédemment.
  • Le dispositif d'étanchéité est complété au niveau de l'extrémité extérieure des fourreaux extérieure au blindage par la mise en place de joints d'étanchéité en forme d'anneaux obtenus par formage d'élastomère de silicone ou produit plastique similaire. Ces anneaux sont logés dans l'espace annulaire formé par les tubes d'entrée et sortie d'eau et par les fourneaux protecteuers, ces joints sont bloqués en position par une rondelle métallique rendue solidaire des tubes de circulation d'eau par points de soudure.
  • Ces joints en anneaux sont maintenus par un collier de serrage ou fixation analogue qui assure leur maintien par cerclage ainsi qu'une mise en compression entre la rondelle métallique et un bourrage d'élastomère de silicone ou produit plastique similaire injecté au montage entre tube de circulation d'eau et fourreaux protecteurs, après mise en place d'une tresse d'amiante.
  • D'autres caractéristiques et avantages de la présente invention seront mieux compris à la lecture de la description qui va suivre faite en référence aux dessins annexés sur lesquels:
    • la Fig. 1 est une vue partielle en coupe en élévation de deux plaques adjacentes munies de joints circulaires à la partie haute et de joints rectangualires à la partie basse. Dans la vue représentée, la partie haute d'une plaque correspond à la partie inférieure du dessin alors que la partie basse de la plaque correspond à la partie supérieure du dessin;
    • la Fig. 2 est une coupe horizontale de la partie basse d'une plaque de refroidissement montrant la position du joint rectangulaire;
    • la Fig. 3 est une coupe en élévation à plus grande échelle de la Fig. 1 montrant plus spécialement les joints entre tubes de circulation d'eau et fourreaux;
    • les Fig.4, 5, 6 sont des vues du joint rectangulaire préformé, plan et coupes;
    • la Fig. 7 est une vue de dessus de la disposition des joints rectangualires qui forment une ceinture continue par couronne de plaques de refroidissement.
  • Tel qu'il est représenté sur le dessin le dispositif comporte:
    • - En partie basse des plaques de refroidissement: un joint 1 rectangulaire préformé pourvu d'orifices de passage pour chaque fourreau protecteur tubulaire 4 d'entrée des tubes internes 9 de circulation d'eau. Ce joint 1 est mis en contrainte de compression lors de la mise en place et fixation des plaques de refroidissement 3 de façon à obtenir un appui franc sur la paroi intérieure du blindage 2 et sur les plaques de refroidissement 3. La fixation du joint par collage à l'aide d'élastomère de silicone ou produit plastique similaire, est préconisée sur les deux faces d'appui mais on peut réaliser un bon maintien du joint en ne collant que la face du joint emboîtant la face froide de la plaque de refroidissement 3. Pour améliorer l'élasticité du joint 1, ce dernier comporte, noyés dans sa masse, des corps creux 16 comme représenté à la Fig. 3. Chaque joint rectangulaire 1 comporte à sa partie inférieure un talon 18 engagé et serré contre la plaque sur laquelle il est monté et la partie supérieure de la plaque située immédiatement au-dessous.
    • - En partie haute des plaques de refroidissement un joint 5 circulaire plat préformé, obtenu également à partir d'élastomère de silicone ou produit plastique similaire, est placé à chaque sortie de fourreau protecteur 4 entre la paroi intérieure du blindage 2 et la plaque de refroidissement 3. Ce joint 5 est mis en contrainte de compression lors du montage des plaques de refroidissement 3 et de préférence collé sur les deux faces d'appui.
  • Le dispositif d'étanchéité aux passages gazeux entre le fourreau protecteur 4 et le tube 9 où circule l'eau s'applique aussi bien aux tubes d'entrée d'eau de circulation à la partie basse des plaques de refroidissement 3 qu'aux tubes de sortie d'eau placés à la partie haute des plaques de refroidissement.
  • Il est constitué d'une double tresse d'amiante 7 destinée à bloquer une masse souple injectée 8 d'élastomère de silicone ou produit plastique similaire, placée entre le tube 9 de circulation d'eau et le fourreau protecteur 4. Cet ensemble est maintenu par un joint en forme d'anneau 10 préformé, obtenu avec le produit decrit ci-dessus et placé entre la masse injectée 8 et une butée fixe sous forme d'une rondelle métallique 11 rendue solidaire par points de soudure du tube 9.
  • Le joint souple ou anneau 10 est maintenu en compression par un collier de serrage 12 ou fixation analogue.
  • Pour assurer la fixation des plaques de refroidissement une rondelle 6 est à la fois soudée extérieurement sur le blindage 2 et sur le fourreau protecteur tubulaire 4. Cette rondelle 6 constitue le point fixe au niveau bas des plaques de refroidissement.
  • Une coupelle 13 est également à la fois soudée extérieurement sur le blindage 2 et sur le fourreau protecteur tubulaire 4. Cette coupelle 13 constitue le point mobile au niveau hat des plaques de refroidissement.
  • Indépendamment de leur rôle de fixation des plaques de refroidissement 3 et de mise en compression des joints d'étanchéité 1 et 5, les rondelles 6 et coupelles 13 assurent une étanchéité parfaite à l'écoulement éventuel des gaz de haut fourneau qui pourraient s'échapper par les trous réservés dans le blindage pour le passage des fourreaux protecteurs 4.
  • En complément au présent dispositif et pour donner un nécessaire aspect monolithique à l'ensemble plaques de refroidissement 3 et blindage 2, des produits spéciaux de bourrage 14 et 15 sont mis en place au fur et à mesure du montage des plaques de refroidissement.
  • Ces produits ont des qualités de souplesse, résistance aux gaz chauds et agressifs qui règnent dans l'enceinte du haut fourneau. Ils ont de plus des qualités de conductibilité thermique et d'adhérence aux masses métalliques 3 et 2 avec lesquelles ils sont en contact.
  • Le produit de bourrage 14 placé entre la paroi interne du blindage 2 et la plaque de refroidissement 3 est un béton réfractaire souple à base de magnésie, résistant à CO qui est injecté lors du montage des plaques. Un tel passage est disponible sous le nom de Plasmag auprès de la Société Pasek France.
  • Le produit de bourrage 15 placé dans les interstices séparant deux plaques de refroidissement 3 adjacentes est un mastic fibreux étanche de fibres réfractaires dans un liant céramique résistant à 1200°C environ. Un tel produit est disponible auprès de la Société SEPR.
  • Sur la Fig. 1 on a désigné par la référence générale 17 le revêtement de briques réfractaires qui est lié aux faces internes des plaques de refroidissement par des techniques connues de préparation de ce type de revêtement réfractaire d protection du blindage.
  • Sur les Fig. 4, 5 et 6 est représenté le joint 1 en plan et coupes alors que sur la Fig. 7 est représenté un joint 1 constituant l'un des éléments d'une ceinture d'étanchéité placée sur la circonférence 19 de la paroi interne d'un haut fourneau.

Claims (8)

1. Dispositif de fixation et d'étanchéité de plaques de refroidissement (3) disposées en couronnes superposées sur la face interne du blindage (2) d'un haut foruneau, ces plaques de refroidissement comportant chacune des tubes (9) internes de circulation du fluide de refroidissement débouchant respectivement en haut et en bas de ces dernières à l'intérieur d'un fourreau protecteur (4), les tubes étant prolongés d'une longueur telle qu'ils traversent le blindage dans des passages ménagés à cet effet, caractérisé en ce qu'au niveau de la partie basse des plaques, le fourreau (4) est prolongé à l'extérieur du blindage auquel il est lié extérieurement par une rondelle (6) soudée à la fois sur le fourreau (4) et le blindage (2), cet assemblage constituant à la fois un moyen pour fixer la plaque sur le blindage et maintenir en compression entre les plaques et la face interne du blindage, une ceinture continue d'étanchéité constituée par la juxtaposition de joints préformés (1) de forme générale rectangualire épousant chacun la forme de la partie basse d'une plaque et perforés au droit de chauqe fourreau, et en ce qu'au niveau de la partie haute des plaques, le fourreau (4) est également prolongé à l'extérieur du blindage auquel il est lié extérieurement par une coupelle (13) soudée à la fois sur le fourreau et le blindage, cet assemblage constituant à la fois un moyen pour fixer la plaque sur le blindage et maintenir en compression entre les plaques et la face interne du blindage, des joints plats (5) circulaires entourant chacun un fourreau.
2. Dispositif suivant la revendication 1, caractérisé en ce que chaque joint rectangulaire comporte à sa partie inférieure un talon (18) engagé et serré entre la plaque sur laquelle il est monté et la partie supérieure de la plaque située immédiatement au-dessous.
3. Dispositif selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que les joints sont réalisés par moulage d'un élastomère de silicone.
4. Dispositif selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que les joints rectangulaires comportent des corps creux (16) noyés dans la masse lors du moulage.
5. Dispositif suivant l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce qu'il comporte en outre, au niveau de l'extrémité de chaque fourreau (4), extérieure au blindage, une matière souple (8) injectée entre le tube (9) et son fourreau (4), après mise en place d'une tresse d'amiante (7), et un joint annulaire (10) entourant le tube (9) et comprimé entre la section terminale du fourreau et une butée fixe (11) solidaire du tube (9).
6. Dispositif selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que des produits de bourrage (14 et 15) sont mis en place respectivement entre la paroi interne du blindage (2) et les plaques de refroidissement (3), et dans les interstices séparant deux plaques de refroidissement adjacentes.
7. Dispositif selon la revendication 6, caractérisé en ce que les produits de bourrage (14) placés entre la paroi interne du blindage (21) et les plaques de refroidissement (3), sont constitués d'un béton réfractaire souple à base de magnésie, résistant à CO.
8. Dispositif selon la revendication 7, caractérisé en ce que les produits de bourrage (15) placés dans les interstices séparant deux plaques de refroidissement adjacentes sont constitués d'un mastic fibreux étanche de fibres réfractaires dans un liant céramique.
EP80400802A 1979-06-06 1980-06-05 Dispositif de fixation et d'étanchéité pour plaques de refroidissement d'un haut fourneau Expired EP0021919B1 (fr)

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