EP0337271A1 - Panneau de refroidissement pour four à cuve - Google Patents

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EP0337271A1
EP0337271A1 EP89105939A EP89105939A EP0337271A1 EP 0337271 A1 EP0337271 A1 EP 0337271A1 EP 89105939 A EP89105939 A EP 89105939A EP 89105939 A EP89105939 A EP 89105939A EP 0337271 A1 EP0337271 A1 EP 0337271A1
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panel
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EP89105939A
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Roland Dhondt
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Sidmar SA
Paul Wurth SA
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Sidmar SA
Paul Wurth SA
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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 cooling panel for a shaft furnace, comprising a cast iron plate in which are embedded cooling pipes opening on one of the main faces of the plate.
  • the cooling plates consist of rectangular cast iron panels, produced by molding. These plates are traversed internally and parallel to their main face by cooling pipes or coils. Such a plate is, for example, described in document DE-C2-2903104.
  • These plates are generally bolted to the inside of the shield and completely cover it. They have the advantage over cooling boxes of forming a heat shield behind the shield and of ensuring a more uniform cooling which better compensates for sudden and local temperature rises, as opposed to local and isolated cooling of a box. cooling and also allow spray cooling.
  • the cooling plates have not, until now, been able to be used alone, and we have always had to associate them with refractory bricks, even knowing that there is poor compatibility between the refractory bricks and cast iron.
  • this briquetting is subject to significant wear, the origin of which is mechanical, thermal and chemical.
  • the vertical thermal expansions quickly cause a detachment of the refractory masonry from the cooling plates. Entire sections of the refractory masonry can thus collapse and tear off or cause their neighboring parts of the masonry to fall.
  • the object of the present invention is to provide a new cooling panel which allows significantly extend the life of the cooling panels.
  • the present invention provides a panel of the kind described in the preamble which is essentially characterized by a thick layer of refractory concrete applied to the other main face before mounting the plate and intimately linked to this face and by a profiled structure molded into said other face of the cast iron plate to improve the attachment of said layer to the plate.
  • the merit of the present invention is to have radically abandoned the preconceived idea of the need for refractory bricklaying and to have designed a composite cooling panel which has its own refractory protection and no longer requires masonry inside from the oven.
  • the present invention provides a single, composite element in which, two materials, certainly of different natures, but with complementary properties, are intimately linked to each other.
  • the panels according to the present invention are completely independent of each other. This means that a local collapse of refractory concrete no longer has harmful consequences on neighboring panels.
  • Another important advantage of the panels according to the present invention is the possibility of manufacturing them entirely at the factory and of bolting them in a single phase of work to the shielding of the furnace, whereas until now the repair of a blast furnace involved two successive phases of work, namely first the mounting of the plates and, then, the installation of the refractory masonry. Needless to say, the shortening of an oven's downtime for making its wall is a considerable economic advantage.
  • the prefabrication of the panels in particular the application to wear of refractory concrete on the cast iron plates can be carried out under optimal conditions favorable to good adhesion of the concrete to the cast iron compared to the backing of '' a refractory wall against the lining of cast iron plates in the oven.
  • This structure can consist of grooves of rectangular section, by corrugations or fins extending in the horizontal direction of the panel after its assembly. It can also be made up of isolated redents, of oval or rounded section.
  • Figures 1 to 4 all show a perspective view from a vertical cross section at a cooling pipe and with partial cutaway of the concrete layer to illustrate the profiling of the inner face of the cast iron plate.
  • FIG. 1 shows a cooling panel according to the present invention comprising a plate 12 of cast iron in which are embedded, in a manner known per se, tubes 14 for the circulation of a cooling liquid.
  • the inner face of this plate 12 has horizontal grooves 18, of square or rectangular section comparable to the grooves existing in the known cooling plates.
  • the cooling panel 10 has a thick layer on the inside of the plate 12 16 of refractory concrete which is intimately linked with the plate 12 by the penetration of the ribs in the grooves 18.
  • the refractory concrete constituting layer 16 is dense concrete with a low cement content. Its basic constituent is silicon carbide. Tests have been carried out with such concrete with a density greater than 2.5 and a thermal conductivity greater than 5 W / mK. The CO resistance according to ASTMc288 standards was class A.
  • Alkali resistance tests did not show any visible deterioration after attack for 200 hours by K2CO3 vapors at a temperature of 1000 ° C. Jourdan abrasion tests showed a weight loss of less than 2% after 500 turns.
  • the panel 20 of the embodiment of Figure 2 is comparable to the panel 10 of Figure 1 with the difference that the grooves 28 in the inner face of the plate 22 have a rounded section and are generally in the form of horizontal corrugations .
  • the rounded shape of the grooves 28 contributes to preventing the initiations of rupture in the cast iron and in the concrete which generally occur with sharp edges and which are due to the internal tensions caused by the temperature gradients in the cast iron and in the concrete and by the differential thermal expansion of concrete and cast iron.
  • the profiling of the panel 20 of Figure 2 has been amplified so that the grooves are now defined by fins 38 of substantially horizontal section and extending horizontally on the inner face of the plate 32.
  • the connection between the concrete layer and the plate 32 is therefore of the dovetail type with rounded corners, that is to say that the grooves defined between the fins 38 widen when approaching the internal face of the plate 32.
  • This design of the profiling of the internal face of the plate 32 contributes to better attachment of the layer of refractory concrete 36 to the plate 32.
  • the cooling panel 40 of the embodiment of FIG. 4 has a profiling of the internal face of the plate 42 constituted by isolated recesses 48 arranged in a concise fashion and having substantially the section of the fins 38 of the embodiment of FIG. 3.
  • This design has the advantage compared to the embodiment of FIG. 3 of a reduction in the risk of vertical cracks in the profiling of the plate 42 as a result of the vertical stresses. These risks of cracking are greatest at the level of the cooling tubes, that is to say at the places where the temperature gradients are the highest.
  • the panel 50 of the embodiment of Figure 5 is comparable to the panel 40 of the embodiment of Figure 4, except that the recesses 58 of the rear face of the plate 52 have a spherical shape instead of the section flattened redents 48.
  • the staggered distribution of the redents 58 is illustrated in FIG. 5a.
  • the profiling is therefore more marked in the embodiment of FIG. 5, which contributes to better adhesion of the layer of refractory concrete 56 to the plate 52.
  • the distribution of the redents 58 ensures balanced and uniform cooling of the layer of refractory concrete 56 and therefore reduces the risk of cracking.

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Abstract

Le panneau comporte une plaque (12) en fonte dans laquelle sont noyés des tuyaux de refroidissement (14) s'ouvrant sur une des faces principales de la plaque (12). Une épaisse couche de béton réfractaire est appliquée sur l'autre face principale de la plaque (12) avant le montage de celle-ci et cette couche est intimement liée à cette face par une structure profilée moulée de cette face.

Description

  • La présente invention concerne un panneau de refroidissement pour four à cuve, comprenant une plaque en fonte dans laquelle sont noyés des tuyaux de refroidissement s'ouvrant sur l'une des faces principales de la plaque.
  • On connait actuellement deux grandes catégories de systèmes de refroidissement pour four à cuve et, plus particulièrement, pour les hauts-fournaux, à savoir le système à boîte de refroidissement et le système à plaques de refroidissement encore couram­ment désignés par leur appellation anglo-saxonne "Stave coolers".
  • Les plaques de refroidissement sont constituées par des panneaux rectangulaires en fonte, réalisés par moulage. Ces plaques sont traversées intérieu­rement et parallèlement à leur face principale par des conduites ou serpentins de refroidissement. Une telle plaque est, par exemple, décrite dans le document DE-C2-2903104.
  • Ces plaques sont généralement boulonnées sur la face intérieure du blindage et garnissent entièrement celle-ci. Elles présentent par rapport aux boîtes de refroidissement l'avantage de former un écran ther­mique derrière le blindage et d'assurer un refroidis­sement plus uniforme qui compense mieux les montées subites et locales de température, par opposition au refroidissement local et isolé d'une boîte de refroidissement et permettent, en outre, un refroidissement par vaporisation.
  • Compte tenu des conditions thermiques, les plaques de refroidissement n'ont, jusqu'à présent, pu être utilisées seules, et on a toujours dû les asso­cier à des briques réfractaires, même en sachant qu'il existe une mauvaise compatibilité entre les briques réfractaires et la fonte. On a donc géné­ralement construit, à l'intérieur du four après la mise en place des plaques, une épaisse maçonnerie en briques réfractaires. Ce briquetage est toutefois soumis à une usure importante dont l'origine est à la fois mécanique, thermique et chimique. En outre, à cause de la mauvaise compatibilité entre la fonte et les briques réfractaires, notamment du point de vue thermique, les dilatations thermiques verticales entraînent rapidement un détachement de la maçonnerie réfractaire des plaques de refroidissement. Des pans entiers de la maçonnerie réfractaire peuvent ainsi s'effondrer et arracher ou entraîner dans leur chute les parties avoisinantes de la maçonnerie.
  • Bien qu'en cas de disparition de la maçonnerie, il se reforme sur la face intérieure des plaques de refroidissement des dépôts appelés "garni" qui dispa­raissent et se reforment, à leur tour, périodique­ment, les plaques sont toutefois beaucoup plus vulné­rables après la disparition de la maçonnerie réfractaire.
  • On a essayé de remédier à ces carences en prévoyant sur les plaques des nez qui font saillie sur la face intérieure des plaques dans le but d'assurer un meilleur accrochage de la maçonnerie. On a toutefois dû constater que ces nez constituent une des parties les plus vulnérables des plaques.
  • On a également essayé de loger dans la face intérieure des plaques des briques réfractaires dans le but de réduire les sollicitations thermiques s'exerçant sur les plaques de refroidissement et de favoriser la formation et l'accrochage du "garni" sur la face intérieure des plaques après la disparition de la maçonnerie réfractaire.
  • Tous ces remèdes n'ont pas apporté les résultats souhaités et, jusqu'à présent, il n'était pas possible d'allonger efficacement la durée de vie des parois de hauts-fourneaux et de réduire la fréquence des nécessités de réfection.
  • Le but de la présente invention est de prévoir un nouveau panneau de refroidissement qui permet d'allonger sensiblement la durée de vie des panneaux de refroidissement.
  • Pour atteindre cet objectif, la présente inven­tion propose un panneau du genre décrit dans le préambule qui est essentiellement caractérisé par une épaisse couche de béton réfractaire appliqué sur l'autre face principale avant le montage de la plaque et intimement lié à cette face et par une structure profilée moulée dans ladite autre face de la plaque en fonte pour améliorer l'accrochage de ladite couche à la plaque.
  • Le mérite de la présente invention est d'avoir radicalement abandonné l'idée préconçue de la néces­sité d'un briquetage réfractaire et d'avoir conçu un panneau de refroidissement composite qui possède sa propre protection réfractaire et ne nécessite plus de maçonnerie à l'intérieur du four.
  • Contrairement à l'état de la technique, selon lequel il y avait toujours deux éléments distincts, à savoir les plaques en fonte et la maçonnerie réfrac­taire, qui, de surcroît, avaient une mauvaise compa­tibilité mutuelle, la présente invention prévoit un élément unique et composite dans lequel, deux matières, certes de natures différentes, mais à propriétés complémentaires, sont intimement liées l'une à l'autre.
  • Alors que dans les installations classiques de refroidissement, les maconneries réfractaires étaient plus ou moins autoportantes, c'est-à-dire que chaque brique devait contribuer au support de toutes les briques se trouvant au-dessus d'elle, les panneaux selon la présente invention, notamment leur couche de béton réfractaire, sont tout à fait indépendants les uns des autres. Ceci signifie qu'un effondrement local de béton réfractaire n'a plus de conséquences néfastes sur les panneaux avoisinants.
  • Etant donné que les panneaux sont indépendants les uns des autres, les dilatations thermiques diffé­ rentielles affectent beaucoup moins la liaison entre le béton réfractaire et la fonte. Il est même possible d'éliminer presque complètement ce problème en prévoyant des fentes de dilatation dans la couche de béton, orientées de manière appropriée en fonction de la direction des sollicitations thermiques et mécaniques.
  • Un autre avantage important des panneaux selon la présente invention est la possibilité de les fabriquer entièrement à l'usine et de les boulonner en une seule phase de travail au blindage du four, alors que jusqu'à présent la réfection d'un haut-­fourneau impliquait deux phases successives de travail, à savoir d'abord le montage des plaques et, ensuite, la mise en place de la maçonnerie réfractaire. Inutile de dire que le raccourcissement du temps de mise hors service d'un four pour la confection de sa paroi constitue un atout économique considérable.
  • Par ailleurs, il faut noter que la préfabrica­tion des panneaux notamment l'application à l'usure du béton réfractaire sur les plaques en fonte peut être réalisé dans des conditions optimales favorables à une bonne adhérence du béton à la fonte comparé à l'adossement d'un mur réfractaire contre la garniture de plaques en fonte dans le four.
  • Il est d'ailleurs préférable d'améliorer l'adhérence entre la couche de béton et la plaque en fonte par une structure profilée de la face inté­rieure de celle-ci. Cette structure peut être constituée de rainures de section rectangulaire, par des ondulations ou des ailettes s'étendant dans le sens horizontal du panneau après son montage. Elle peut également être constituée par des redents isolés, de section ovale ou arrondie.
  • D'autres particularités et caractéristiques res­sortiront de la description de quelques modes de réalisation avantageux, présentés ci-dessous, à titre d'illustration, en référence aux dessins annexés dans lesquels :
    • la figure 1 est une vue en perspective d'un premier mode de réalisation d'un panneau de refroidissement selon la présente invention;
    • la figure 2 montre une vue analogue d'un second mode de réalisation d'un panneau de refroidissement;
    • la figure 3 montre une vue analogue d'un troisième mode de réalisation d'un panneau de refroidissement;
    • la figure 4 montre une vue analogue d'un quatrième mode de réalisation d'un panneau de refroidissement;
    • la figure 5 montre une vue en coupe verticale d'un cinquième mode de réalisation d'un panneau de refroidissement et,
    • la figure 5a montre une vue en coupe suivant le plan a-a sur la figure 5.
  • Les figures 1 à 4 présentent toutes une vue en perspective à partir d'une coupe verticale trans­versale au niveau d'une conduite de refroidissement et avec arrachement partiel de la couche en béton pour illustrer le profilage de la face intérieure de la plaque en fonte.
  • La figure 1 montre un panneau de refroidissement selon la présente invention comprenant une plaque 12 en fonte moulée dans laquelle sont noyés, de façon connue en soi, des tubes 14 pour la circulation d'un liquide de refroidissement.
  • La face intérieure de cette plaque 12 comporte des rainures 18 horizontales, de section carrée ou rectangulaire comparable aux rainures existant dans les plaques de refroidissement connues. Toutefois, contrairement aux plaques connues dans lesquelles on a noyé des briques réfractaires dans ces rainures 18 qui ne présentent pas une adhérence optimale avec la fonte, le panneau de refroidissement 10 comporte sur la face intérieure de la plaque 12 une épaisse couche 16 de béton réfractaire qui est intimement liée avec la plaque 12 par le pénétration des nervures dans les rainures 18.
  • Le béton réfractaire constituant la couche 16 est un béton dense à basse teneur en ciment. Son constituant de base est le carbure de silicium. Des essais ont été réalisés avec un tel béton d'une densité supérieure à 2,5 et d'une conductivité ther­mique supérieure à 5 W/mK. La résistance au CO selon les normes ASTMc288 était la classe A.
  • Des essais de résistance aux alcalins n'ont montré aucune détérioration visible après une attaque pendant 200 heures par les vapeurs de K2CO3 à une température de 1000° C. Des essais Jourdan à l'abrasion ont montré une perte en poids inférieure à 2 % après 500 tours.
  • Le panneau 20 du mode de réalisation de la figure 2 est comparable au panneau 10 de la figure 1 à la différence que les rainures 28 dans la face intérieure de la plaque 22 ont une section arrondie et se présentent globalement sous la forme d'ondulations horizontales. La forme arrondie des rainures 28 contribue à empêcher les amorces de rupture dans la fonte et dans le béton qui se produisent généralement aux arètes vives et qui sont dues aux tensions internes occasionnées par les gradients de température dans la fonte et dans le béton et par les dilatations thermiques différen­tielles du béton et de la fonte.
  • Dans le mode de réalisation du panneau 30 de la figure 3, le profilage du panneau 20 de la figure 2 a été amplifié de sorte que les rainures sont main­tenant définies par des ailettes 38 de section sensi­blement horizontale et s'étendant horizontalement sur la face intérieure de la plaque 32. La liaison entre la couche de béton et la plaque 32 est donc du type queue d'aronde à coins arrondis, c'est-à-dire que les rainures définis entre les ailettes 38 s'élargissent à l'approche de la face intérieure de la plaque 32. Cette conception du profilage de la face intérieure de la plaque 32 contribue à un meilleur accrochage de la couche de béton réfractaire 36 à la plaque 32.
  • Le panneau de refroidissement 40 du mode de réalisation de la figure 4 présente un profilage de la face intérieure de la plaque 42 constitué par des redents isolés 48 disposés en quiconce et ayant sensiblement la section des ailettes 38 du mode de réalisation de la figure 3. Cette conception présente l'avantage par rapport au mode de réalisation de la figure 3 d'une diminution du risque de fissures verticales dans le profilage de la plaque 42 par suite des sollicitations verticales. Ces risques de fissuration sont les plus grands au niveau des tubes de refroidissement, c'est-à-dire aux endroits où les gradients de température sont les plus élevés.
  • Le panneau 50 du mode de réalisation de la figure 5 est comparable au panneau 40 du mode de réalisation de la figure 4, à l'exception que les redents 58 de la face arrière de la plaque 52 ont une forme sphérique au lieu de la section aplatie des redents 48. La distribution en quinconce des redents 58 est illustrée sur la figure 5a. Le profilage est donc plus marqué dans le mode de réalisation de la figure 5, ce qui contribue à une meilleure adhésion de la couche de béton réfractaire 56 sur la plaque 52. La distribution des redents 58 assure un refroidissement équilibré et uniforme de la couche de béton réfractaire 56 et réduit, par conséquent, les risques de fissuration.

Claims (9)

1. Panneau de refroidissement pour four à cuve comprenant une plaque (12) en fonte dans laquelle sont noyés des tuyaux de refroidissement (14) s'ouvrant sur une des faces principales de la plaque (12), caractérisé par une épaisse couche de béton réfractaire appliquée sur l'autre face principale de la plaque (12) avant le montage de celle-ci et inti­mement liée à cette face et par une structure profilée moulée de ladite autre face de la plaque en fonte (12) pour améliorer l'accrochage de ladite couche (16) à la plaque (12).
2. Panneau selon la revendication 1, carac­térisé en ce que ladite structure est constituée par des rainures s'étendant dans le sens horizontal du panneau après montage.
3. Panneau selon la revendication 2, carac­térisé en ce que les rainures (18) ont une section rectangulaire.
4. Panneau selon la revendication 2, carac­térisé en ce que les rainures (28) ont une section arrondie se présentant sous forme d'ondulations.
5. Panneau selon la revendication 2, cara­ctérisé en ce que les rainures sont définies entre des ailettes (38) de section ovale et se présentent sous forme de queue d'aronde à coins arrondis.
6. Panneau selon la revendication 2, carac­térisé en ce que ladite structure est formée par des redents isolés disposés en quinconce sur la face intérieure de la plaque.
7. Panneau selon la revendication 6, carac­térisé en ce que les redents (48) ont une section aplatie en forme d'ovale rattachés par une nervure étroite à la plaque (42).
8. Panneau selon la revendication 6, carac­térisé en ce que les redents (58) sont en forme d'ampoules sphériques.
9. Panneau selon l'une quelconque des revendi­ cations 1-8, caractérisé en ce que la couche de béton comporte des fentes de dilatation.
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