FR2479852A2 - Perfectionnements aux dispositifs d'echanges thermiques a circulation de liquide pour le refroidissement des parois des hauts fourneaux - Google Patents

Abstract

L'INVENTION CONCERNE LES DISPOSITIFS D'ECHANGES THERMIQUES COMPRENANT UNE ENCEINTE 61 CYLINDRIQUE DE REVOLUTION, D'EPAISSEUR FAIBLE PAR RAPPORT A SON DIAMETRE, UN CONDUIT D'AMENEE 62 TANGENTIEL ET UN CONDUIT D'EVACUATION 71. ON PREVOIT DES MOYENS DEFLECTEURS 68 AU CENTRE DE L'ENCEINTE 61 POUR FORCER LE LIQUIDE A PENETRER DANS UN CANAL RADIAL D'EVACUATION 63 AMENANT LE LIQUIDE VERS LE CONDUIT D'EVACUATION 71.

Description

Perfectionnements aux dispositifs-d'échancres thermiques à circulation de

liquide pour le refroidissement des parois des hauts fourneaux L'invention concerne des perfectionnements apportés

aux dispositifs d'échanges thermiques servant au refroi-

dissement d'une paroi de haut fourneau et comprenant une enceinte fermée présentant une forme générale aplatie (son épaisseur étant faible vis-àvis de son diamètre) et sensiblement de révolution autour d'un axe de révolution, un liquide de refroidissement étant mis en circulation dans ladite enceinte, ces perfectionnements s'ajoutant à

ceux déjà apportés à ces dispositifs par le brevet princi-

pal.

On rappellera tout d'abord que des dispositifs d'é-

changes thermiques du genre précité (couramment désignés sous le nom de "plaques de refroidissement" dans cette technique) sont destinés à être disposés, dans les parties

les plus exposées du haut fourneau, entre le blindage mé-

tallique d'un haut fourneau et le mur intérieur en maté-

riau réfractaire, afin d'empêcher que le blindage ne

s'échauffe trop. D'autres dispositifs d'échanges thermi-

ques du genre précité (couramment dénommés "boites de re-

froidissement plates" ou "boites plates") sont destinés à

être disposés, de même que les boites de refroidissement-

normales, approximativement perpendiculairement à la pa-

roi du haut fourneau et pénétrer dans le matériau réfrac-

taire qu'ils soutiennent mécaniquement et qu'ils refroi-

dissent afin d'empêcher sa détérioration trop rapide sous

l'action de la chaleur.

On rappellera également que les susdits perfection-

nements décrits dans le brevet principal consistaient es-

sentiellement à prévoir

- des moyens d'injection, pour injecter avec une composan-

te tangentielle le liquide de refroidissement, situés dans une première région de l'enceinte,

- et des moyens d'évacuation, pour évacuer tangentielle-

ment ce liquide, situés dans une seconde région de 2' l'enceinte, lesdits moyens d'injection et d'évacuation du liquide étant respectivement espacés radialement l'un de l'autre, ladite enceinte et lesdits moyens d'injection et d'évacuation du liquide étant agencés pour que n'importe quel point situé à l'intérieur de l'enceinte ne rencontre aucun obstacle lors d'un mouvement de rotation autour de

l'axe de révolution.

Ces dispositifs d'échanges thermiques du type plaques

de refroidissement se sont révélés particulièrement inté-

ressants, compte tenu de leur extrême simplicité construc-

tive et donc de leur prix de revient moindre.

L'objet de l'invention est de préciser certaines dis-

positions particulières applicables aux. dispositifs de re-

froidissement susmentionnés afin de les rendre aptes à des

applications particulières.

Pour ce faire, dans un premier mode de réalisation, on envisage que, les moyens d'injection tangentielle du liquide débouchant tangentiellement dans l'enceinte à la périphérie ou au voisinage de la périphérie de celleci et

les moyens d'évacuation tangentielle du liquide étant si-

tués au centre de l'enceinte, les moyens d'évacuation tan-

gentielle comprennent au moins un ensemble de moyens dé-

flecteurs situés au centre de l'enceinte et un conduit dé-

bouchant dans une face de l'enceinte en regard desdits

moyens déflecteurs.-

Grâce à la présence des moyens déflecteurs, on faci-

lite la récupération du liquide de refroidissement dans

son mouvement de rotation spirale et son amenée à l'orifi-

ce du conduit d'évacuation. Cette récupération s'effectue

plus rapidement, ce qui améliore encore le débit du liqui-

de et permet d'obtenir un refroidissement plus efficace

des parois de l'enceinte.

On peut faire en sorte que le conduit d'évacuation s'étende radialement à partir du centre de l'enceinte vers

la périphérie de l'enceinte.

Afin de ne pas augmenter l'épaisseur du dispositif d'échanges thermiques, il est avantageux que le conduit radial d'évacuation soit intérieur à l'enceinte, qu'il

s'étende sensiblement à égale distance des deux parois la-

térales de l'enceinte et qu'il soit prévu deux ensembles

de moyens déflecteurs situés de part et d'autre dudit con-

duit. De préférence, le conduit radial d'évacuation est alors profilé extérieurement pour offrir une résistance

minimale au liquide en rotation dans l'enceinte.

De façon avantageuse, le conduit radial d'évacuation

débouche dans une chambré de transit, extérieure à l'en-

ceinte et comportant un orifice de sortie d'eau.

Une autre disposition, à laquelle on a recours soit en combinaison avec l'une ou l'autre des précédentes, soit

en combinaison avec les perfectionnements du brevet prin-

cipal, consiste en ce que les moyens d'évacuation tangen-

tielle comprennent un conduit débouchant tangentiellement dans l'enceinte, à la périphérie de celle-ci, l'orifice dudit conduit étant diamétralement opposé à l'orifice des

moyens d'injection tangentielle.

Dans un autre mode de réalisation de l'invention,-on

envisage que, les moyens d'injection tangentielle débou-

chant dans la partie centrale de l'enceinte et les moyens d'évacuation tangentielle étant situés à la périphérie de

l'enceinte, les moyens d'injection tangentielle compren-

nent au moins un conduit d'amenée du liquide débouchant dans au moins une face de l'enceinte et sensiblement au centre de ladite face et au moins un ensemble de moyens déflecteurs situés en regard de l'orifice dudit conduit,

pour imprimer une composante de force tangentielle au li-

quide débouchant dans l'enceinte.

Les boites de refroidissement plates utilisées à ce jour se présentent sous une forme générale sensiblement

parallélépipédique aplatie dont la partie arrière est mu-

nie de moyens de fixation au blindage et dont la partie avant (ou nez) est constituée par une face plane qui se

raccorde avec un faible rayon aux faces latérales.

Pour amener le liquide de refroidissement à circuler

dans le nez, on prévoit, à l'intérieur de l'enceinte ain-

si constituée, au moins une paroi séparatrice obligeant

le liquide à suivre la paroi extérieure de la boite.

Toutefois, dans les coudes à 90 , la vitesse des vei-

nes du liquide - qui sont situées le plus à l'extérieur

(c'est-à-dire au contact même de la paroi de la boite) -

diminue fortement; il en résulte que cette zone de coude est mal refroidie alors que le nez est précisément la par-

tie de la boite qui est la plus exposée à la chaleur.

En outre, cette diminution de vitesse du liquide peut être telle qu'il se crée une recirculation, ou zone d'eau

morte, dans le coude favorisant la décantation de particu-

les solides qui freinent l'échange thermique. La paroi de

l'enceinte s'échauffe, ce qui accroit encore l'entartre-

ment, lequel freine encore plus les échanges thermiques.

Ce phénomène cumulatif gagne de proche en proche et

la boite finit par périr sous l'action de l'abrasion ther-

momécanique, car le cuivre (dont ces boites sont en géné-

ral constituées) mal refroidi perd toutes ses caractéris-

tiques mécaniques et est très facilement usé, non seule-

ment par les charges, mais aussi par les gaz chauds, char-

ges de poussières, etc.

Pour ce qui est des veines de liquide qui sont si-

tuées le plus à l'intérieur du coude (au contact de la pa-

roi séparatrice interne), leur vitesse se trouve fortement accrue, ce qui peut conduire à des vitesses très élevées du liquide si le débit a été augmenté pour améliorer le

refroidissement de la plaque.

Les effets de cette grande vitesse de circulation du

liquide sont encore plus néfastes que dans le cas précé-

dent car, dans cette région o le liquide subit une modi-

fication de trajectoire de 1800, il se produit une cavita-

tion entrainant une perte de charge et provoquant une usu-

re rapide de la paroi séparatrice.

Par ailleurs, l'augmentation de la vitesse du liquide de refroidissement ne peut, d'une façon pratique, qu'être obtenue par une diminution de la section des conduits, ce qui aboutit à une diminution du volume de liquide et donc

du volant thermique.

Enfin, ces boites sont difficiles à réaliser et donc coûteuses.

La mise en oeuvre des dispositions conformes à l'in-

vention pour constituer une boite de refroidissement plate

permet de réaliser une enceinte qui ne comporte aucun cou-

de de faible rayon de courbure et dans laquelle les veines de liquide suivent des trajectoires de rayon suffisamment

grand pour éviter la création des zones mortes sus-indi-

quées; en outre, il n'existe aucune partie susceptible de

provoquer un phénomène de cavitation. Les dépôt de parti-

cules solides sont donc écartés et aucune région de la

boite ne se trouve soumise à une usure destructrice parti-

culière. Par ailleurs, on notera que c'est la totalité de la masse de liquide de refroidissement qui est mise en libre rotation à l'intérieur de l'enceinte et que toute cette masse participe à chaque instant au refroidissement des parois. Il en résulte une efficacité de refroidissement considérablement accrue par rapport à ce qui était obtenu

jusqu'à présent.

Enfin, la fabrication de boites plates ainsi agencées se révèle plus simple, et donc moins coûteuse que celle

des boites plates connues.

Dans un mode de réalisation préféré, on prévoit, pour l'amenée et l'évacuation du liquide de refroidissement, des moyens de raccordement disposés côte à côte et reliés à l'enceinte par des conduits qui s'étendent entre deux plans contenant les deux faces sensiblement parallèles de l'enceinte.

Enfin, une disposition complémentaire, plus particu-

lièrement intéressante dans le cas o le dispositif d'é-

changes thermiques est destiné à être utilisé en tant que boite de refroidissement, consiste à prévoir une seconde

enceinte couvrant au moins la partie frontale de la pre-

mière enceinte, aucune communication pour le liquide de

refroidissement n'existant entre la première et la secon-

de enceinte.

L'adjonction de cette seconde enceinte accroit con-

sidérablement l'efficacité du dispositif d'échanges ther-

miques de l'invention pour un encombrement général à

peine supérieur.

En outre, en faisant circuler le liquide de refroi-

dissement dans dès sens contraires dans les deux encein-

tes, on obtient un refroidissement mieux réparti et plus régulier sur toute la périphérie du dispositif puisqu'à

une région d'une enceinte parcourue par du liquide ré-

chauffé correspond une région de l'autre enceinte parcou-

rue par du liquide encore froid.

Les dispositions de l'invention trouvent une deuxième application dans les boites de refroidissement dites "à vaporisation" dans lesquelles il y a formation de bulles

de vapeur au contact des parois chaudes.

Ce type de boite est agencé pour que les bulles de vapeur soient recueillies, par gravité, dans le conduit

d'évacuation du liquide de refroidissement.

L'inconvénient majeur des boites à vaporisation ac-

tuellement utilisées est que la chaleur est évacuée essen-

tiellement.par convection. En cas d'agression thermique brutale dans une zone déterminée de la boite, cet afflux thermique peut d'autant moins être évacué efficacement qu'il n'est en général pas prévu de pompe dans le circuit

et que la circulation du liquide de refroidissereni s'effec-

tue naturellement par phénomène de thermosiphon. Il en ré-

sulte un phénomène de caléfaction dans la zone considérée, provoquant dans les conduits la formation d'un bouchon de

vapeur interrompant, et même susceptible d'inverser par-

fois la circulation naturelle du liquide de refroidisse-

ment. Non refroidie, la boite est rapidement détruite.

Au contraire, dans une boite de refroidissement agen-

cée conformément à l'invention, les bulles de vapeur sont

soumises à l'action de la force centrifuge due à la rota-

tion de la masse de liquide. Ainsi, en raison de l'exis-

tence de ce champ gravitationnel, les bulles de vapeur

sont arrachées de la paroi au fur et à mesure de leur cré-

ation et elles sont entraînées vers le centre de la boite.

A une boite de refroidissement agencée selon les dis-

positions qui précèdent, on prévoit que le conduit radial, s'étendant depuis la zone centrale de la boite jusqu'à 2479852 q l'arrière de celleci, est situé dans la partie supérieure de la boite (dans la position de montage de celle-ci), et de préférence extérieurement à l'enceinte, de manière à

former une chambre de récupération de l'émulsion eau-va-

peur qui est ensuite évacuée.

Les dispositions de l'invention trouvent une troisiè-

me application dans les plaques de refroidissement.

Les plaques de refroidissement actuellement utilisées

se présentent sous forme de plaques métalliques rectangu-

laires parcourues par une pluralité de conduits destinés à la circulation du liquide de refroidissement. Les conduits sont indépendants les uns des autres et possèdent chacun

un orifice d'entrée et un orifice de sortie munis respec-

tivement de moyens de fixation pour le raccordement à des circuits hydrauliques extérieurs. En outre, ces plaques comportent des moyens de fixation pour leur solidarisation

au blindage du haut fourneau.

D'une façon typique, une plaque de refroidissement connue comporte jusqu'à douze points de solidarisation

soit pour sa fixation, soit pour son raccordement aux cir-

cuits extérieurs.

Les températures très élevées auxquelles sont expo-

sées les plaques provoquent des dilatations qui sont in-

compatibles avec un nombre de points rigides aussi élevé

et les plaques se trouvent soumises à des contraintes mé-

caniques telles qu'elles sont rapidement rendues inutili-

sables. Par ailleurs, le débit de liquide de refroidissement dans ces plaques connues est trop faible et le volant thermique ainsi créé est trop peu important pour procurer

un refroidissement efficace du blindage.

Au contraire, de par sa conception même, le dis-posi-

tif de refroidissement de l'invention, en raison du volume relativement important de liquide mis en rotation, possède un volant thermique élevé qui autorise un refroidissement

bien supérieur à celui obtenu jusqu'à présent.

Quant au problème des contraintes mécaniques, il est résolu dans un dispositif de refroidissement conforme à l'invention par le fait que - les deux conduits d'amenée et d'évacuation du liquide de

refroidissement s'étendent approximativement perpendicu-

lairement à celle des parois du dispositif qui, en posi-

tion de montage dans le haut fourneau, est en contact avec le blindage dudit haut fourneau, depuis la région centrale de ladite paroi,

- les deux conduits sont concentriques, au moins au voisi-

nage de ladite paroi,

- et les moyens de fixation de la plaque au blindage com-

prennent celui des susdits conduits qui est extérieur à l'autre et un orifice, percé dans le blindage, apte à

recevoir ledit conduit extérieur, des moyens de solida-

risation étant mis en oeuvre pour solidariser ce conduit extérieur au bord de l'orifice ou à la zone du blindage

entourant l'orifice.

Ainsi, grâce à ces dispositions, la plaque de refroi-

dissement n'est solidarisée au blindage qu'en une seule

zone, ce qui écarte tout problème de contraintes mécani-

ques dues à la dilatation en cours de fonctionnement.

En outre, toujours en raison de la structure simple

des dispositifs de refroidissement conformes à l'inven-

tion, des plaques de refroidissement ainsi agencées sont plus simples à fabriquer, et donc moins coûteuses, que les

plaques actuellement connues.

Une variante de la plaque qui vient d'être décrite consiste à lui faire comporter une cavité axiale ouverte à ses deux extrémités, l'enceinte entourant la cavité et les conduits d'amenée et d'évacuation entourant au moins partiellement la cavité, les dimensions tranversales de la cavité étant suffisantes pour qu'il soit possible d'y introduire un dispositif de refroidissement allongé et cylindrique.

On peut constituer ainsi un dispositif de refroidis-

sement mixte, associant une plaque de refroidissement et

une boite de refroidissement, qui procure un résultat par-

ticulièrement favorable puisque, pour un encombrement qui est celui d'une plaque de refroidissement, on effectue

un refroidissement en profondeur au sein du matériau r^-

fractaire, d'une part, et on constitue un écran thermique

protégeant le blindage, d'autre part.

L'invention sera mieux comprise à la lecture de la

description qui suit de certains de ses modes de réalisa-

tion, donnés à titre d'exemples non limitatifs. Dans cette

description, on se réfère aux dessins annexés sur les-

quels:

- la figure 1 représente schématiquement un mode de réali-

sation d'un dispositif d'échanges thermiques établi con-

formément à l'invention, - la figure 2 est une vue en coupe selon la ligne II-II de la figure 1, - la figure 3 représente schématiquement un autre mode de

réalisation d'un dispositif d'échanges thermiques con-

forme à l'invention, - la figure 4 représente schématiquement encore un autre

mode de réalisation d'un dispositif d'échanges thermi-

ques conforme à l'invention, - la figure 5 représente schématiquement encore un autre

mode de réalisation d'un dispositif d'échanges thermi-

ques conforme à l'invention, - la figure 6 est une vue latérale en coupe d'une plaque de refroidissement agencée conformément à l'invention, - la figure 7 est une vue en coupe selon la ligne VII-VII de la plaque de refroidissement de la figure 6, - la figure 8 représente encore une variante de la plaque de refroidissement des figures 6 et 7, - et les figures 9 et 10 représentent respectivement deux

agencements possibles de plaques et de boites de re-

froidissement conformes à l'invention.

En se référant tout d'abord aux figures 1 et 2 rela-

tives à un premier mode de réalisation de l'invention, la

boite de refroidissement 60 comprend une enceinte 61 cy-

lindrique de révolution possédant une forme aplatie, c'est-à-dire que sa hauteur est faible par rapport à son diamètre. Un conduit 62 d'amenée du liquide de refroidissement

débouche tangentiellement dans l'enceinte 61.

Pour l'évacuation du liquide, on prévoit, d'une part,

un orifice de sortie 63a, sensiblement diamétralement op-

posé à l'orifice du conduit d'amenée 62 et, d'autre part, un canal 63 s'étendant radialement approximativement de- puis le centre jusqu'à la périphérie de l'enceinte 61; le canal 63 est situé à égale distance des parois planes

64 de l'enceinte et il est aplati et profilé, comme visi-

ble en 65 à la figure 2, pour ne perturber que dansiune

moindre mesure l'écoulement du liquide.

Deux trous 66, percés respectivement dans ses faces

latérales 67 et centrés au centre de l'enceinte, permet-

tent au liquide de refroidissement de passer de l'enceinte

dans le canal 63.

Pour faciliter ce passage, on prévoit en outre, de chaque c6té du canal 63 (c'est-à-dire entre chaque face

* 67 du canal et chaque paroi 64 de l'enceinte), un disposi-

tif déflecteur 68 constitué de pales enroulées en direc-

tion du centre des trous 66.

Le canal 63 s'étend en direction de l'arrière de la plaque de refroidissement 60, c'est-à-dire à l'opposé de la zone (ou nez) 69 destinée à être tournée vers la région

du haut fourneau à refroidir lorsque la boite est instal-

lée en position fonctionnelle.

Le canal 63 débouche dans une chambre de décharge 70,

contiguë à l'enceinte 61 et située à l'arrière de celle-

ci.

Un conduit 71 d'évacuation du liquide de refroidisse-

ment s'ouvre dans la chambre 70, de préférence en regard

de l'orifice par lequel le canal 63 débouche dans la cham-

bre 70 ou en regard de l'orifice 63a.

Le liquide de refroidissement (en général de l'eau),

amené par le conduit 62 (flèche 72), arrive dans l'encein-

te 61 dans laquelle, compte tenu de la forme de celle-ci, il amorce un mouvement spiral (flèche 73) Une partie du liquide de la veine externe, qui s'est en fait le plus

échauffée au contact de la paroi du nez 69, passe directe-

ment par l'orifice 63a (flèche 73a) pour être évacuée. Le 1l reste de la masse d'eau, une fois arrivé vers la région centrale de l'enceinte, est récupéré par les dispositifs déflecteurs 68 (flèche 74) et pénètre dans le canal 63 d'o elle passe dans la chambre 70 (flèche 75) puis sort par le conduit 71 (flèche 76).

On notera que l'ensemble de la boite de refroidisse-

ment 60 est compris entre deux plans parallèles contenant les faces 74 de l'enceinte. Il en résulte que la boite 60 peut être facilement introduite, à travers le blindage du haut fourneau, dans son logement pratiqué dans le matériau réfractaire. Inversement, elle peut facilement en être

extraite, par exemple en vue de son remplacement.

La figure 3 (sur laquelle les éléments identiques à

ceux des figures 1 et 2 sont désignés par la même référen-

ce numérique) représente une boite de refroidissement (di-

te "à vaporisation") 77 dont l'agencement correspond d'une façon générale à celui de la boite 60 des figures 1 et 2,

à l'exception du canal 63 qui se trouve reporté à l'exté-

rieur de l'enceinte.

Plus précisément, on associe à l'une des parois de' l'enceinte (en l'occurrence celle, 78, qui est disposée en

haut dans la position de montage de la boite sur le blin-

dage du haut fourneau, telle que représentée à la figure 3) une coquille allongée 79 délimitant avec la paroi 78

un canal extérieur 80.

Un conduit d'amenée 62 débouche tangentiellement dans l'enceinte 61, par exemple selon la configuration de la figure 1 ou selon toute autre configuration équivalente, tandis qu'un conduit d'évacuation 71 part du canal 80. De même que dans le mode de réalisation précédent, des aubes 68 sont prévues pour amener le liquide à passer par un trou 66 faisant communiquer l'enceinte 61 avec le canal 80. Un au*tre trou 81 est prévu pour relier la chambre de

décharge 70 au canal 80.

En cours de fonctionnement, les bulles de vapeur qui se forment notamment au contact-de la paroi du nez 69, la plus exposée thermiquement, sont arrachées au fur et à mesure de leur création et entraînées par La masse liquide

en rotation dans l'enceinte 61.

Compte tenu du champ gravitationnel qui règne au sein de la masse liquide, les bulles de vapeur sont ramenées vers le centre de l'enceinte 61 d'o elles passent dans le canal 80. Comme le liquide est en continuelle circulation au sein de l'enceinte, on est assuré qu'il ne pourra pas

se former, le long de la face interne des parois, notam-

ment dans le nez, un voile de vapeur empêchant les échan-

ges thermiques et qu'il ne pourra pas se former non plus

de bouchon de vapeur bloquant la circulation de l'eau.

La boite de refroidissement 83 représentée à la figu-

re 4 est conçue, à l'inverse des précédentes, avec une ar-

rivée centrale et une évacuation tangentielle.

Un conduit d'amenée 84 débouche au centre d'une en-

ceinte 85 cylindrique de révolution, le liquide pénétrant

perpendiculairement à la face circulaire 86 de l'enceinte.

Des moyens déflecteurs 87, constitués par exemple comme ceux 68 des figures 1 à 4, impriment au liquide une composante tangentielle de telle manière qu'il est mis en rotation et décrit une trajectoire spirale de l'intérieur

vers l'extérieur de l'enceinte (flèche 88).

Un conduit d'évacuation 89 s'étend tangentiellement

et récupère le liquide réchauffé.

La figure 5 représente encore un autre mode de réali-

sation d'une boite de refroidissement conforme à l'inven-.

tion. La boite 90 de la figure 5 est conçue à partir de la plaque 60 des figures 1 et 2 dont elle reprend tous les

éléments (les mêmes références numériques ont été conser-

vées à la figure 5).

On a toutefois ajouté une seconde enceinte 91 qui est simplement constituée par un conduit tubulaire coudé en demi-cercle pour épouser la forme arrondie du nez 69 de la

plaque 60 de la figure 1. Le conduit tubulaire 91 se rac-

corde au réseau hydraulique extérieur par des-conduites

d'amenée 92 et d'évacuation 93.

On notera que, dans l'enceinte 61 et dans le conduit

91, les sens de circulation du liquide sont inverses (res-

pectivement flèches 94 et 95).

Il en résulte qu'au voisinage du conduit d'évacuation 93, là o le liquide déjà réchauffé par son parcours à travers le conduit 91 est moins efficace, un refroidisse- ment bénéfique est procuré par le liquide froid arrivant

par le conduit 62 et débouchant dans l'enceinte 61. Et in-

versement dans la région des conduits 71 et 92. Il est

ainsi possible d'obtenir une meilleure répartition du re-

froidissement du réfractaire, et, d'une façon générale, un

meilleur rendement.

On remarquera qu'à la figure 5 la boite de refroidis-

sement 91 a été représentée dans une position fonctionnel-

le, c'est-à-dire que, comme on l'a du reste déjà expliqué

plus haut, la plaque s'étend à peu près perpendiculaire-

ment au blindage 96 du haut fourneau auquel elle est fixée de façon appropriée au moyen d'un patin intermédiaire 97 et elle pénètre dans le réfractaire 98, son nez 99 étant

tourné vers les régions chaudes du haut fourneau.

Les figures 6 et 7 représentent une plaque de refroi-

dissement 100, destinée (comme on l'a déjà indiqué plus

haut) à être insérée entre le blindage 101 d'un haut four-

neau et le mur réfractaire (non représenté).

La plaque de refroidissement 100 possède une encein-

te 102 cylindrique de révolution, un conduit d'amenée 103 du liquide de refroidissement et un conduit d'évacuation

104 de ce liquide.

Les deux conduits 103 et 104 s'étendent, au moins dans une zone voisine de la plaque de refroidissement, sensiblement perpendiculairement à celle 105 des parois de l'enceinte qui est tournée vers le blindage 101. En outre, les deux conduits 103 et 104 sont coaxiaux, le conduit 104

étant intérieur au conduit 103 qui l'entoure.

A titre d'exemple, l'agencement de la plaque de re-

froidissement peut être le suivant.

Le conduit d'amenée 103 communique avec un canal 106, plaqué sur la face extérieure de la susdite paroi 105 de l'enceinte, qui débouche dans l'enceinte 102 à la

périphérie de celle-ci par un orifice 107. Une paroi dé- flectrice 108 est prévue devant l'orifice 107 pour dévier

le flot de liquide afin que celui-ci jaillisse tangentiel-

lement dans l'enceinte.

Diamétralement opposé à l'orifice 107 se trouve un orifice de sortie 109 par lequel l'enceinte 102 communique avec un canal 110 (par exemple lui aussi extérieur à la paroi 105) aboutissant dans une chambre centrale 111 de

l'enceinte. Cette chambre centrale communique avec le res-

te de l'enceinte par des ouvertures 112. Dans la chambre 111 sont également disposées des aubes déflectrices 112

situées en regard de l'orifice par lequel le conduit d'é-

vacuation 104 s'ouvre dans ladite chambre 111.

Pour la fixation de la plaque de refroidissement 100 dans le haut fourneau, le blindage 101 est percé d'un trou

113 ayant un diamètre correspondant sensiblement au diamè-

tre extérieur du conduit d'amenée 103; ledit conduit 103,

introduit dans le trou 113, est soudé au blindage.

La plaque de refroidissement 100 est ainsi solidari-

sée au blindage uniquement par sa région centrale, repré-

sentée par le conduit 103 servant de manchon de fixation.

Quelles que soient les déformations que pourra subir la plaque de refroidissement sous l'action de la chaleur, elle pourra se dilater librement, sans qu'elle soit le siège de contraintes destructrices comme c'était le cas dans les plaques de refroidissement antérieures présentant

une pluralité de zones de fixation.

Bien entendu, on comprendra que les dispositions qui viennent d'être décrites et combinant les moyens d'amenée et d'évacuation du liquide de refroidissement avec les

moyens de fixation ne sont pas tributaires de la configu-

ration particulière de l'enceinte représentée aux figures 6 et 7, etqui n'a été donnée qu'à titre d'exemple, et qu'elles peuvent tout aussi bien être associées à d'autres configurations d'enceintes, telles que celles précédemment décrites. La figure 9 représente un arrangement combinant des plaques de refroidissement 100, telles que celles qui viennent d'être décrites, disposées en quinconce et de boites de refroidissement 1OOa disposées dans les secteurs

libres entre les plaques.

On peut ainsi combiner le refroidissement en oro-:on-

deur du réfractaire, procuré par les boites, a.ec le -=- froidissement superficiel, destiné à protéger le blindage,

créé par les plaques.

La figure 8 représente une plaque de refroidissement 114 qui est une variante de la plaque de refroidissement

100 des figures 6 et 7.

La plaque 114 comporte une chambre annulaire axiale entourant une cavité cylindrique axiale 116 ouverte à

ses deux extrémités.

La chambre annulaire 115 est subdivisée en deux demi-

chambres semi-cylindriques 117 et 118 dans lesquelles dé-

bouchent respectivement les conduits d'amenée 119 et d'é-

vacuation 120 du liquide de refroidissement.

Pour le reste, la plaque de refroidissement peut être agencée de façon sensiblement identique à la plaque 100 des figures 6 et 7 ou être conformée selon l'un ou l'autre

des exemples qui précèdent.

La plaque 114 dans son ensemble est conformée de ma-

nière telle que la cavité axiale 116 ait une dimension

tranversale suffisante pour qu'une boite de refroidisse-

ment 121 (de préférence, mais non exclusivement, une boite de refroidissement agencée conformément aux dispositions

décrites dans le brevet principal).

Il est ainsi possible de constituer des ensembles de

refroidissement plaque + boite qui procurent, dans une me-

me zone du haut fourneau, un refroidissement du mur ré-

fractaire (refroidissement en profondeur) et un refroidis-

sement entre le blindage et le mur réfractaire (refroidis-

sement en surface ou effet d'écran thermique).

La figure 10 représente la combinaison de tels ensem-

bles de refroidissement (plaque 114 + boite 121) disposés en quinconce avec des boites de refroidissement 122 seules (qui, elles aussi, peuvent être de préférence, mais non exclusivement, du type décrit dans le brevet principal) disposées dans les secteurs laissés libres (disposition

aux coins d'un hexagone circonscrit aux plaques 114).

- Il est ainsi possible de créer de véritables barrages thermiques, dont l'action s'étend aussi bien en profondeur dans le réfractaire qu'en surface et qui, de par la dispo-

sition des boites de refroidissement, procure un bon an-

crage du réfractaire.

Comme il va de soi et comme il résulte d'ailleurs déjà de ce qui précède, l'invention ne se limite nullement à ceux de ses modes d'application et de réalisation qui ont été plus spécialement envisagés; elle en embrasse, au

contraire, toutes les variantes.

17 -

Claims (9)

REVENDICATIONS

1 - Dispositif d'échanges thermiques pour le refroi-

dissement d'une paroi de haut fourneau, selon la revendi-

cation 6 de la demande de brevet principal, c'est-à-dire comprenant:

- une enceinte fermée présentant une forme générale apla-

tie (sa longueur étant faible vis-à-vis de son diamètre)

et sensiblement de révolution autour d'un axe de révolu-

tion,

- un liquide de refroidissement circulant dans ladite en-

ceinte,

- des moyens d'injection, pour injecter avec une composan-

te tangentielle le liquide de refroidissement, situés dans une première région de l'enceinte, et - des moyens d'évacuation, pour évacuer tangentiellement

ce liquide, situés dans une seconde région de l'encein-

te, lesdits moyens d'injection et d'évacuation du liqui-

de étant respectivement espacés radialement l'un de l'autre,

- ladite enceinte et lesdits moyens d'injection et d'éva-

cuation de liquide étant agencés pour que n'importe quel point situé à l'intérieur de l'enceinte ne rencontre aucun obstacle, lors d'un mouvement de rotation autour de l'axe de révolution, caractérisé en ce que, les moyens d'injection tangentielle du liquide débouchant tangentiellement dans l'enceinte à la périphérie ou au voisinage de la périphérie de celle-ci et les moyens d'évacuation tangentielle du liquide étant situés au centre de l'enceinte, les moyens d'évacuation tangentielle comprennent au moins un ensemble de moyens déflecteurs situés au centre de l'enceinte et un conduit débouchant dans une face de l'enceinte en regard desdits

moyens déflecteurs.

2 - Dispositif d'échanges thermiques selon la reven-

dication 1, caractérisé en ce que le conduit d'évacuatign s'étend radialement à partir du centre de l'enceinte vers

la périphérie de l'enceinte.

3 - Dispositif d'échanges thermiques selon la revendication 2, caractérisé en ce que le conduit radial

d'évacuation est intérieur à l'enceinte, en ce qu'il s'é-

tend sensiblement à égale distance de deux parois latéra-

les de l'enceinte et en ce qu'il est prévu deux ensembles de moyens déflecteurs, ces deux ensembles étant situés de

part et d'autre du susdit conduit.

*4 - Dispositif d'échanges thermiques selon la reven-

dication 3, caractérisé en ce que le conduit radial d'éva-

cuation est profilé extérieurement pour offrir une résis-

tance minimale au liquide en rotation dans l'enceinte.

- Dispositif selon l'une quelconque des revendica-

tions 2 à 4, caractérisé en ce que le conduit radial d'é-

vacuation débouche dans une chambre de transit, extérieure

à l'enceinte et comportant un orifice de sortie d'eau.

6 - Dispositif d'échanges thermiques selon la reven-

dication 2, caractérisé en ce que le conduit radial est

situé dans la partie supérieure de l'enceinte, et de pré-

férence extérieurement à celle-ci.

7 - Dispositif d'échanges thermiques selon l'une

quelconque des revendications 1 à 6 ou selon la revendica-

tion 6 de la demande de brevet principal, caractérisé en ce que les moyens d'évacuation tangentielle comprennent un conduit débouchant tangentiellement dans l'enceinte, à la

périphérie de celle-ci, l'orifice dudit conduit étant dia-

métralement opposé à l'orifice des moyens d'injection tan-

gentielle.

8 - Dispositif d'échanges thermiques, pour-le refroi-

dissement d'une paroi de haut fourneau, selon la revendi-

cation 6 de la demande de brevet principal, c'est-à-dire comprenant

- une enceinte fermée présentant une forme générale apla-

tie (sa longueur étant faible vis-à-vis de son diamètre)

et sensiblement de révolution autour d'un axe de révolu-

tion,

- un liquide de refroidissement circulant dans ladite en-

ceinte,

- des moyens d'injection, pour injecter avec une composan-

te tangentielle le liquide de refroidissement, situés dans une première région de l'enceinte, et - des moyens d'évacuation, pour évacuer tangentiellement

ce liquide, situés dans une seconde région de l'encein-

te, lesdits moyens d'injection et d'évacuation du liaui-

de étant respectivement espacés radialemer.t l'un ne l'autre,

- ladite enceinte et lesdits moyens d'injection et d'é-

vacuation de liquide étant agencés pour que n'importe

quel point situé à l'intérieur de l'enceinte ne rencon-

tre aucun obstacle, lors d'un mouvement de rotation au-

tour de l'axe de révolution, caractérisé en ce que, les moyens d'injection tangentielle débouchant dans la partie centrale de l'enceinte et les

moyens d'évacuation tangentielle étant situés à la péri-

phérie de l'enceinte, les moyens d'injection tangentielle

comprennent au moins un conduit d'amenée du liquide débou-

chant dans au moins une face de l'enceinte et sensiblement au centre de ladite face et au moins un ensemble de moyens déflecteurs situés en regard de l'orifice dudit conduit,

pour imprimer une composante de force tangentielle au li-

quide débouchant dans l'enceinte.

9 - Dispositif d'échanges thermiques selon l'une quelconque des renvendications 1 à 8, caractérisé en ce que, pour l'amenée et la sortie du liquide, ilpest muni de moyens de raccordement situés côte à côte et reliés à l'enceinte par des conduits qui s'étendent entre les deux plans contenant les deux faces sensiblement parallèles de

l'enceinte, ce grâce à quoi le dispositif d'échanges ther-

miques est apte à être monté sur la paroi du haut fourneau perpendiculairement à celle-ci, à la manière d'une boite

de refroidissement.

- Dispositif d'échanges thermiques selon l'une

quelconque des revendications 1 à 9, caractérisé en ce

qu'il comporte une seconde enceinte couvrant au moins la partie frontale de la première enceinte et en ce qu'il

n'existe pas de communication pour le liquide de refroi-

dissement entre la première et la seconde enceinte.

11 - Dispos-itif de refroidissement selon l'une

quelconque des revendications 1 à 7, les moyens d'injec-

tion et d'évacuation comprenant respectivement un conduit d'amenée du liquide et un conduit d'évacuation du liquide,

caractérisé en ce que les deux conduits s'étendent appro-

ximativement perpendiculairement à l'une des parois de l'enceinte, au moins au voisinage de ladite paroi, depuis sensiblement la zone centrale de ladite paroi, en ce que les deux conduits sont concentriques au moins au voisinage de ladite paroi, et en ce que des moyens de fixation du dispositif au blindage du haut fourneau sont prévus qui comprennent, d'une part, celui des susdits conduits qui est extérieur à l'autre et, d'autre part, un orifice percé

dans le blindage et apte à recevoir ledit conduit exté-

rieur, des moyens de solidarisation étant mis en oeuvre pour solidariser le conduit extérieur au bord de l'orifice

ou à une zone du blindage entourant l'orifice.

12 - Dispositif de refroidissement selon l'une quel-

conque des revendications 1 à 7 et 11, caractérise en ce

qu'il comporte une cavité axiale ouverte à ses deux extré-

mités, l'enceinte entourant la cavité et les conduits d'amenée et d'évacuation entourant au moins partiellement la cavité, les dimensions transversales de la cavité étant suffisantes pour qu'il soit possible d'y introduire un

dispositif de refroidissement allongé et cylindrique.