FR2619615A1 - Isolation thermique refractaire, pour tubes coulissants, porteurs ou transversaux d'une installation de chauffe - Google Patents

Abstract

Isolation thermique réfractaire, pour tubes coulissants, porteurs ou transversaux 1 d'une installation de chauffe, cette isolation étant composée par des segments individuels 2 dont chacun est réalisé en tant que coquille préfabriquée 3 et constitué par une pluralité de couches individuelles plates et planes 4 qui sont faites de fibres inorganiques et sont précontraintes et fixées dans la coquille individuelle préfabriquée au moyen d'éléments de retenue métalliques 5. Dans la coquille préfabriquée 3, les éléments de retenue métalliques 5 sont couplés, avec du jeu, à des dispositifs de fixation rigides qui sont inamoviblement liés aux tubes coulissants, porteurs ou transversaux 1 et sont adaptés à l'élément de retenue 5.

Description

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ISOLATION TEERXIQUE REFRACTAIRE, POUR TUBES COULISSAITS, PORTEURS

OU TRAISVERSAUI D'UNE ISTALLATION DE CHAUFFE.

L'invention concerne une isolation thermique réfractaire, pour tubes coulissants, porteurs ou transversaux d'une installation de chauffe, cette isolation étant composée par des segments individuels dont chacun est réalisé en tant que coquille préfabriquée et constitué par une pluralité de couches individuelles plates et planes qui sont faites de fibres inorganiques et sont précontraintes et fixées dans la coquille individuelle préfabriquée au moyen d'éléments de retenue métalliques. Les constructions porteuses et constructions de transport dans les chaufferies, zones de chauffage, extracteurs de gaz de fumées et chambres de combustion d'installations de chauffe des types les plus divers exigent dans la plupart des cas un refroidissement forcé des pièces de construction, au moyen d'air, d'eau ou de vapeur. Ainsi, par exemple, les foyers des fours de réchauffage chauffés par le haut et par le bas, utilisés dans les industries de l'acier (fours poussants, fours à langerons mobiles, etc.), sont constitués par des tubes à section circulaire u rectangulaire, dits coulissants, porteurs ou

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transversaux, lorsqu'ils sont horizontaux, et montants lorsqu'ils sont verticaux. Pour le refroidissement de ces tubes, on fait une distinction entre refroidissement par fluide froid ou par fluide chaud, c'est-à-dire que l'on fait passer soit de l'eau, soit de la vapeur chaude dans l'ensemble du système de tubes. Toutefois, afin de réduire les pertes thermiques très élevées du four qui en résultent, et d'accroitre ainsi le rendement de l'installation, donc d'éviter autant que possible les influences négatives que le refroidissement des tubes a sur les produits à chauffer, tels que notamment brames, blocs ou billettes, il faut en général que les tubes soient revêtus, c'est-à-dire isolés thermiquement. On doit alors tenir compte de ce qu'en plus des sollicitations thermiques, des sollicitations mécaniques plus ou moins fortes apparaissent, qui sont dues à des attaques de calamine ou de scories, ou peuvent être provoquées par des dilatations, flexions et fortes vibrations du système de tubes. En outre, la coquille d'isolation des tubes doit être aussi peu épaisse que possible, notamment dans le cas des tubes porteurs et glissants, afin que la surface d'ombre* sur le c6té inférieur chauffé du produit traité soit minimisée Le brevet allemand DE-PS 34 03 749 décrit un enveloppement constitué par une pluralité d'éléments annulaires faits de mats de fibres et munis de fentes radiales, destinés notamment à l'isolation réfractaire de pièces de construction oblongues dans des fours industriels, telles que des tubes porteurs, sur lesquelles les éléments annulaires sont disposés les uns à la suite des autres sans lacune, au moins deux éléments annulaires voisins, aménagés de manière connue en soi en tant que plaques annulaires rectangulaires, étant liés lun à l'autre à chaque fois par une ligne de pliage des mats de fibres, et les fentes radiales d'au moins deux éléments annulaires d'un mat de fibres se trouvant dans des côtés opposés d'un anneau et suivant un tracé parallèle à la ligne de pliage, et des épingles réalisées sous forme de barres individuelles et/ou d'arceaux en forme de U s'étendant parallèlement à l'axe de la pièce de construction, au travers des

éléments annulaires.

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La demande de brevet allemand DE-OS 36 09 047 décrit un enveloppement réfractaire en corps plats isolants incombustibles, comprimés, faits de fibres minérales ou céramiques, pour l'isolation thermique de tubes, tubes coulissants, porteurs, verticaux et analogues dans des fours de préchauffage, fours poussants ou fours à longerons mobiles, dans lequel les corps isolants ont un profil intérieur, et éventuellement aussi extérieur, en forme d'arc, entourent complètement ou presque complètement en direction périmétrique le tube à isoler et sont maintenus sur le tube, en aboutement étroit, entre au moins deux organes de retenue qui attaquent les extrémités de plusieurs corps isolants appliques les uns contre les autres et formant une pile de corps isolants, plusieurs corps isolants étant embrochés sur plusieurs aiguilles écartées les unes des autres, de manière à constituer une

pile très compacte de corps isolants, plusieurs organes de serrage-

compactage étant prévus entre corps isolants, à distance les uns des autres, entre les organes de maintien prévus aux extrémités de la barre, et les aiguilles débordant par leur pointe au-delà d'une surface frontale de la pile de corps isolants constituant une pièce profilée préfabriquée. Or, la pratique montre qu'en présence de fortes sollicitations mécaniques par vibrations, dilatation et flexion du système de tubes, le recours à des fibres insuffisamment précompactées par les éléments mécaniques de retenue présente des inconvénients, tout comme le recours à des garnitures métalliques rigides, liées au système de

tubes, en tant qu'éléments de retenue.

Dans un premier cas, si les matériaux fibreux sont insuffisamment précmatraints par les éléments de retenue métalliques, le retrait des fibres, susceptible d'excéder 7 X lors du chauffage à des températures de fonctionnement allant Jusqu'à 1200 C, peut être la cause d'apparition d'interstices, et la surcharge thermique du système de tubes métalliques peut alors aboutir à la défaillance de l'installation. Dans le deuxième cas, celui du recours à des matériaux fibreux précontraints par des élé61ments de retenue constitués par des garnitures métalliques toutefois non liées au système de tubes, des problèmes surviennent principalement du fait des vibrations de

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l'installation. Vibrant très fortement si on la compare aux matériaux fibreux poreux, peu denses, la masse des garnitures métalliques détruit et fragmente le matériau fibreux au voisinage des éléments de retenue rigides, ce qui compromet leur fonction d'éléments de retenue. Dans les deux cas; l'isolation thermique fiable du système de tubes ne peut pas

être assurée.

L'invention a pour but d'améliorer l'isolation thermique réfractaire de tubes glissants, porteurs ou transversaux, de façon & éviter le risque de relâchement de l'isolation thermique du système de tubes sous l'effet du retrait et/ou des vibrations permanentes, et/ou le risque d'endommagement et de destruction de l'isolation thermique lors de la dilatation et/ou de la flexion du système de tubes. Selon l'invention, ce but est atteint par le fait que, dans la coquille préfabriquée, les éléments de retenue métalliques sont couplés avec du. Jeu à des dispositifs de fixation rigides qui sont inamoviblement liés aux tubes coulissants, porteurs ou transversaux, et

sont adaptés à l'élément de retenue.

Les éléments de retenue métalliques dans la coquille préfabriquée peuvent être constitués par des éléments de serrage et par des éléments d'arrêt. Cette forme de réalisation autorise un assemblage simple des couches individuelles de fibres en coquilles préfabriquées. En outre, la nasse volumique des segments peut être réglée en assemblant un nombre plus ou moins grand de couches individuelles dans l'élément de serrage, et l'élément d'arrêt permet de

fixer efficacement toutes les couches de fibres.

Pour obtenir une longévité raisonnable de l'isolation par fibres selon l'invention,il est avantageux que les éléments de serrage et d'arrêt soient mobiles les uns par rapport aux autres. On évite ainsi que les vibrations et oscillations du système de tubes, parvenant encore à l'élément de retenue, soient transmises par l'élément de

serrage à' l'élément d'arrêt et par conséquent à l'isolation thermique.

Dans une forme de réalisation préférée, l'élément de serrage est réalisé de façon à présenter un arceau de maintien et deux branches

s'engageant chacune entre deux couches de corps en fibres.

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Cet agencement assure une excellente robustesse permettant la manipulation, par exemple lors du montage des coquilles, et maintient assemblées sous précontrainte les couches individuelles, faites de

fibres céramiques, de la coquille préfabriquée.

La stabilité globale des coquilles préfabriquées selon l'invention peut encore être accrue si des ajours sont prévus dans les branches s'engageant dans les corps en fibres, et si les éléments d'arrêt s'engagent dans les ajours des branches des éléments de serrage. On empêche ainsi efficacement, même en présence de fortes sollicitations mécaniques, la désolidarisation des couches

individuelles constituant les coquilles préfabiquées.

Dans une autre forme de réalisation avantageuse de l'invention, les éléments d'arrêt présentent un coude à leur première extrémité tandis qu'ils se terminent à leur autre extrémité par une partie

effilée en direction longitudinale.

En aucune de ses extrémités, l'élément d'arrêt n'est fixé à l'élément de serrage. Les éléments de serrage sont donc toujours librement mobiles par rapport aux éléments d'arrêt, donc dans la direction longitudinale des systèmes de tubes. L'isolation thermique peut ainsi compenser toute dilatation ou contraction du système de tubes. La forme effilée de l'élément d'arrêt est avantageuse pour faciliter son introduction non destructive dans les couches de fibres,

lors de la fabrication des segments.

A cette même fin, l'invention prévoit aussi que les aJours dans les branches des éléments de serrage permettent aux éléments d'arrêt

de se mouvoir librement.

On arrive ainsi à ce que les éléments d'arrêt qui traversent les couches de fibres soient mobiles, dans un espace de débattement tridimensionnel, par rapport aux éléments de serrage des éléments de retenue métalliques. Ce n'est qu'ainsi que l'on peut éviter une destruction des couches de fibres sous l'efet des vibrations, flexions

ou dilatations des systèmes de tubes.

Dans une autre forme de réalisation de l'invention, allant dans le même sens, il est prévu que la masse mobile des éléments d'arrêt

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est plus petite que celle des éléments de serrage. Par ailleurs, les éléments de serrage possèdent une certaine stabilité mécanique puisque, selon l'invention, les éléments de serrage permettent d'établir un

précompactage de l'ordre de 60 à 240 kg/ms.

Un précompactage est avantageux pour obtenir une isolation ayant une conductibilité thermique réduite, et une meilleure

résistance aux agressions érosives et mécaniques.

En outre, un précompactage est nécessaire pour compenser les phénomènes de retrait des matériaux fibreux au cours de leur utilisation, et pour compenser les variations de longueur du système de tubes. Ce n'est qu'ainsi que l'on est assuré d'un revêtement sans

faille du systèmes de tubes par l'isolation thermique.

Dans une autre forme de réalisation préférée de l'invention, d'autres couches individuelles de fibres inorganiques moins précontraintes, ou non précontraintes, sont prévues entre les segments individuels réalisés sous forme de coquilles précontraintes préfabriquées. La précontrainte des couches individuelles est déterminée par l'intervalle des dispositifs de fixation rigides

inazoviblement liés aux tubes coulissants, porteurs ou transversaux.

Les couches individuelles plates et planes, qui constituent les segments individuels, sont faites de fibres inorganiques. Selon l'invention, on utilise, comme fibres inorganiques, des fibres de verre, fibres minérales ou céramiques, en particulier des fibres du système

S.iO2, Al2OC et/ou ZrO2.

Dans ce cas, les coquilles peuvent être préfabriquées avec des fibres inorganiques sous forme de nappe, et/ou de mat aiguilleté et/ou de produits obtenus par voie humide ou sèche, formés sous vide, munis

de liants organiques et/ou inorganiques.

Afin que les surfaces d'ombre" sur le côté inférieur chauffé de la matière traitée soient aussi réduites que possible, la forme des coquilles préfabriquées est avantageusement adaptée aux conditions thermiques à l'intérieur de l'installation de chauffe, compte tenu de la

mat ière traitée.

Dans une forme de aise en oeuvre applicable à toutes les formes de réalisation envisagées dans ce qui précède, l'invention prévoit que

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les coquilles préfabriquées sont revêtues, avant ou après montage, d'une couche mince, solide et bien adhérente, éventuellement elle aussi

à base de fibres inorganiques.

Les avantages atteints par l'invention consistent notamment en ce que l'on évite la désolidarisation de l'isolation thermique du système de tubes sous l'efet du retrait et/ou des vibrations, et/ou le risque d'endommagement et de destruction de l'isolation thermique sous l'effet de la dilatation et/ou de la flexion du système de tubes, de sorte que l'on évite ainsi toute défaillance de l'ensemble de

l'installation de chauffe.

Les caractéristiques et avantages de l'invention apparaîtront

plus complètement dans la description présentée dans ce qui suit, à

titre d'exemple non limitatif, en se reportant aux dessins annexés dont les figures représentent: - la figure 1, une vue en perspective oblique d'une isolation thermique d'un agencement de -tubes coulissants, faite de plusieurs segments individuels; - la figure 2, une vue frontale d'une isolation thermique considérée perpendiculairement à la direction longitudinale des tubes coulissants, le dispositif de fixation étant inamoviblement fixé au tube; - la figure 3, une vue frontale comme la figure 2, montrant toutefois aussi l'agencement des éléments de retenue métalliques dans la coquille préfabriquée; - la figure 4, un élément de retenue métallique avec élément de serrage et élément d'arrêt; et - la figure 5, un élément de serrage avec arceau de retenue et

branches latérales encore non pliées.

L'isolation thermique réfractaire pour tubes coulissants, porteurs ou transversaux 1, se compose d'une pluralité de sfments individuels 2. Ces segments individuels 2 sont, par exemple, réalisés

et préfabriqués en tant que demi-coquilles ou quarts de coquilles 3.

Les segments individuels 2 peuvent présenter des dimensions et adaptations géométriques différentes, selon qu'ils sont utilisés pour

l'isolation thermique de tubes coulissants, porteurs ou transversaux.

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Ainsi, par exemple dans le cas de tubes coulissants 1, les segments 2 doivent présenter des évidements par lesquels peuvent déborder les Ocavaliers", c'est-à-dire les surfaces métalliques par dessus lesquelles le produit chaud est transporté. Les dimensions des segments 2 sont adaptées à chaque fois aux possibilités de montage et aux conditions

locales des installations de tubes à isoler.

Les segments 2 réalisés en tant que coquilles 3 sont constitués par des piles de couches individuelles plates et planes 4 qui ont été

mises à la forme désirée par découpage ou poinçonnage.

Les couches individuelles peuvent, par exemple, être constituées par ce que l'on appelle des couvertures en fibres", c'est-à-dire par des mats de fibres aiguilletés, sans liant organique, ou par un matériau élastique en plaque, réalisé par voie humide, présentant commne liant, par exemple, un produit à structure de caoutchouc. On utilisera

habituellement des couches individuelles 4 épaisses de 25 à 40 mm.

La densité initiale des couches individuelles proprement dites vaut, par exemple, 128 kg/mi, mais peut aussi être comprise entre 50 et 200 kg/nM. Un facteur de compactage usuel pour la coquille préfabriquée 3 est de 1,3 à 1,4, c'est-à-dire, par exemple une masse volumique de 125 à 135 kg/mz dans la coquille 3, pour une masse volumique initiale de 96 kg/mf des couches individuelles. D'une part, afin de fixer ces couches individuelles de manière stable et, d'autre part,afin de les monter sous précontrainte, on utilise des éléments de retenue métalliques 5 qui sont constitués par un élément de serrage 7, stable, en forme d'arceau après montage, et par un élément d'arrêt 8 en

forme d'aiguille ou de tige.

Réalisé entièrement par façonnage-découpage à la presse, à partir d'un flan en t6le plane, l'élément de serrage, comporte un arceau de maintien 9, avec deux branches 10 à gauche et à droite de ce dernier, et des évidements 11

et 16 sont prévus dans les branches 10 et dans l'arceau de maintien 9.

Ensuite, une branche 10 de l'élément de serrage 7 est rabattue par coudage à angle droit par rapport à l'étrier de maintien 9, puis les couches individuelles plates et planes 4 sont empilées en nombre voulu, selon le degré de précompactage désiré, après quoi la deuxième branche 10 de l'élément de serrage est également rabattue par pliage à angle droit, de sorte que les couches plates et planes de fibres se

trouvent alors enserrées et immobilisées entre les branches 10.

Afin déviter efficacement qu'après retrait des couches individuelles 4, pendant l'utilisation, ces couches puissent glisser hors de la coquille préfabriquée 3, celles-ci, plates et planes, sont fixées par un élément d'arrêt 8 en forme d'aiguille. Ce dernier traverse toutes les couches individuelles 4 et est guidé dans des ajours 11 des branches 10 de l'élément de serrage 7. L'élément d'arrêt 8 est avantageusement coudé à une extrémité (en 14), ou présente une tète ronde épaissie qui peut être aplatie, tandis que l'autre extrémité , celle qui a traversé les couches fibreuses individuelles, est

effilée en direction longitudinale.

Ces coquilles préfabriquées sont alors couplées à des dispositifs de fixation rigides 6, inaxoviblement liés au système de tubes 1, par exemple rapportés par soudage. Les dispositifs de fixation 6 doivent être adaptés aux éléments de retenue 5. Il peut s'agir par exemple d'un boulon à tête 6, soudé au système de tubes, s'engageant et se mettant en condition de couplage dans un ajour 16 à profil se rétrécissant aménagé dans l'arceau de maintien 9 de l'élément

de serrage 7.

Selon l'invention, tous les assemblages du système de retenue peuvent être couplés avec du jeu. Ceci étant, aux endroits à problème, il peut être nécessaire d'insérer ente les segments individuels 2 réalisés en tant que coquilles 3, d'autres couches individuelles 12 afin d'obtenir un habillage sans lacune du système de tubes 1. Dans ce cas, les segments individuels 2 servent de soutien des couches individuelles 12, permettant de compenser les changements de position des segments individuels 2, découlant de variations du systèmes de

tubes pendant l'utilisation.

Par un choix approprié de l'intervalle des dispositifs de fixation rigides 6 sur le système de tubes 1, les couches individuelles

12 peuvent aussi être mises sous contrainte de traction.

Afin de conférer à l'ensemble de l'isolation thermique la capacité de résister à la calamine de la matière chauffée, et aux

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charges mécaniques et/ou érosives, il peut être opportun de la révêtir d'une couche 13 solide et bien adhérente, dont les caractéristiques

d'allongement et de retrait sont adaptées au matériau fibreux sous-

Jacent. La couche de revêtement 13 peut être, par exemple, appliquée en couche mince après le montage, ou bien la coquille préfabriquée 3 peut

recevoir par enduction la couche de revêtement 13 avant le montage.

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REVEID ICATIOIS:

1. Isolation thermique réfractaire, pour tubes coulissants, porteurs ou transversaux (1) d'une installation de chauffe, cette isolation étant composée par des segments individuels (2) dont chacun est réalisé en tant que coquille préfabriquée (3) et constitué par une pluralité de couches individuelles plates et planes (4) qui sont faites de fibres inorganiques et sont précontraintes et fixées dans la coquille individuelle préfabriquée au moyen d'éléments de retenue métalliques (5), caractérisée par le fait que, dans la coquille préfabriquée (3), les éléments de retenue métalliques (5) sont couplés, avec du jeu, à des dispositifs de fixation rigides (6) qui sont inauoviblement liés aux tubes coulissants, porteurs ou transversaux

(1) et sont adaptés à l'élément de retenue (5).

2. Isolation selon la revendication 1, caractérisée par le fait que les éléments de retenue métalliques (5) dans la coquille préfabriquée sont constitués par des éléments de serrage (7) et par

des éléments d'arrêt (8).

3. Isolation selon la revendication 2, caractérisée par le fait que les éléments de serrage (7) et d'arrêt (8) sont mobiles les uns

par rapport aux autres.

4. Isolation selon la revendication 2 ou 3, caractérisée par le fait que l'élément de serrage (7) présente un arceau de maintien (9) et deux branches (10) s'engageant chacune entre deux couches de corps en

fibres.

5. Isolation selon la revendication 4, caractérisée par le fait que l'arceau de maintien (9) présente un ajour (16) pour recevoir le

dispositif de fixation (6).

6. Isolation selon la revendication 4 ou 5, caractérisée par le fait que des ajours (11) sont prévus dans les branches (10)

s'engageant dans les corps en fibres.

7. Isolation selon la revendication 6, caractérisée par le fait que les éléments d'arrêt (8) s'engagent dans les ajours (11) des

branches (10) des éléments de serrage (7).

8. Isolation selon l'une quelconque des revendications 2 à 7,

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caractérisée par le fait que les 'éléments d'arrêt (8) présentent un coude (14) à leur première extrémité tandis qu'ils se terminent à leur autre extrémité par une partie (15) effilée en direction longitudinale

9. Isolation selon l'une quelconque des revendications 6 à 8,

caractérisée par le fait que les ajours (11) dans les branches (10) des éléments de serrage (7) permettent aux éléments d'arrêt (8) de se

mouvoir librement.

10. Isolation selon l'une quelconque des revendications 2 à 9,

caractérisée par le fait que la masse mobile des éléments d'arrêt (6)

est plus petite que celle des éléments de serrage (?).

11. Isolation selon l'une quelconque des revendications 2 à 10,

caractérisée par le fait que les éléments de serrage (7) permettent

d'établir un précompactage de l'ordre de 60 à 240 kg/mf3.

12. Isolation selon l'une quelconque des revendications 1 à 11,

caractérisée par le fait que d'autres couches individuelles de fibres inorganiques (12) moins précontraintes, ou non précontraintes, sont prévues entre les segments individuels (2) réalisés sous forme de

coquilles précontraintes préfabriquées (3).

13. Isolation selon la revendication 12, caractérisée par le fait que la précontrainte des couches individuelles <12) est déterminée par l'intervalle des dispositifs de fixation rigides <6) inamoviblement

liés aux tubes coulissants, porteurs ou transversaux (1).

14. Isolation selon l'une quelconque des revendications 1 à 11,

caractérisée par le fait que les fibres inorganiques utilisées sont des fibres de verre, fibres minérales ou céramiques, en particulier des

fibres du système SiO2, A120t et/ou ZrO2.

15. Isolation selon l'une quelconque des revendications 1 à 14,

caractérisée par le fait que les coquilles sont préfabriquées avec des fibres inorganiques sous forme de nappe et/ou de mat aiguilleté et/ou de produits obtenus par voie humide ou sèche, formés sous vide, munis

de liants organiques et/ou inorganiques.

16. Isolation selon l'une quelconque des revendications 1 à 15,

caractérisée par le fait que la forme des coquilles préfabriquées (3) est adaptée aux conditions thermiques à l'intérieur de l'installation

de chauffe, compte tenu de la matière traitée.

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17. Isolation selon l'une quelconque des revendications I à 16,

caractérisée par le fait que les coquilles (3) sont revêtues, avant ou après montage, d'une couche mince, solide et bien adhérente (13),

éventuellement elle aussi à base de fibres inorganiques.