LU83275A1 - Perfectionnements aux dispositifs d'echanges thermiques a circulation de liquide pour le refroidissement des parois des hauts fourneaux - Google Patents

Description

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Perfectionnements aux dispositifs d'échanges 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 refroidissement d'une paroi de haut fourneau et comprenant une enceinte fermée présentant une forme générale aplatie 5 (son épaisseur étant faible vis-à-vis 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-10 pal.

On rappellera tout d'abord que des dispositifs d'échanges thermiques du genre précité (couramment désignés sous le nom de "plaques de refroidissement" dans cette technique) sont destinés à être disposés, dans les parties 15 les plus exposées du haut fourneau, entre le blindage métallique d'un haut fourneau et le mur intérieur en matériau réfractaire, afin d'empêcher que le( blindage ne s'échauffe trop. D'autres dispositifs d'échanges thermiques du genre précité (couramment dénommés "boîtes de re-20 froidissement plates" ou "boîtes plates") sont destinés à être disposés, de même que les boîtes de refroidissement normales, approximativement perpendiculairement à la paroi du haut fourneau et pénétrer dans le matériau réfractaire qu'ils soutiennent mécaniquement et qu'ils refroi-25 dissent afin d'empêcher sa détérioration trop rapide sous l'action de la chaleur.

On rappellera également que les susdits perfectionnements décrits dans le brevet principal consistaient essentiellement à prévoir : 30 - 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 h 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 5 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-10 ressants, compte tenu de leur extrême simplicité constructive et donc de leur prix de revient moindre.

L'objet de l'invention est de préciser certaines dispositions particulières applicables aux dispositifs de refroidissement susmentionnés afin de les rendre aptes à des 15 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 celle-ci et 20 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 25 moyens déflecteurs.

Grâce à la présence des moyens déflecteurs, on facilite la récupération du liquide de refroidissement dans son mouvement de rotation spirale et son amenée à l'orifice du conduit d'évacuation. Cette récupération s'effectue 30 plus rapidement, ce qui améliore encore le débit du liquide 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 35 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

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3 * » s'étende sensiblement à égale distance des deux parois latérales de l'enceinte et qu'il soit prévu deux ensembles de moyens déflecteurs situés de part et d'autre dudit conduit. De préférence, le conduit radial d'évacuation est 5 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 chambre de transit, extérieure à l'enceinte et comportant un orifice de sortie d'eau.

10 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 principal, consiste en ce que les moyens d'évacuation tangen-tielle comprennent un conduit débouchant tangentiellement 15 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-20 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 comprennent au moins un conduit d'amenée du liquide débouchant dans au moins une face de l'enceinte et sensiblement au 25 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 liquide débouchant dans l'enceinte.

Les boites de refroidissement plates utilisées à ce 30 jour se présentent sous une forme générale sensiblement parallélépipédique aplatie dont la partie arrière est munie 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.

35 Pour amener le liquide de refroidissement à circuler dans le nez, on prévoit, à l'intérieur de l'enceinte ainsi constituée, au moins une paroi séparatrice obligeant le liquide à suivre la paroi extérieure .de la boite.

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Toutefois, dans les coudes à 90°, la vitesse des veines du liquide - qui sont situées *le plus à l'extérieur (c'est-à-dire au contact meme de la paroi de la boite) -diminue fortement ; il en résulte que cette zone de coude 5 est mal refroidie alors que le nez est précisément la partie 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-10 les solides qui freinent l'échange thermique. La paroi de l'enceinte s'échauffe, ce qui accroît encore l'entartrement, lequel freine encore plus les échanges thermiques.

• Ce phénomène cumulatif gagne de proche en proche et la boîte finit par périr sous l'action de l'abrasion ther-15 momécanique, car le cuivre (dont ces boites sont en général constituées) mal refroidi perd toutes ses caractéristiques mécaniques et est très facilement usé, non seulement par les charges, mais aussi par les gaz chauds, charges de poussières, etc.

20 Pour ce qui est des veines de liquide qui sont si tuées le plus à l'intérieur du coude (au contact de la paroi 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 25 refroidissement de la plaque.

Les effets de cette grande vitesse de circulation du liquide sont encore plus néfastes que dans le cas précédent car, dans cette région où le liquide subit une modification de trajectoire de 180°, il se produit une cavita-30 tion entraînant une perte de charge et provoquant une usure 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 35 qui aboutit à une diminution du volume de liquide et donc du volant thermique.

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

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La mise en oeuvre des dispositions conformes à 1'invention pour constituer une boite *de refroidissement plate permet de réaliser une enceinte qui ne comporte aucun coude de faible rayon de courbure et dans laquelle les veines 5 de liquide suivent des trajectoires de rayon suffisamment grand pour éviter la création des zones mortes sus-indiquées ; en outre, il n'existe aucune partie susceptible de provoquer un phénomène de cavitation. Les dépôt de particules solides sont donc écartés et aucune région de la 10 boite ne se trouve soumise à une usure destructrice particulière.

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 15 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 20 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 25 à l'enceinte par des conduits qui s'étendent entre deux plans contenant les deux faces sensiblement parallèles de 1'enceinte.

Enfin, une disposition complémentaire, plus particulièrement intéressante dans le cas où le dispositif d'é-30 changes thermiques est destiné à être utilisé en tant que boîte de refroidissement, consiste à prévoir une seconde enceinte couvrant au moins la partie frontale de la première enceinte, aucune communication pour le liquide de refroidissement n'existant entre la première et la secon-35 de enceinte.

L'adjonction de cette seconde enceinte accroît considérablement l'efficacité du dispositif d'échanges thermiques de l'invention pour un encombrement général à 6 peine supérieur.

En outre, en faisant circuler le liquide de refroidissement dans des sens contraires dans les deux enceintes, on obtient un refroidissement mieux réparti et plus 5 régulier sur toute la périphérie du dispositif puisqu'à une région d'une enceinte parcourue par du liquide réchauffé correspond une région de l'autre enceinte parcourue par du liquide encore froid.

Les dispositions de 1'invention trouvent une deuxième 10 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 15 d'évacuation du liquide de refroidissement.

L'inconvénient majeur des boîtes à vaporisation actuellement utilisées est que la chaleur est évacuée essentiellement par convection. En cas d'agression thermique brutale dans une zone déterminée de la boite, cet afflux 20 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 refroidissemeni s'effectue naturellement par phénomène de thermosiphon. Il en résulte un phénomène de caléfaction dans la zone considérée, 25 provoquant dans les conduits la formation d'un bouchon de vapeur interrompant, et même susceptible d'inverser parfois la circulation naturelle du liquide de refroidissement. Non refroidie, la boite est rapidement détruite.

Au contraire, dans une boite de refroidissement agen-30 cée conformément à l'invention, les bulles de vapeur sont soumises à l'action de la force centrifuge due à la rotation de la masse de liquide. Ainsi, en raison de l'existence de ce champ gravitationnel, les bulles de vapeur sont arrachées de la paroi au fur et à mesure de leur cré-35 ation et elles sont entraînées vers le centre de la boite.

A une boite de refroidissement agencée selon les dispositions qui précèdent, on prévoit que le conduit radial, s'étendant depuis la zone centrale de la boîte jusqu'à « • t l'arrière de celle-ci, 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-5 peur qui est ensuite évacuée.

Les dispositions de l'invention trouvent une troisième application dans les plaques de refroidissement.

Les plaques de refroidissement actuellement utilisées se présentent sous forme de plaques métalliques rectangu-10 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 respectivement de moyens de fixation pour le raccordement à des 15 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 20 soit pour sa fixation, soit pour son raccordement aux circuits extérieurs.

Les températures très élevées auxquelles sont exposées les plaques provoquent des dilatations qui sont incompatibles avec un nombre de points rigides aussi élevé 25 et les plaques se trouvent soumises à des contraintes mécaniques telles qu'elles sont rapidement rendues inutilisables .

Par ailleurs, le débit de liquide de refroidissement dans ces plaques connues est trop faible et le volant 30 thermique ainsi créé est trop peu important pour procurer un refroidissement efficace du blindage.

Au contraire, de par sa conception même, le dispositif de refroidissement de l'invention, en raison du volume relativement important de liquide mis en rotation, possède 35 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 fr 8 l'invention par le fait que : - les deux conduits d'amenée et d"évacuation du liquide de refroidissement s'étendent approximativement perpendiculairement à celle des parois du dispositif qui, en posi- 5 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 voisinage de ladite paroi, 10 - 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 15 extérieur au bord de l'orifice ou à la zone du blindage entourant l'orifice.

Ainsi, grâce à ces dispositions, la plaque de refroidissement n'est solidarisée au blindage qu'en une seule zone, ce qui écarte tout problème de contraintes mécani-20 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'invention, des plaques de refroidissement ainsi agencées sont plus simples à fabriquer, et donc moins coûteuses, que les 25 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 30 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-35 sement mixte, associant une plaque de refroidissement et une boîte de refroidissement, qui procure un résultat particulièrement favorable puisque, pour un encombrement qui est celui d'une plaque de refroidissement, on effectue 9 » » · un refroidissement en profondeur au sein du matériau réfractaire, 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 5 description qui suit de certains de ses modes de réalisation, donnés à titre d'exemples non limitatifs. Dans cette description, on se réfère aux dessins annexés sur lesquels : - la figure 1 représente schématiquement un mode de réali-10 sation d'un dispositif d'échanges thermiques établi conformément 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 15 réalisation d'un dispositif d'échanges thermiques conforme à l'invention, - la figure 4 représente schématiquement encore un autre mode de réalisation d'un dispositif d'échanges thermiques conforme à l'invention, 20 - la figure 5 représente schématiquement encore un autre mode de réalisation d'un dispositif d'échanges thermiques conforme à l'invention, - la figure 6 est une vue latérale en coupe d'une plaque de refroidissement agencée conformément à l'invention,

25 - 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 30 agencements possibles de plaques et de boîtes de refroidissement conformes à l'invention.

En se référant tout d'abord aux figures 1 et 2 relatives à un premier mode de réalisation de l'invention, la boite de refroidissement 60 comprend une enceinte 61 cy-35 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 10 débouche tangentiellement dans l'enceinte 61.

Pour l'évacuation du liquide,' on prévoit, d'une part, un orifice de sortie 63a, sensiblement diamétralement opposé à l'orifice du conduit d'amenée 62 et, d'autre part, 5 un canal 63 s'étendant radialement approximativement depuis 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 visible en 65 à la figure 2, pour ne perturber que dans une 10 moindre meèure l'écoulement du liquide.

Deux trous 66, percés respectivement dans ses faces latérales 67 et centrés au centre de l'enceinte, permettent au liquide de refroidissement de passer de l'enceinte dans le canal 63..

15 Pour faciliter ce passage, on prévoit en outre, de chaque côté du canal 63 (c'est-à-dire entre chaque face 67 du canal et chaque paroi 64 de l'enceinte), un dispositif déflecteur 68 constitué de pales enroulées en direction du centre des trous 66.

20 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 installée en position fonctionnelle.

25 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 refroidissement s'ouvre dans la chambre 70, de préférence en regard 30 de l'orifice par lequel le canal 63 débouche dans la chambre 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'enceinte 61 dans laquelle, compte tenu de la forme de celle-ci, 35 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 directement par l'orifice 63a (flèche 73a) pour être évacuée. Le

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11 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'où elle passe dans la chambre 70 (flèche 75) puis sort 5 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 10 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-15 ce numérique) représente une boite de refroidissement (dite "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'extérieur de l'enceinte.

20 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 blindage du haut fourneau, telle que représentée à la figure 3) une coquille allongée 79 délimitant avec la paroi 78 25 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 30 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 autre trou 81 est prévu pour relier la chambre de 35 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 12 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 5 vers le centre de l'enceinte 61 d'où 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, notamment dans le nez, un voile de vapeur empêchant les échan-10 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 figure 4 est conçue, à l'inverse des précédentes, avec une arrivée centrale et une évacuation tangentielle.

15 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 20 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.

25 La figure 5 représente encore un autre mode de réali sation d'une boîte de refroidissement conforme à 1 ' 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 30 éléments (les mêmes références numériques ont été conservées 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 35 plaque 60 de la figure 1. Le conduit tubulaire 91 se raccorde 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 9 * 13 91, les sens de circulation du liquide sont inverses (respectivement flèches 94 et 95).

Il en résulte qu'au voisinage du conduit d'évacuation 93, là où le liquide déjà réchauffé par son parcours à 5 travers le conduit 91 est moins efficace, un refroidissement bénéfique est procuré par le liquide froid arrivant par le conduit 62 et débouchant dans l'enceinte 61. Et inversement dans la région des conduits 71 et 92. Il est ainsi possible d'obtenir une meilleure répartition du re-10 froidissement du réfractaire, et, d'une façon générale, un meilleur rendement.

On remarquera qu'à la figure 5 la boite de refroidissement 91 a été représentée dans une position fonctionnelle, c'est-à-dire que, comme on l'a du reste déjà expliqué 15 plus haut, la plaque s'étend à peu près perpendiculairement 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.

20 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 fourneau et le mur réfractaire (non représenté).

La plaque de refroidissement 100 possède une encein-25 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, 30 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-35 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 * * 14 périphérie de celle-ci par un orifice 107. Une paroi dé- c flectrice 108 est prévue devant l'orifice 107 pour dévier le flot de liquide afin que celui-ci jaillisse tangentiel-lement dans l'enceinte.

5 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-10 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’évacuation 104 s'ouvre dans ladite chambre 111.

Pour la fixation de la plaque de refroidissement 100 15 dans le haut fourneau, le blindage 101 est percé d'un trou 113 ayant un diamètre correspondant sensiblement au diamètre 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-20 sée au blindage uniquement par sa région centrale, représentée 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 25 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 30 et d'évacuation du liquide de refroidissement avec les moyens de fixation ne sont pas tributaires de la configuration particulière de l'enceinte représentée aux figures 6 et 7, et qui n'a été donnée qu'à titre d'exemple, et qu'elles peuvent tout aussi bien être associées à d'autres 35 configurations d'enceintes, telles que celles précédemment décrites.

La figure 9 représente un arrangement combinant des plaques de refroidissement 100, telles que celles qui # 15 viennent d'être décrites, disposées en quinconce et de boîtes de refroidissement 100a disposées dans les secteurs libres entre les plaques.

On peut ainsi combiner le refroidissement en profon-5 deur du réfractaire, procuré par les boîtes, avec le refroidissement 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 10 100 des figures 6 et 7.

La plaque 114 comporte une chambre annulaire axiale 115 entourant une cavité cylindrique axiale 116 ouverte à ses deux extrémités.

La chambre annulaire 115 est subdivisée en deux demi-15 chambres semi-cylindriques 117 et 118 dans lesquelles débouchent respectivement les conduits d'amenée 119 et d'évacuation 120 du liquide de refroidissement.

Pour le reste, la plaque de refroidissement peut être agencée de façon sensiblement identique à la plaque 100 20 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 manière telle que la cavité axiale 116 ait une dimension tranversale suffisante pour qu'une boîte de refroidisse-25 ment 121 (de préférence, mais non exclusivement, une boîte 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 mê-30 me zone du haut fourneau, un refroidissement du mur réfractaire (refroidissement en profondeur) et un refroidissement entre le blindage et le mur réfractaire (refroidissement en surface ou effet d'écran thermique).

La figure 10 représente la combinaison de tels ensem-35 blés de refroidissement (plaque 114 + boîte 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) 16 » • é 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 5 dans le réfractaire qu'en surface et qui, de par la disposition des boîtes de refroidissement, procure un bon ancrage du réfractaire.

Comme il va de soi et comme il résulte d'ailleurs déjà de ce qui précède, l'invention ne se limite nullement 10 à ceux de ses modes d'application et de réalisation qui ont été plus spécialement envisagés ; elle en embrasse, au contraire, toutes les variantes.

Claims (12)

1. Dispositif d'échanges thermiques pour le refroidissement d'une paroi de haut fourneau, selon la revendication 6 de la demande de brevet principal, c'est-à-dire 5 comprenant : - une enceinte fermée présentant une forme générale aplatie (sa longueur étant faible vis-à-vis de son diamètre) et sensiblement de révolution autour d'un axe de révolution, 10. un liquide de refroidissement circulant dans ladite en ceinte, - des moyens d'injection, pour injecter avec une composante tangentielle le liquide de refroidissement, situés dans une première région de l'enceinte, et 15. 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 liquide étant respectivement espacés radialement l'un de 1'autre, 20. 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, 25 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 30 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- 35 dication 1, caractérisé en ce que le conduit d'évacuation s'étend radialement à partir du centre de l'enceinte vers la périphérie de l'enceinte.

3. Dispositif d'échanges thermiques selon la * 18 Ä * i revendication 2, caractérisé en ce que le conduit radial d'évacuation est intérieur à l'enceinte/ en ce qu'il s'étend sensiblement à égale distance de deux parois latérales de l'enceinte et en ce qu'il est prévu deux ensembles 5 de moyens déflecteurs, ces deux ensembles étant situés de part et d'autre du susdit conduit.

4. Dispositif d’échanges thermiques selon la revendication 3, caractérisé en ce que le conduit radial d'évacuation est profilé extérieurement pour offrir une résis- 10 tance minimale au liquide en rotation dans l'enceinte.

5. Dispositif selon l'une quelconque des revendications 2 à 4, caractérisé en ce que le conduit radial d'évacuation débouche dans une chambre de transit, extérieure à l'enceinte et comportant un orifice de sortie d'eau. 15

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 préférence extérieurement à celle-ci.

7. Dispositif d'échanges thermiques selon l'une 20 quelconque des revendications 1 à 6 ou selon la revendication 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- 25 métralement opposé à l'orifice des moyens d’injection tangentielle.

8. Dispositif d'échanges thermiques, pour le refroidissement d'une paroi de haut fourneau, selon la revendication 6 de la demande de brevet principal, c'est-à-dire 30 comprenant : - une enceinte fermée présentant une forme générale aplatie (sa longueur étant faible vis-à-vis de son diamètre) et sensiblement de révolution autour d'un axe de révolution, 35. un liquide de refroidissement circulant dans ladite en ceinte, - des moyens d'injection, pour injecter avec une composante tangentielle le liquide de refroidissement, situés * 19 " « ï dans une première région de l'enceinte, et - des moyens d'évacuation, pour évacuer tangentiellement ce liquide, situés dans une seconde région de l'enceinte, lesdits moyens d'injection et d'évacuation du liqui- 5 de étant respectivement espacés radialement l'un de 1'autre, - ladite enceinte et lesdits moyens d'injection et d'évacuation de liquide étant agencés pour que n'importe quel point situé à l'intérieur de l'enceinte ne rencon- 10 tre aucun obstacle, lors d'un mouvement de rotation autour 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-15 phérie de l'enceinte, les moyens d'injection tangentielle comprennent 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, 20 pour imprimer une composante de force tangentielle au liquide 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, il est muni de 25 moyens de raccordement situés côte à côte et reliés à 1'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 thermiques est apte à être monté sur la paroi du haut fourneau 30 perpendiculairement à celle-ci, à la manière d'une boite de refroidissement.

10. 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 35 partie frontale de la première enceinte et en ce qu'il n'existe pas de communication pour le liquide de refroidissement entre la première et la seconde enceinte.

11. Dispositif de refroidissement selon l'une 20 + ·" * è quelconque des revendications 1 à 7, les moyens d'injection 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-5 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 10 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 extérieur, des moyens de solidarisation étant mis en oeuvre 15 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 quelconque des revendications 1 à 7 et 11, caractérisé en ce qu'il comporte une cavité axiale ouverte à ses deux extré-20 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.