LU87198A1

LU87198A1 - COOLING PANEL FOR TANK OVEN

Info

Publication number: LU87198A1
Application number: LU87198A
Authority: LU
Inventors: Roland Dhondt
Original assignee: Wurth Paul Sa
Priority date: 1988-04-13
Filing date: 1988-04-13
Publication date: 1989-11-14
Also published as: JPH01306513A; AU3274389A; EP0337271A1

Description

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PANNEAU DE REFROIDISSEMENT POUR FOUR fl 'UVECOOLING PANEL FOR OVEN FL 'UVE

La présente invention concerne un panneau de refroidissement pour four â cuve, comprenant une plaque en fonte dans Laquelle sont noyés des tuyaux 5 de refroidissement s'ouvrant sur l'une des faces principales de la plaque.The present invention relates to a cooling panel for a baking oven, comprising a cast iron plate in which are embedded cooling pipes 5 opening on one of the main faces of the plate.

On connaît actuellement deux grandes catégories de systèmes de refroidissement pour four à cuve et, plus particulièrement, pour les hauts-fournaux, à 10 savoir le système à boîte de refroidissement et le système â plaques de refroidissement encore couramment désignés par leur appellation anglo-saxonne "Stave coolers".Two main categories of cooling systems are currently known for baking furnaces and, more particularly, for blast furnaces, namely the cooling box system and the cooling plate system still commonly designated by their Anglo-Saxon designation. "Stave coolers".

Les plaques de refroidissement sont constituées 15 par des panneaux rectangulaires en fonte, réalisés par moulage. Ces plaques sont traversées intérieurement et parallèlement à Leur face principale par des conduites ou serpentins de refroidissement. Une telle plaque est, par exemple, décrite dans le 20 document ÜE-C2-2903104.The cooling plates consist of rectangular cast iron panels, produced by molding. These plates are traversed internally and parallel to their main face by cooling pipes or coils. Such a plate is, for example, described in document ÜE-C2-2903104.

Ces plaques sont généralement boulonnées sur la face intérieure du blindage et garnissent entièrement celle-ci. Elles présentent par rapport aux boîtes de refroidissement l'avantage de former un écran ther-25 mique derrière te blindage et d'assurer un refroidissement plus uniforme qui compense mieux les montées subites et locales de température, par opposition au refroidissement Local et isolé d'une boîte de refroidissement et permettent, en outre, un 30 refroidissement par vaporisation.These plates are generally bolted to the inside of the shield and completely cover it. They have the advantage over cooling boxes of forming a heat shield behind the shielding and of ensuring more uniform cooling which better compensates for sudden and local temperature rises, as opposed to local and isolated cooling. a cooling box and further allow spray cooling.

Compte tenu des conditions thermiques, les plaques de refroidissement n'ont, jusqu'à présent, pu être utilisées seules, et on a toujours dû les associer à des briques réfractaires, même en sachant 35 qu'il existe une mauvaise compatibilité entre les briques réfractaires et La fonte. On a donc généralement construit, à l'intérieur du four après la mise en place des plaques, une épaisse maçonnerie en - 2 - briques réfractaires. Ce briquetage est toutefois soumis â une usure importante dont L'origine est â La fois mécanique, thermique et chimique. En outre, â cause de La mauvaise compatibiLïté entre La fonte et 5 Les briques réfractaires, notamment du point de vue thermique, Les diLatations thermiques verticaLes entraînent rapidement un détachement de La maçonnerie réfractaire des pLaques de refroidissement. Des pans entiers de La maçonnerie réfractaire peuvent ainsi 10 s'effondrer et arracher ou entraîner dans Leur chute Les parties avoisinantes de La maçonnerie.In view of the thermal conditions, the cooling plates have hitherto not been able to be used alone, and they have always had to be combined with refractory bricks, even knowing that there is poor compatibility between the bricks refractory and Cast iron. It is therefore generally constructed, inside the oven after the positioning of the plates, a thick masonry in refractory bricks. However, this briquetting is subject to significant wear, the origin of which is mechanical, thermal and chemical. In addition, because of the poor compatibility between cast iron and refractory bricks, in particular from the thermal point of view, vertical thermal expansion rapidly detaches the refractory masonry from the cooling plates. Whole sections of refractory masonry can thus collapse and tear off or drag into their fall the neighboring parts of the masonry.

Bien qu'en cas de disparition de La maçonnerie, iL se reforme sur La face intérieure des pLaques de refroidissement des dépôts appeLés "garni" qui dispa-15 raissent et se reforment, à Leur tour, périodique ment, Les pLaques sont toutefois beaucoup pLus vuLnê-rabLes après La disparition de La maçonnerie réf ractaire.Although in the event of the disappearance of the masonry, it is reformed on the inner face of the cooling plates of the deposits called "garnished" which disappear and are reformed, in their turn, periodically, the plates are however much more vuLnê-rabLes after The disappearance of refractory masonry.

On a essayé de remédier à ces carences en 20 prévoyant sur Les pLaques des nez qui font saiLLie sur La face intérieure des pLaques dans Le but â d'assurer un meiLLeur accrochage de La maçonnerie.Attempts have been made to remedy these deficiencies by providing on the plates of the noses which protrude on the internal face of the plates in order to ensure better adhesion of the masonry.

On a toutefois dû constater que ces nez constituent une des parties Les pLus vuLnérabLes des pLaques.It has however been noted that these noses constitute one of the most visible parts of the plates.

25 On a êgaLement essayé de Loger dans La face intérieure des pLaques des briques réfractaires dans Le but de réduire Les soLLicitations thermiques s'exerçant sur Les pLaques de refroidissement et de favoriser La formation et L'accrochage du "garni" sur 30 La face intérieure des pLaques après La disparition de La maçonnerie réfractaire.25 We have also tried to house in the interior face of the refractory brick plates in order to reduce the thermal stresses exerted on the cooling plates and to favor the formation and attachment of the "lined" on the interior face. sheets after the disappearance of refractory masonry.

Tous ces remèdes n'ont pas apporté Les rêsuLtats souhaités et, jusqu'à présent, iL n'était pas possibLe d'aLLonger efficacement La durée de vie des 35 parois de hauts-fourneaux et de réduire La fréquence des nécessités de réfection.All these remedies have not brought the desired results and, until now, it has not been possible to lengthen effectively the life of the 35 blast furnace walls and reduce the frequency of repair needs.

Le but de La présente invention est de prévoir un nouveau panneau de refroidissement qui permet 1 t, - 3 - d'alLonger sensiblement la durée de vie des panneaux de refroidissement.The object of the present invention is to provide a new cooling panel which allows 1 t, - 3 - to significantly lengthen the life of the cooling panels.

Pour atteindre cet objectif, la présente invention propose un panneau du genre décrit dans le 5 préambule qui est essentiellement caractérisé par une épaisse couche de béton réfractaire appliqué sur L'autre face principale avant le montage de la plaque et intimement lié à cette face et par une structure profilée moulée dans ladite autre face de la plaque 10 en fonte pour améliorer l’accrochage de ladite couche à la plaque.To achieve this objective, the present invention provides a panel of the kind described in the preamble which is essentially characterized by a thick layer of refractory concrete applied to the other main face before mounting the plate and intimately linked to this face and by a profiled structure molded into said other face of the cast iron plate 10 to improve the attachment of said layer to the plate.

Le mérite de la présente invention est d'avoir radicalement abandonné l'idée préconçue de la nécessité d'un briquetage réfractaire et d'avoir conçu un 15 panneau de refroidissement composite qui possède sa propre protection réfractaire et ne nécessite plus de maçonnerie à L'intérieur du four.The merit of the present invention is to have radically abandoned the preconceived idea of the need for refractory bricklaying and to have designed a composite cooling panel which has its own refractory protection and no longer requires masonry. inside the oven.

Contrairement à l'état de la technique, selon Lequel il y avait toujours deux éléments distincts, à 20 savoir les plaques en fonte et la maçonnerie réfrac taire, qui, de surcroît, avaient une mauvaise compatibilité mutuelle, la présente invention prévoit un élément unique et composite dans Lequel, deux matières, certes de natures différentes, mais à 25 propriétés complémentaires, sont intimement liées l'une à l'autre.Contrary to the state of the art, according to which there were always two distinct elements, namely cast iron plates and refractory masonry, which, moreover, had poor mutual compatibility, the present invention provides a single element and composite in which, two materials, admittedly of different natures, but with 25 complementary properties, are intimately linked to each other.

Alors que dans les installations classiques de refroidissement, les maçonneries réfractaires étaient plus ou moins autoportantes, c'est-à-dire que chaque 30 brique devait contribuer au support de toutes Les briques se trouvant au-dessus d'elle, les panneaux selon la présente invention, notamment leur couche de béton réfractaire, sont tout à fait indépendants Les uns des autres. Ceci signifie qu’un effondrement 35 local de béton réfractaire n'a plus de conséquences néfastes sur les panneaux avoisinants.Whereas in conventional cooling installations, the refractory masonry was more or less self-supporting, that is to say that each brick had to contribute to the support of all the bricks lying above it, the panels according to the present invention, in particular their refractory concrete layer, are completely independent of each other. This means that a local collapse of refractory concrete no longer has harmful consequences on the neighboring panels.

Etant donné que les panneaux sont indépendants les uns des autres, Les dilatations thermiques diffé- 1 i - 4 - rentieLLes affectent beaucoup moins La Liaison entre Le béton réfractaire et La fonte. IL est même possibLe d'éLiminer presque compLètement ce probLème en prévoyant des fentes de diLatation dans La couche 5 de béton, orientées de manière appropriée en fonction de La direction des soLLicitations thermiques et mécaniques.Since the panels are independent of each other, the different thermal expansions affect the connection between refractory concrete and cast iron much less. It is even possible to almost completely eliminate this problem by providing expansion slots in layer 5 of concrete, oriented appropriately according to the direction of thermal and mechanical stress.

Un autre avantage important des panneaux seLon La présente invention est La possibiLitê de Les 10 fabriquer entièrement à L'usine et de Les bouLonner en une seuLe phase de travaiL au bLïndage du four, aLors que jusqu'à présent La réfection d'un hautfourneau impLiquait deux phases successives de travaiL, à savoir d'abord Le montage des pLaques et, 15 ensuite, La mise en pLace de La maçonnerie réfractaire. InutiLe de dire que Le raccourcissement du temps de mise hors service d'un four pour La confection de sa paroi constitue un atout économique considérabLe.Another important advantage of the panels according to the present invention is the possibility of manufacturing them entirely at the factory and of bolting them in a single phase of working with the baking of the furnace, while until now the refurbishment of a blast furnace required two successive phases of work, namely first the assembly of the plates and, then, the placement of the refractory masonry. Needless to say, the shortening of the time to put an oven out of service for the making of its wall is a considerable economic advantage.

20 Par aiLLeurs, iL faut noter que La préfabrica tion des panneaux notamment L'appLication à L'usure du béton réfractaire sur Les pLaques en fonte peut être réaLisé dans des conditions optimaLes favorabLes à une bonne adhérence du béton à La fonte comparé à 25 i L'adossement d'un mur réfractaire contre La garniture de pLaques en fonte dans Le four.20 By the way, it should be noted that the prefabricating of the panels, in particular the application to wear of refractory concrete on cast iron plates can be carried out under optimal conditions favorable to good adhesion of concrete to cast iron compared to 25 i The backing of a refractory wall against the lining of cast iron plates in the oven.

IL est d'aiLLeurs préfêrabLe d'améLiorer L'adhérence entre La couche de béton et La pLaque en fonte par une structure profiLêe de La face intê-30 rieure de ceLLe-ci. Cette structure peut être constituée de rainures de section rectanguLaire, par des ondulations ou des aiLettes s'étendant dans Le sens horizontaL du panneau après son montage. ELLe peut égaLement être constituée par des redents 35 isoLés, de section ovaLe ou arrondie.IT IS ALSO PREFERRED TO IMPROVE THE ADHESION BETWEEN THE CONCRETE LAYER AND THE CAST IRON PLATE BY A PROFILED STRUCTURE OF THE INTERIOR SIDE OF IT. This structure may consist of grooves of rectangular section, by corrugations or fins extending in the horizontal direction of the panel after its assembly. THEY CAN ALSO BE MADE BY ISOLATED REDENTS, OF OVAL OR ROUND SECTION.

D'autres particuLaritês et caractéristiques ressortiront de La description de queLques modes de réaLisation avantageux, présentés ci-dessous, à titre -5- d'illustration, en référence aux dessins annexés dans lesquels :Other particularities and characteristics will emerge from the description of some advantageous embodiments, presented below, by way of illustration, with reference to the appended drawings in which:

La figure 1 est une vue en perspective d'un premier mode de réalisation d'un panneau de 5 refroidissement selon La présente invention,- ta figure 2 montre une vue analogue d'un second mode de réalisation d'un panneau de refroidissement; ta figure 3 montre une vue analogue d'un troisième mode de réalisation d'un panneau de 10 refroidissement; la figure 4 montre une vue analogue d’un quatrième mode de réalisation d'un panneau de refroidissement; la figure 5 montre une vue en coupe verticale 15 d'un cinquième mode de réalisation d'un panneau de refroidissement et, la figure 5a montre une vue en coupe suivant le plan a-a sur la figure 5.FIG. 1 is a perspective view of a first embodiment of a cooling panel according to the present invention, FIG. 2 shows a similar view of a second embodiment of a cooling panel; FIG. 3 shows a similar view of a third embodiment of a cooling panel; Figure 4 shows a similar view of a fourth embodiment of a cooling panel; FIG. 5 shows a vertical sectional view of a fifth embodiment of a cooling panel and, FIG. 5a shows a sectional view along the plane a-a in FIG. 5.

Les figures 1 à 4 présentent toutes une vue en 20 perspective à partir d'une coupe verticale trans versale au niveau d'une conduite de refroidissement et avec arrachement partiel de La couche en béton pour illustrer 1e profilage de la face intérieure de la plaque en fonte.Figures 1 to 4 all show a perspective view from a transverse vertical section at a cooling pipe and with partial cutaway of the concrete layer to illustrate the profiling of the inner face of the plate in melting.

25 La figure 1 montre un panneau de refroidissement , selon La présente invention comprenant une plaque 12 en fonte moulée dans laquelle sont noyés, de façon connue en soi, des tubes 14 pour La circulation d'un liquide de refroidissement.FIG. 1 shows a cooling panel according to the present invention comprising a plate 12 of cast iron in which are embedded, in a manner known per se, tubes 14 for the circulation of a cooling liquid.

30 La face intérieure de cette plaque 12 comporte des rainures 18 horizontales, de section carrée ou rectangulaire comparable aux rainures existant dans les plaques de refroidissement connues. Toutefois, contrairement aux plaques connues dans lesquelles on 35 a noyé des briques réfractaires dans ces rainures 18 qui ne présentent pas une adhérence optimaLe avec La fonte, le panneau de refroidissement 10 comporte sur la face intérieure de la plaque 12 une épaisse couche ' r - 6 - 16 de béton réfractaire qui est intimement Lief avec La pLaque 12 par La pénétration des nervures dans Les rainures 16.The interior face of this plate 12 has horizontal grooves 18, of square or rectangular cross section comparable to the grooves existing in known cooling plates. However, unlike the known plates in which refractory bricks have been embedded in these grooves 18 which do not have optimum adhesion with cast iron, the cooling panel 10 has a thick layer on the inside of the plate 12 - 6 - 16 of refractory concrete which is intimately bonded with the plate 12 by the penetration of the ribs in the grooves 16.

Le béton réfractaire constituant La couche 16 5 est un béton dense à basse teneur en ciment. Son constituant de base est Le carbure de siLicium. Des essais ont été réaLisês avec un teL béton d'une densité supérieure à 2,5 et d'une conductivité thermique supérieure à 5 W/mK. La résistance au CD seLon 10 Les normes HSTMc288 était La cLasse fi.The refractory concrete constituting The layer 16 5 is a dense concrete with low cement content. Its basic constituent is silicon carbide. Tests have been carried out with a concrete teL of a density greater than 2.5 and a thermal conductivity greater than 5 W / mK. CD resistance according to 10 HSTMc288 standards was Class fi.

Des essais de résistance aux aLcaLins n'ont montré aucune détérioration visibLe après une attaque pendant 200 heures par Les vapeurs de K2CQ3 à une température de 1000° C. Des essais Jourdan à 15 L'abrasion ont montré une perte en poids inférieure à 2 % après 500 tours.Alkali resistance tests did not show any visible deterioration after an attack for 200 hours by K2CQ3 vapors at a temperature of 1000 ° C. Jourdan tests at 15 Abrasion showed a weight loss of less than 2% after 500 laps.

Le panneau 20 du mode de réaLisation de La figure 2 est comparabLe au panneau 10 de La figure 1 à La différence que Les rainures 28 dans La face 20 intérieure de La pLaque 22 ont une section arrondie et se présentent gLobaLement sous La forme d'onduLations horizontaLes. La forme arrondie des rainures 28 contribue à empêcher Les amorces de rupture dans La fonte et dans Le béton qui se 25 produisent généraLement aux arêtes vives et qui sont dues aux tensions internes occasionnées par Les gradients de température dans La fonte et dans Le béton et par Les dïLatations thermiques différen-tieLLes du béton et de La fonte.The panel 20 of the embodiment of Figure 2 is comparable to the panel 10 of Figure 1 with the difference that the grooves 28 in the inner face 20 of the plate 22 have a rounded section and are generally presented in the form of corrugations horizontal. The rounded shape of the grooves 28 contributes to preventing the initiations of rupture in the cast iron and in the concrete which generally occur with sharp edges and which are due to the internal tensions caused by the temperature gradients in the cast iron and in the concrete and by Thermal differences in concrete and cast iron.

30 Dans Le mode de réaLisation du panneau 30 de La figure 3, Le profiLage du panneau 20 de La figure 2 a été ampLifié de sorte que Les rainures sont maintenant définies par des aiLettes 38 de section sensi-bLement horizontaLe et s'étendant horizontaLement sur 35 La face intérieure de La pLaque 32. La Liaison entre30 In the embodiment of the panel 30 of FIG. 3, the profile of the panel 20 of FIG. 2 has been amplified so that the grooves are now defined by fins 38 of substantially horizontal section and extending horizontally over 35 The inside of the plate 32. The connection between

La couche de béton et La pLaque 32 est donc du type queue d'aronde à coins arrondis, c'est-à-dire que Les rainures définis entre Les aiLettes 38 s'éLargissent i * - 7 - à L'approche de La face intérieure de La pLaque 32. Cette conception du profiLage de La face intérieure de La pLaque 32 contribue à un meiLLeur accrochage de La couche de béton réfractaire 36 à La pLaque 32.The concrete layer and the plate 32 is therefore of the dovetail type with rounded corners, that is to say that the grooves defined between the fins 38 widen i * - 7 - as they approach the face. interior of plate 32. This design of the profiling of the internal face of plate 32 contributes to better attachment of the layer of refractory concrete 36 to plate 32.

5 Le panneau de refroidissement 40 du mode de réaLisation de La figure 4 présente un profiLage de La face intérieure de La pLaque 42 constitué par des redents isoLês 48 disposés en quinconce et ayant sensibLement La section des aiLettes 38 du mode de 10 réaLisation de La figure 3. Cette conception présente L'avantage par rapport au mode de réaLisation de La figure 3 d'une diminution du risque de fissures verticaLes dans Le profiLage de La pLaque 42 par suite des soLLicitations verticaLes. Ces 15 risques de fissuration sont Les pLus grands au niveau des tubes de refroidissement, c'est-à-dire aux endroits où Les gradients de température sont Les pLus éLevés.5 The cooling panel 40 of the embodiment of FIG. 4 presents a profile of the internal face of the plate 42 constituted by isolated redents 48 arranged in staggered rows and having substantially the section of the fins 38 of the embodiment of the FIG. 3. This design has the advantage over the embodiment of FIG. 3 of a reduction in the risk of vertical cracks in the profile of plate 42 as a result of vertical stresses. These 15 risks of cracking are greatest at the level of the cooling tubes, that is to say at the places where the temperature gradients are the highest.

Le panneau 50 du mode de réaLisation de La 20 figure 5 est comparabLe au panneau 40 du mode de réaLisation de La figure 4, à L'exception que Les redents 58 de La face arrière de La pLaque 52 ont une forme sphérique au Lieu de La section apLatie des redents 48. La distribution en quinconce des redents 25 58 est iLLustrêe sur La figure 5a. Le profiLage est donc pLus marqué dans Le mode de réaLisation de La figure 5, ce qui contribue à une meiLLeure adhésion de La couche de béton réfractaire 56 sur La pLaque 52. La distribution des redents 58 assure un 30 refroidissement équiLibré et uniforme de La couche de béton réfractaire 56 et réduit, par conséquent, Les risques de fissuration.The panel 50 of the embodiment of FIG. 5 is comparable to the panel 40 of the embodiment of FIG. 4, with the exception that the redents 58 of the rear face of the plate 52 have a spherical shape instead of the flat section of the redents 48. The staggered distribution of the redents 25 58 is illustrated in FIG. 5a. The profile is therefore more marked in the embodiment of FIG. 5, which contributes to better adhesion of the refractory concrete layer 56 on the plate 52. The distribution of the redents 58 ensures balanced and uniform cooling of the layer of refractory concrete 56 and therefore reduces the risk of cracking.

Claims

1. Cooling panel for shaft furnace comprising a cast iron plate (12) in which cooling pipes are embedded C14) 5 opening onto one of the main faces of the plate (12), characterized by a thick layer of concrete refractory applied to the other main face of the plate (12) before mounting thereof and intimately linked to this face and by a profiled structure 10 molded from said other face of the cast iron plate (12) to improve the attachment of said layer (16) to the plate (12).

2. Panel according to claim 1, characterized in that said structure is constituted by grooves extending in the horizontal direction of the panel after mounting.

3. Panel according to claim Z, characterized in that the grooves (18) have a rectangular section.

4. Panel according to claim 2, charac terized in that the grooves C28) have a rounded section in the form of corrugations.

5. Panel according to claim 2, characterized in that the grooves are defined between fins C38) of oval section and are in the form of a dovetail with rounded corners.

6. Panel according to claim 2, characterized in that said structure is formed by isolated redents arranged in staggered rows on the inner face of the plate.

7. Panel according to claim 6, characterized in that your redents (48) have a flattened section in the shape of an oval attached by a narrow rib to the plate (42).

8. Panel according to claim 6, charac terized in that the redents (58) are in the form of spherical bulbs.

9. Panel according to any one of the claims - r - 9 - cations 1-8, characterized in that the concrete layer has expansion slots.