LU88241A1 - Dispositif d'injection d'air préchauffé dans un four à cuve - Google Patents

Description

DISPOSITIF D'INJECTION D'AIR PRÉCHAUFFÉ DANS UN FOUR A CUVE

La présente invention concerne un dispositif d'injection d'air préchauffé dans un four à cuve constitué de plusieurs éléments tubulaires distincts consistant en un blindage extérieur en acier et un revêtement intérieur en béton réfractaire coulé relié deux à deux par une articulation sphérique et un compensateur.

Les dispositifs d'injection d'air préchauffé, plus généralement connus sous le nom de "porte-vent", sont exposés à des problèmes de mobilité et d'étanchéité. En effet, par suite de la température élevée de l'air préchauffé (température de l'ordre de 1 200°C ou plus) et de la température élevée régnant à l'intérieur du four, la paroi de ce dernier, ainsi que la conduite d'alimentation et le porte-vent sont exposés à des dilatations et déformations thermiques causant des déplacements relatifs non-négligeables entre la conduite d'alimentation et la paroi du four. Il faut donc que le porte-vent soit en mesure de compenser ces déplacements relatifs tout en évitant des fuites de gaz ou d'air préchauffé.

Pour répondre à ces exigences, le brevet US N° 3,766,868 propose un porte-vent du genre décrit dans le préambule. Ce porte-vent a, par la suite, été perfectionné par la conception d'articulations universelles à joint sphérique du genre décrit dans le document DE-C2-2218331. Les articulations de ce porte-vent permettent la compensation de tous les mouvements relatifs entre la conduite d'alimentation et la paroi du four. L'étanchéité au niveau des articulations est assurée par des compensateurs à soufflets, alors que la stabilité mécanique est assurée par exemple par des liaisons à cardan associées, au niveau des deux articulations universelles, aux deux extrémités opposées de l'élément tubulaire central. L'endroit le plus sollicité et le plus délicat se situe toujours au niveau des articulations. En effet, la mobilité de la rotule par rapport à son assiette entraîne souvent des frottements de béton réfractaire sur du béton réfractaire. Le béton réfractaire de la pointe de la rotule peut être endommagé et des éclats peuvent éventuellement être arrachés.

Aussi, vu les grandes différences de températures , des microfissures peuvent se former à certains endroits qui sont la cause de circulation et tourbillons gênants.

La demande de brevet européenne EP-0 484 720 A1 propose d'étendre le blindage métallique formant la gaine de la rotule jusqu'à la base diamétrale de la rotule convexe. Cette invention améliore grandement la stabilité mécanique des rotules convexes et permet un meilleur glissement de la rotule convexe dans l'assiette concave du segment adjacent.

Cependant à la longue, l'acier réfractaire formant la pointe de la rotule se calamine et toute la gaine de la rotule doit être remplacée.

Le but de la présente invention est de prévoir un nouveau système d'articulations qui résistent mieux à la fois aux sollicitations thermiques et mécaniques auxquelles elles sont soumises.

Pour atteindre cet objectif, le dispositif proposé par la présente invention est essentiellement caractérisé en ce qu'au moins les rotules convexes des articulations sphériques comprennent une brique réfractaire profilée ancrée dans le revêtement en béton réfractaire intérieur.

La fabrication de rotules convexes en briques réfractaires profilées permet de trouver un meilleur compromis entre stabilité mécanique et stabilité thermique. En effet, ces rotules en brique réfractaire profilée présentent une stabilité mécanique supérieure aux rotules formées en béton réfractaire coulé et possèdent une stabilité thermique supérieure aux rotules en béton réfractaire coulé muni d'une gaine de protection en acier réfractaire.

Grâce au meilleur compromis entre la stabilité mécanique et stabilité thermique, le risque que des microfissures se forment et que la rotule se dégrade est quasi inexistant. La maintenance devient plus facile et moins onéreuse.

Il est aussi important de souligner qu'une meilleure isolation thermique au niveau des rotules peut être atteinte.

Selon un premier mode de réalisation du porte-vent, le rayon de courbure de chaque articulation sphérique est de l'ordre de grandeur du rayon extérieur des éléments tubulaires. Cette faible rayon de courbure assure un meilleur guidage des rotules dans leur assiette permettant la conservation de la même largeur du joint lors du mouvement angulaire.

Selon un autre mode de réalisation, le revêtement en acier réfractaire s'étend jusqu'à la partie convexe de la rotule et se termine par une lèvre en saillie sur laquelle la brique réfractaire profilée prend appui. La lèvre d'appui combinée au rayon de courbure réduit permet de garantir que les forces d'appui sont toujours perpendiculaires au rayon de courbure. De cette manière, les risques que des éclats ne soient arrachés de la brique réfractaire profilée sont éliminés. L'assiette concave peut également être formée en brique réfractaire profilée ancrée dans le revêtement intérieur en béton réfractaire. Ceci permet d'éviter la formation de microfissures et d'améliorer l'isolation thermique au niveau de l'assiette concave de la rotule.

Un tapis isolant peut, au besoin, être interposé entre la brique réfractaire profilée et le blindage extérieur.

La rotule et l'élément tubulaire peuvent former un seul bloc avec le revêtement réfractaire de l'élément tubulaire, ou bien la rotule peut constituer un élément séparé, monté sur l'élément tubulaire et séparé du revêtement intérieur de ce dernier par un joint annulaire.

Le blindage d'un élément tubulaire et celui de la tubulure adjacente peuvent être reliés directement l'un à l'autre à travers un compensateur, ou par l'intermédiaire d'une bride ou d'une soudure détachable.

Un joint mou réfractaire entre la rotule et l'assiette peut être attaché partiellement sur le blindage et partiellement sur le bord de l'assiette. Il peut également être attaché partiellement dans un logement intérieur de la gaine cylindrique et partiellement sur le réfractaire. Selon une variante, il peut également être attaché partiellement sur le réfractaire et partiellement dans un logement délimité par la partie supérieure de la gaine et par un anneau soudé à l'intérieur du blindage D'autres particularités et caractéristiques ressortiront de la description détaillée de plusieurs modes de réalisation, présentés ci-dessous, à titre d'illustration, en référence aux Figures annexées dans lesquelles : la Figure 1 représente une coupe axiale d'une articulation sphérique d'un porte-vent dont la rotule convexe est formée en brique réfractaire profilée; la Figure 2 montre une coupe axiale d'une articulation sphérique d'un porte-vent dont la rotule convexe est formée en brique réfractaire profilée selon un autre mode de réalisation préféré; la Figure 3 représente une coupe axiale d'une articulation sphérique d'un porte-vent dont la rotule et l'assiette sont formées en brique réfractaire profilée; - la Figure 4 montre un autre mode de réalisation préféré d'une articulation d'un porte-vent en coupe axiale.

La Figure 1 montre deux éléments tubulaires 10, 12 d'un porte-vent reliés par une articulation sphérique 14 et un compensateur à soufflet 16. Les éléments tubulaires 10, 12 comprennent un blindage extérieur en acier réfractaire 18 et un revêtement interne en béton réfractaire coulé 20. Le vent chaud passe à travers une lumière centrale 22 aménagée dans le béton réfractaire 20. L'articulation 14 est formée par une rotule convexe 24 et une assiette concave 26. La rotule 24 est formée par une brique réfractaire 28 profilée. La brique a une forme étudiée qui forme une surface annulaire d'ancrage 29 dans le revêtement interne en béton réfractaire coulée 20.

La partie convexe de la rotule 24 a un rayon de courbure qui est égale à environ la moitié du diamètre extérieur des éléments tubulaires 10, 12. Une gaine 30 en acier réfractaire s'étend jusqu'à la partie convexe de la rotule 24 et se termine par une lèvre saillante 32 qui forme une surface d'appui pour la brique 28.

La rotule convexe 24 est reliée à l'élément tubulaire 10 par une bride 34 et un joint 36 annulaire. Ceci facilite le montage et le démontage de la rotule 24.

Entre la rotule 24 et l'assiette 26 est aménagé un espace 38 qui est étanchéifié sur sa périphérie par un joint mou 40 attaché au blindage 18 et par un joint mou 42 qui est attaché sur le bord de l'assiette 26. Le joint mou 40 est attaché dans un logement 39 délimité par deux anneaux soudés à l'intérieur du blindage 18.

La Figure 2 montre un autre mode de réalisation préféré d'une articulation d'un porte-vent. Entre la gaine en acier réfractaire 30 et la brique réfractaire 28 profilée, un tapis isolant 44 a été introduit qui assure une meilleure isolation thermique de la rotule convexe 24 et du compensateur 16. La surface d'ancrage 129 de la brique réfractaire 28 dans le revêtement interne en béton réfractaire coulé 20 a une forme en "queue d'aronde". Cette forme particulière de la surface d'ancrage 129 permet de maintenir la brique réfractaire 28 en place et l'empêche de se déplacer verticalement et horizontalement.

La Figure 3 représente encore un autre mode de réalisation préféré d'une articulation d'un porte-vent dans laquelle aussi bien la rotule convexe 24 que l'assiette creuse 26 sont formées en briques réfractaires profilées 28, 48.

Un avantage de ce mode de réalisation est que la formation de microfissures au niveau de l'assiette concave est éliminée.

Un joint mou 142, attaché à la brique réfractaire 48 de l'assiette concave 26, et le joint mou 40 assurent l'étanchéité de l'espace aménagé entre la rotule convexe 24 et l'assiette concave 26.

La Figure 4 représente une articulation d'un porte-vent dans lequel la rotule convexe 24 et l'assiette concave 26 sont formées en brique réfractaire profilée 28, 148. Un tapis isolant 130 est interposé entre le blindage en acier réfractaire 18 et la brique 148 pour améliorer l'isolation thermique. Une surface d'ancrage 229 en forme de "queue d'aronde" assure le maintien de la brique 148.

Sur les Figures 2, 3 et 4 on voit que la rotule convexe est solidaire de l'élément tubulaire 10.

Claims (9)

1. Dispositif d'injection d'air préchauffé dans un four à cuve comprenant un premier et un deuxième élément tubulaire (10, 12) muni chacun d'un blindage extérieur (18) en acier réfractaire et d'un revêtement réfractaire intérieur en béton réfractaire coulé (20), les deux éléments tubulaires (10, 12) étant reliés par une articulation sphérique (14) et un compensateur (16), et ladite articulation sphérique (14) comportant une rotule convexe (24) solidaire du premier élément tubulaire et pouvant pivoter dans une assiette concave (26) solidaire du deuxième élément tubulaire, caractérisé en ce qu'au moins la rotule convexe (24) de l'articulation sphérique comprend une brique réfractaire profilée (28) ancrée dans le revêtement réfractaire intérieur (20) en béton réfractaire coulé.

2. Dispositif selon la revendication 1 caractérisé en ce qu'une gaine en acier réfractaire (30) s'étend jusqu'à la partie convexe de la rotule (24) et se termine par une lèvre saillante (32) qui forme une surface d'appui pour la brique réfractaire profilée (28).

3. Dispositif selon les revendications 1 et 2 caractérisé en ce que le rayon de courbure de l'articulation sphérique (14) est de l'ordre de grandeur de la moitié du diamètre extérieur des deux éléments tubulaires (10, 12).

4. Dispositif selon l'une quelconque des revendications 1, 2 ou 3 caractérisé en ce que l'assiette concave (26) de l'articulation (14) comprend une brique réfractaire profilée ancrée dans le revêtement réfractaire intérieur (20) en béton réfractaire coulé.

5. Dispositif selon les revendications 1 ou 4 caractérisé en ce qu'un tapis isolant (44) est interposé entre la brique réfractaire (28) et la gaine en acier réfractaire (30).

6. Dispositif selon l'une quelconque des revendications 1 à 5, caractérisé en ce que le béton réfractaire dans lequel la brique profilée (28) est ancrée forme un seul bloc avec le revêtement réfractaire (20) du premier élément tubulaire.

7. Dispositif selon selon l'une quelconque des revendications 1 à 6, caractérisé en ce que la rotule (24) cnstitue un élément séparé monté sur l'élément tubulaire (10) et séparé du revêtement réfractaire intérieur de ce dernier par un joint annulaire (36).

8. Dispositif selon l'une quelconque des revendications 1 à 7, caractérisé en ce que des joints réfractaires (40, 42) sont attachés sur le blindage (18) du deuxième élément tubulaire (12) et sur le bord de l'assiette concave (26).

9. Dispositif selon l'une quelconque des revendications 1 à 8, caractérisé en ce que le joint réfractaire, est attaché partiellement dans un logement (39) intérieur de l'élément tubulaire et partiellement sur le réfractaire.