Brevet FR2026504A1 — publié le 19700918

L'invention concerné une cheminée pour l'évacuation des gaz pour fours métallurgiques, notamment pour convertisseurs d'aciéries, du type constitué, afin de former des canaux pour de l'eau de refroidissement, d'une enveloppe cylindrique intérieure et d'une enveloppe extérieure, formée par l'as semblage de pièces en forme de segments annulaires surélevés, une barre profilée courant entre deux pièces- segmentaires, pour servir de cloison de séparation entre deux canaux d'eau froide adjacents verticaux. Un dispositif de ce genre connu prévoit le refroidissement par l'air d'une cheminée à double paroi. Naturellement, un faible refroidissement des gaz chauds qui s'échappent du convertisseur ne convient plus comme stade préalable pour un purificateur des gaz tel qu'il doit en être prévu pour les convertisseurs à soufflage d'oxygène actuels. Be soufflage d'oxo gène a contribué dans le passé à augmenter la température précisément parce qu'il se forme ainsi des proportions de CO plus impor tantes dans les gaz et qu'il n'y a plus la proportion importante d'azote qui se présentait par le soufflage d'air. Un refroidis3e ment intense est par suite indispensable pour la purification dés gaz d'échappement encore hautement combustibles et leur utilisation ultérieure, de sorte que l'on doit en général donner la préférence au refroidissement par l'eau. La solution connue utilise des palplanches profilées qui doivent être reunioe au moyen de plaques et de claveaux sur la face extérieure et sur la face intérieure de la cheminée. Ces claveaux doivent aussi donner aux différents élé- ment s la possibilité de s'adapter dans leur dilatation aux conditions de température.A supposer que l'on arrive à concevoir ces claveaux, (il n'y a pas d'autre choix que des trous ovales avec des boulons qui les traversent), il n'en reste pas moins que des canaux de refroidissement de ce genre ne pourront être alimentés que par de 1' air, car ils comporteront une multitude de points à rendre étanches, dont l'étanchéification ramène directement au problème de la construction rigide, c'est-à-dire au problème des tensions thermiques. Les cheminées refroidies à l'eau subissent un échauffement qui diminue de l'intérieur vers ltexxe-- rieur, cependant avec des différences importantes dont les consé- quences peuvent être des fentes et des gonflement9, Pour eoniuure l'eau, on a besoin de deux canaux plus ou moins séparés servant de guide des courants d'eau qui, arrivant "froide"pdoit être évacuée "chaude". En raison du contact de la paroi intérieure de la cheminée avec les gaz chauds, cette partie est soumise à une tension plus élevée que l'enveloppe extérieure qui se trouve plus loin vers l'ex- térieur.Une-difficulté particulière est toutefois soulevée par les cloisons de séparation qui servent à maintenir en état la section du canal de refroidissement, et à agir comme supports pour maintenir l'assemblage des parois intérieure et extérieure,car celles-ci doivent former en ensemble défini. Le comportement de cet ensemble, en fonctionnement, est fort difficile à prévoir et dépend d'abord du choix fondamental des éléments. L'enveloppe intérieure, les barres profilées et les segments annulaires de l'enveloppe extérieure peuvent être assemblés par soudage sous une forme économique. Les cordons de soudure ne peuvent résister en raison de leur tension propre à toutes les températures-de fonctionnement, et la construction vissée fait perdre l'effet d'étanchéification des cordons de soudure. I1 fait partie des notions de l'état de la technique de capter les différences de dilatation entre l'6nveloppe intérieure et l'enveloppe extérieure en assemblant l'enveloppe extérieure à partir de segments de cercle surélevés. L'invention a pour but de communiquer à l'ensemble étanche, composé de l'enveloppe intérieure, des barres profilées et de l'enveloppe extérieure, l'aptitude à se comporter sous la contrainte thermique de façon qu'il ne se produise pas de tensions locales excessives ou que celles-ci puissent être captées sur un autre point pour éviter des conséquences nuisibles. On comprendra facilement que les tensions qui se produisent augmentent si l'on demande à la cheminée une capacité de refroidissement particulièrement importance ou, en d'autres termes, si l'effet de refroidissement des canaux doit entre particulièrement intense. En général la meilleure base à cet effet est donnée par une grande élasticité de l'enveloppe intérieure et de l'enveloppe extérieure. L'élasticité trouve ses limites dans la tension de gonflement admissible pour les pièces en forme de pla- teaux. L'enveloppe intérieure est soumise à une surpression exté rieure,à quoi seaJoute encore la préssion statique de la colonne d'eau dans la partie inférieure de la cheminée.Les barres radiales profilées tiennent à distance et supportent les parois intérieure et extérieure. Elles évitent par suite aussi qutil soit nécessaire de prévoir des épaisseurs de parois élevées, ce qui toutefois ne donne encore pas une meilleure souplesse à l'ensemble. En plus des difficultés de comportement en fonctionnement exposées, il se présente des difficultés techniques pour la fabrication, du fait qu'un système élastique pour une capacité de passage de la chaleur élevée exige une dépense de main d'oeuvre importante avec des tolérances de coupe étroites, une haute précision et qualité des soudures, et aussi une haute qualité du façonnage. En plus des inconvénients de différents genres précités, les cheminées d'évacuation des gaz connues présentent aussi des inconvénients dans le refroidisSement. La circulation se fait sur le principe du thermo-siphon, ctest-à-dire par la différence de densité entre l'eau échauffée sur la cheminée et celle qui se trouve à l'extérieur dont la chaleur a déjà été enlevée. Par un effet inhérent au fonctionnement d'un convertisseur soufflé, il se produit un choc thermique momentané au commencement du soufflage que la circulation d'eau ne commence à suivre que quand la chaleur est transmise suffisamment vite à l'eau. Une chambre de refroidissement qui réagisse rapidement est cependant soumise à un cantonnement de la chaleur qui produit un choc particulier, et nécessite une forme appropriée pour absorber la dilatation instantanée. La cheminée de l'invention est caractériséeen ce que les segments annulaires de l'enveloppe extérieure sont reliés directement et rigidement avec les barres profi lées, une certaine possibilité de dilatation radiale et axiale étant cependant donnée par des recouvrements qui sont reliés rigidement avec l'enveloppe intérieure, qui s'étendent sur la face extérieure de l'enveloppe intérieure dans le sens de la longueur des barres profilées, et qui guident les bras profilés avec un certain jeu. Cette cheminée résout les difficultés de fabrication et du comportement en fonctionnement et de la mise en marche du refroidissement sous un choc thermique important, avec une capacité totale de refroidissement de préférence élevée S'il se produit alors une dilatation des enveloppes intérieure et extérieure, le faible jeu prévu doit d'abord être absorbé avant que la force de dilatation de l'en- veloppe intérieure se transmette à la barre profilée, c'est-à-dire que les tensions de la dilatation thermique soient transmises à l'enveloppe extérieure.Un tel mode de réalisation absorbe la pointe des tensions thermiques redoutées, de sorte que la différence de tension entre les enveloppes extérieure et intérieure est essen- tiellement diminuées L'opération de refroidissement se déroule d'une façon analogue, car celle-ci demande, notamment eu égard aux contraintes par à-coups provoquées par le fonctionnement dgun convertisseur soufflé, une sorte de respiration continuelle de la cheminée. Le retrait de l'enveloppe intérieure de la cheminée fait que 187 courbure des pièces en forme de segments annulair surélevés diminue de proche en proche+ etDce après absorption du jeu. Suivant une autre caractéristique de l'invention, les recouvrements ne sont posés que sur certaines sections en hauteur et sur des-longuXurs partielles. Dgune part les points de friction diminuent de ce fait, de sorte que des surfaces éventuellement ondulées glisseront plus facilement dans le sens du déplacement par dilatation par la chaleur. Vautre part ce mode de réalisation présente des avantages économiques, du fait que l'on utilise des pièces partielles courtes qui sont fixées par des cor- dons de soudure également courts. L'efficacité technique et les considérations économiques décrites peuvent être en outre renforcées en ce sens que, suivant lSinvention; les recouvrements sont appliqués alternativement sur les deux côtés de l'âme du profilé comportant des paires de bras symétriques; Ce mode d'exécution est suffisamment capable de dilatation pour absorber les tensions thermiques et permet en outre un guidage sur de 11âme du profilé, donc une position bien déterminée pour les enveloppes intérieure et extérieure. Un point d'importance particulière est en outre ltemplacement de la fixation de 1Pâme du profilé sur les segments annulaires surélevés Suivant un mode de réalisa- tion, les segments annulaires surélevés sont raccordés rigidement sur la lame profilée par une partie recourbée ou repliée. La partie transversale de la barre profilée sera alors utilisée pour agir un peu comme un toit sur lequel s'appuient les parties de raccordement des segments annulaires surélevés et poxu former un même temps les emplacements de joint pour les cordons de soudure.Une autre version de cette caractéristique de l'invention peut consister à former, à partir de leåme du profilé ainsi que des deux segments annulaires qui sgy raccordent un noeud, et à poser un cordon de soudure unique dans le creux ainsi formé ce qui est particulièrement écononi- que. Au point de vue technique, l'avantage réside alors en ce gué l'on obtient le cordon de soudure avec une faible contrainte dans des limites de dilatation déterminées. L'ensemble total de la cheminée peut 8tre établi en une seule pièce, mais on a toutefois la possi bilité g suivant une caractéristique supplémentaire de l'invention, de former des pièces relativement courtes qui seront reliées au moyen d'organes compensateurs dgun modèle connu. L'élasticité obtenue dans le sens radial entre l'enveloppe intérieure et l'enveloppe pe extérieure grssce à l'invention peut s'étendre alors ou être obtenue par cette disposition aussi dans le sens de la longueur de la cheminée. Suivant l'invention, il est prévu entre que les enveloppes extérieure et intérieure sont réu- nies l'une avec l'autre, à une extrémité au moins dgune virole de cheminée, par une bordure, la paroi intérieure plus longue étant repliée sur le profilé et fixée sur la paroi extérieure qui se trouve en arrière. Par cet assemblage, on obtient un effet élasti que particulier, de sorte que les enveloppes intérieure ou extérieure peuvent se déplacer axialement sans quoil se produise de fentes ou de tensions de gonflement particulières. La paroi intérieure peut aussi sans difficulté entre reliée à la paroi extérieure. par une soudure. Le cordon de soudure sera posé dans les conditions les plus favorables de sorte qu'en cet endroit il ne se produise pas de contrainte trop importante et que, si. une telle contrainte se produisait, elle puisse etre Absorbée par la forme que l'on aurait donnée à la courbure vers ltarrière. La description se rapporte à des exemples d'exécution de l'invention, qui sont représentés aux dessins dans lesquels la figure 1 montre une section axiale dans le sens longitudinal de deux viroles de cheminée qui sont reliées ensemble par un organe compensateur, - la figure 2 représente un plan de l'enveloppe intérieure en regardant dans le sens radial de ltem térieur vers l'intérieur - la figure 3 montre une section transversale radiale correspondant à la figure 1 - la figure 4 représente une cou- pe suivant la figure 3, toutefois à beaucoup plus grande échelle, sur le point de jonction entre les enveloppes extérieure et intérieure ;; - la figure 5 correspond à la représentation de la figure 4, toutefois pour un autre mode d'exécuO tion ; - la figure 6 est également du genre de la figure 4 pour un autre mode d'exécution. Suivant la figure I, la cheminée est constituée par au moins deux viroles I et 2, qui sont réunies au moyen d'un compensateur 3. La construction des viroles 1 et 2 est en principe la même, l'enveloppe extérieure 4 étant reliée avec l'enveloppe intérieure 6 par l'intermédiaire de barres profilé lées 5. Dans la figure 2, on voit la barre profilée 5 sous la forme d'une bande continue, les différents recouvrements 7 formant, alternativement sur les deux côtés, un guidage pour l'åme 8 de la barre profilée 5. Les recouvrements 7 peuvent être vissés ou sou dé5 . Dans le mode d'exécution est figuré un cordon de soudure 9. Le principe de la construction de la section totale de la cheminée est représenté dans la figure 3. D'après cela, l'enveloppe intérieure est constituée par un corps cylindrique, et l'enveloppe extérieure par différentes pièces en forme de segments annulaires 10, surélevées, qui s'étendent dans le sens de la longueur de la cheminée et quisont à chacun de leurs points due rencontre 11, reliées avec les barres profilées 5. Un tel point de rencontre 11 est figuré en plus grand dans la figure 4. Les segments annulaires IÔ sont formés avec une courbure continue et s'étendent avec cette forme d'arc de cercle sur toute la longueur dune virole 1 ou 2. La barre profilée 5 est choisie suivant l'exemple d'exécution de la figure 4 en forme de T double, de sorte que les segments annulaires 10 s appuient sur l'aile transversale 12 des barres profi liées et sont rigidement reliés à cet endroit au moyen de cordons de soudure 13 avec la barre profilée 5. Du c8té de l'enveloppe in- térieure en revanche, l'aile 8 de la barre profilée 5 est libre,de sorte qu'à l'état froid il existe un certain jeu qui permet en cas d'échauffement d'absorbeur une dilation soudaine avant qu'une force plus importante9 due à la dilation thermique, n'agisse sur ltenveLop- pe extérieure 40 A cet effet9 les recouvrements 7 sont faits de sections en cornières avec des longueurs d'aile appropriées. Suivant l'exemple d'exécution de la figure 5, les segments annulaires 10 sont modifiés sous forme de plaques planes 14 avec des extrémités repliées 15, ce qui entraine au point de vue de la fabrication une diminution de prix, et assure toutefois un effet final égal ou analogue au point de vue de l'élasticité de l'enveloppe extérieure. Dans l'exemple d'exé- cution de la figure 6, le point de rencontre 11 des segments annulaires forme un noeud, qui est formé par l'åme centrale 16 d'un profilé en T, et dont la formation est assurée en commun avec les extrémités 15 repliées des segments 10 et le cordon de soudure même. L'invention n'est pas limitée à l'utilisation d'un profil en T double ou en T simple comme barre profilée9 mais peut au contraire être formée par d'autres combinaisons de barres profilées 5 et de recouvrements 7, à condition qulil existe une liaison rigide entre l'enveloppe extérieure 4 et la barre profilée 5, et une liaison lache à l'état froid entre l'envelop- pe intérieure 6 et la barre profilée 5. Un élément constituant essentiel de l'invention, qui apporte des caractéristiques favorables pour la capacité de dilatation radiale et supplémentairement axiale de l'en- semble de la cheminée, ou des différentes viroles, est en outre représenté dans la figure 1. L'enveloppe interieure est ici plus longue que l'enveloppe extérieure 4, de sorte que cette dernière se trouve un peu en arrière.De ce fait9 on obtient la possibilité d'exécuteur une bordure 17 dont le profil 18 est formé par des pièces arrondies ou rectilignes0 Cette bordure peut entre faite a0une seu- le pièce, mais on peut aussi souder différentes pièces entre elles L'extrémité 19 de la bordure est rigidement reliée en 20 par sQu- dage avec l'enveloppe extérieure 40 De cette façon, il s D étahltt un effet élastique tel que9 d'une part9 il peut se produire une dilatation thermique aussi bien radialement qu'axîalement et d'autre part9 ce qui représente un avantage particulier de l'in- Invention il est formé un canal fermé pour l'agent refroidissant0 En outre,-on assure une fixation axiale entre les enveloppes extérieure et intérieure dans certaines limites. La bordure 17, avec la fixation en 20, convient en conséquence parfaitement bien pour obtenir à la fois une latitude longitudinale relative pour les en- veloppes extérieure et intérieure 2 et une possibilité de dilatation radiale. Bien entendu, l'invention n1est pas limitée aux exemples de réalisation ci-dessus décrits et représentés, à partir desquels on pourra prévoir d'autres modes et d'autres formes de réalisation, sans pour cela sortir du cadre de 1' invention0 R E V E N D I C A T I O N S 10) Cheminée d'évacuation des gaz pour des fours métalliques, notamment pour des convertisseurs d'aciéries, du type qui est constitué 9 dans le but de former des canaux d'eau de refroidissement, d'une enveloppe intérieure cylindrique et d'une enveloppe extérieure formée de l'assemblage de pièces segmentaires surélevées, une barre profilée s'étendant entre deux segments annulaires pour servir de cloison de séparation entre deux canaux de refroidissement adjacents verticaux, cheminée caractérisée en ce que les segments annulaires de l'enveloppe extérieure sont reliés directement et rigidement avec les barres profilées, une certaine possibilité de dilatation radiale et axiale étant cependant donnée par des recouvrements qui sont reliés rigidement avec l'enveloppe intérieure, qui s'étendent sur la face extérieure de leenveloppe intérieure dans le sens de la longueur des barres profilées, et qui guident les bras profilés avec un certain jeu. 20) Cheminée d'évacuation suivant la revendication i, caractérisée en ce que les recouvrements sont posés seulement sur certaines sections en hauteur et sur des longueurs partielles. 30) Cheminée suivant les revendications 1 et 2, caractérisée en ce que les recouvrements sont rap- portés alternativement sur les deux côtés de l'ame du profilé comportant des paires de bras symétriqueso 40) Cheminée suivant la revendication 1, caractérisée en ce que les segments annulaires surélevés sont raccordés rigidement aux barres profilées au moyen d'extrémi- tés repliées ou recourbées. 50) Cheminée suivant l'une quelconque tes revendications de I à 4, caractérisée en oe que l'on forme des viroles relativement courtes qui peuvent être reliées ensemble au moyen d'organes compensateurs de modèles connus. 60) Cheminée suivant l'une quelcon- que des revendications de 1 à 4, caractérisée en ce que les enveloppes intérieure et extérieure sont réunies au mains à une extré- mité d'une virole par une bordure, 1Denveloppe intérieure plus longue étant repliée sur le profilé et fixée sur l'enveloppe extérieure qui se trouve un peu en arrière.