Brevet FR2107942A1 — publié le 19720512

La présente invention concerne un convertisseur à oxygène insufflé par le haut, muni d'une chemise de tôle qui, en des points soumis à de gros efforts thermiques et, en particulier, dans la zone située entre l'anneau de support et l'embouchure, présente au moins un 5 groupe de serpentins parcouru par un agent de refroidissement, groupe qui comprend plusieurs demi-tubes qui sont de section transversale, de préférence semi-circulaire, soudés à la chemise du convertisseur et sont raccordés, sur une extrémité, à un distributeur d'agent de refroidissement et, sur l'autre extrémité, à un collecteur d'agent de refroidissement. 10 II est nécessaire de protéger d'une action thermique néfaste les parties des fours industriels, parties soumises à des efforts thermiques particulièrement élevés, par des dispositifs spéciaux de refroidissement. Dans ce but, les parties de four en question sont ou bien de constitution creuse ou bien munies d'une chemise, afin que la chaleur excédentaire et 15 dommageable pour ces parties de four piisse être dissipée par conduction d'un agent gazeux ou liquide de refroidissement à travers les cavités de refroidissement. On connaît aussi des serpentins ou des canaux refroidisseurs qui soat formés par des demi-tubes ou des profilés analogues soudés sur les parties de four, comme cela est proposé par exemple dans la demande de 20 brevet allemand, publiée après examen, n° 1.103.952. Dans les convertisseurs à oxygène insufflé par le haut, il est nécessaire de refroidir le bec, c'est-à-dire l'embouchure du convertisseur et, plus généralement parlant, la partie de convertisseur située au-dessus de l'anneau de support jusqu'au bec de convertisseur. D'après le modèle déposé 25 allemand n° 6.605.707, on connaît un tel dispositif de refroidissement du bec de convertisseur, dispositif qui comprend des tubes individuels soudés à la chemise du convertisseur, et coupés en deux dans le sens longitudinal, plusieurs serpentins étant raccordés chacun pour soi et, respectivement, par leur élément d'alimentation et leur élément de retour à un distributeur 30 commun et à un collecteur commun d'agent de refroidissement. Chacun des différents serpentins refroidisseurs est installé autour de la chemise de convertisseur, en un ou plusieurs enroulements, disposés à distance les uns des autres, sous forme d'une hélice dite à pas multiple. L'arrivée de l'agent de refroidissement se fait par un alésage ménagé dans le tourillon 35 porteur de convertisseur et/ou par l'anneau crêux de support du convertisseur, au voisinage duquel sont disposés le distributeur et le collecteur mentionnés pour l'agent de refroidissement. Ce système de refroidissement employant différents serpentins refroidisseurs, dont chacun est raccordé séparément 71 34309 2107942 à un collecteur et à un distributeur d'agent de refroidissement, a été repris de la construction des chaudières et est décrit, par exemple dans le livre de Ledinegg, M. "Dampferzeugung", édition Springer, Vienne, 1952, pages 16, 17, 38, 39, 45, 46, 47 et 49. 5 Ce système connu de refroidissement pour un convertisseur est grevé d'inconvénients. Dans le cas des serpentins refroidisseurs raccordés séparément les uns aux autres, existe déjà, lors de la mise en marche, le danger qu'à l'intérieur d'un tel serpentin se produisent des rétrécissements de section transversale en raison d'imprécisions de montage aux emplacements 10 des joints de soudure, des tubes ainsi qu'en raison de cordons de soudure mal exécutés, de sorte qu'apparaît une perte de pression dans l'agent de refroidissement, que l'écoulement devient irrégulier et que, par suite, l'effet de refroidissement se dégrade, Des irrégularités dans l'alimentation des différents serpentins refroidisseurs sont aussi à attendre du fait que les 15 serpentins refroidisseurs présentent des courbures et des coudes de grandeur différente, ce par quoi se trouve modifiée également la résistance à l'écoulement de l'agent de refroidissement. Comme conséquence d'un refroidissement irrégulier de la chemise de convertisseur, peuvent se présenter des zones de températures différentes, en particulier dans la partie supérieure 20 du convertisseur, partie située entre l'anneau et le bec de convertisseur, de sorte que des dilatations et des tensions thermiques se produisent dans la chemise de tôle, ce qui est désavantageux aussi bien pour la chemise de tôle elle-même que pour le revêtement réfractaire du convertisseur. Après une durée de marche plus ou moins longue, existe en outr^ le danger que la 25 section d'écoulement du système de refroidissement soit rétrécie par des impuretés mécaniques et/ou par des dépôts de calcaire. Dans ce cas, il peut s'agir aussi bien de dépôts locaux que d'engorgements. Cela peut avoir pour conséquence que, pour des serpentins montés et raccordés séparément au distributeur et au collecteur, une partie seulement de ceux-ci soit complètement 30 parcourue par l'agent de refroidissement, tandis qu'une autre partie ne permet qu'une circulation réduite et est surchauffée, ce par quoi l'agent de refroidissement se vaporise. Ces insuffisances peuvent conduire à de très graves perturbations dans la marche de l'aciérie. Un autre inconvénient du système de refroidissement connu 35 réside dans le fait que la fabrication et le montage des tubes coupés en deux dans le sens longitudinal et susceptibles de présenter une section transversale dè formé semi-circulaire, réservent de grosses difficultés parce que ces demi-tubes doivent être recourbés dans deux plans, afin de pouvoir s'adapter 71 34309 2107942 à la paroi conique, sphérique et cylindrique d'un convertisseur. Le travail principal est à accomplir pendant le montage parce que l'installation des tubes suivant une hélice nécessite des travaux d'ajustage et de modification correspondants qui ne peuvent pas être préparés complètement 5 en atelier. Le montage est, par conséquent, coflteux. L'invention a pour objectif d'éviter ces inconvénients et ces difficultés en créant un dispositif de refroidissement de la chemise de convertisseur, dispositif qui est d'une technique d'écoulement perfectionnée et d'un fonctionnement sûr, et qui est aussi de fabrication facile et pour 10 lequel la dépense de montage est réduite. Pour un convertisseur à oxygène insufflé par le haut, du type décrit au début, l'invention réside dans le fait qu'en vue d'égaliser la pression et de régulariser l'écoulement de l'agent de refroidissement, les demi-tubes de chaque groupe sont reliés entre eux, en au moins un point, 15 par des canaux transversaux. Une autre caractéristique essentielle de l'invention est que, sur la plus grande partie du pourtour de la chemise de convertisseur, les demi~tubes sont recourbés dans un plan unique perpendiculaire à l'axe de convertisseur. 20 Selon un mode de réalisation avantageux de l'invention, plusieurs groupes de serpentins peuvent être superposés, et les demi-tubes de chaque groupe peuvent être reliés les uns' aux autres par des tubes obliques de communication. Un autre mode de réalisation est caractérisé en ce que plusieurs 25 groupes de serpentins sont superposés, les demi-tubes de chaque groupe étant raccordés au distributeur et au collecteur d'agent de refroidissement (figure 2). Enfin, dans un troisième mode de réalisation, plusieurs groupes de serpentins sont superposés, les demi-tubes de chaque groupe étant 30 raccordés respectivement à un distributeur et à un collecteur d'agent de refroidissement (figure.3). D'autres caractéristiques et avantages de l'invention seront mieux compris à la lecture de la description qui va suivre de trois exemples de réalisation, description se référant aux dessins annexés sur lesquels : 35 - la figure 1 représente, en coupe partielle, une vue latérale d'une partie supérieure d'un convertisseur à oxygène insufflé par le haut, trois groupes de serpentins étant disposés les uns au-dessus des autres et montés en série au point de vue de la technique de circulation des fluides 71 34309 2107942 - la figure 2 représente, de la même façon que la figure 1, un mode de réalisation comprenant cependant trois groupes de serpentins, montés en parallèle au point de vue de la technique de circulation des fluides, ces groupes étant raccordés respectivement à un distributeur et à un 5 collecteur d'agent de refroidissement, le distributeur et le collecteur étant disposés verticalement et communs aux trois groupes ; et - la figure 3 représente, de façon analogue à la figure 2, trois groupes de serpentins montés en parallèle au point de vue de la . technique de circulation des fluides, ces groupes étant cependant, chacun 10 pour soi, raccordés respectivement à un distributeur et à un collecteur d'agent de refroidissement. Sur la figure 1, la référence 1 désigne la chemise de tôle du convertisseur qui présente un revêtement réfractaire 2 et un anneau de bec ou d'embouchure 3. Dans la zone de l'anneau de support non représenté du 15 convertisseur est prévu un distributeur d'agent de refroidissement 4 pour amener, à travers des tubes de liaison 5 à 8, de l'eau de refroidissement à un groupe de serpentins, qui estoonstitué par des demi-tubes 9 à 12 soudés à la chemise de con \ertisseur. Ces tubes ont, de préférence, une section transversale semi-circulaire,mais on peut aussi employer d'autres profilés 20 ouverts de type commercial, tels que des profilés en U, des profilés en gouttière, des profilés semi-elliptiques, etc. Les demi-tubes 9 à 12 sont disposés dans des plans horizontaux, c'est-à-dire perpendiculaires à l'axe longitudinal de convertisseur et embrassent la plus grande partie du pourtour de la chemise de tôle 1. Pour établir le passage vers le groupe 25 de serpentins 9' à 12' situé immédiatement au-dessus, on prévoit des éléments semi-tubulaires obliques 13 à 16. Le groupe de serpentins 9' à 12' est à nouveau relié au groupe de serpentins 9" à 12", situé immédiatement au-dessus, par'dés éléments semi-tubulaires obliques 13' à 16'. La partie de retour du système de refroidissement comprend des tubes 17 à 20 qui relient les 30 demi-tubes 9" à 12" du groupe supérieur de serpentins au collecteur d'agent de refroidissement 21. Le sens d'écoulement de l'agent de refroidissement est indiqué par des flèches. Comme on le voit d'après la figure 1, pour s'adapter au contour de la chemise de tôle 1, les tubes 9 à 12, 9' à 12', etc. n'ont besoin d'être recourbés que dans un plan unique, perpendiculaire à l'axa rîta 35 convertisseur 23. Conformément à l'invention, on prévoit en plusieurs points, entre tes différents demi-tubes de chaque groupe de serpentins, des canaux transversaux 22 qui peuvent également être formés par des deml-tubes soudés à la chemise de convertisseur 1, de sorte qu'à l'intérieur d'un groupe de 71 34309 5 2107942 serpentins, se produisent une égalisation de pression et une régularisation de l'écoulement du fluide de refroidissement. On peut, dans les différents grpupes de serpentins, disposer un nombre différent de canaux transversaux 22 que l'on peut assi monter de façon différente autour du pourtour de la chemise 5 de convertisseur. Ainsi, il est opportun de prévoir plusieurs canaux transversaux aux points soumis à des efforts thermiques élevés, par exemple sur le côté de coulée de la chemise de convertisseur, afin d'assurer l'équilibre désiré de pression et d'écoulement. Suivant la figure 2, on prévoit trois groupes superposés de 10 serpentins horizontaux entourant l'ensemble de la chemise de tôle 1 et munis respectivement de demi-tubes 24 à 27, 24' à 271 et 24" à 27" qui sont reliés respectivement à un distributeur vertical commun 28 et à un collecteur vertical commun d'agent de refroidissement 29. Le distributeur 28 et le collecteur d'agent de refroidissement 29 sont constitués par des éléments 15 tubulaires 30 ^ 32 qui sont dimensionnés de différentes grandeurs et qui communiquent avec les différents demi-tubes des groupes de serpentins par des tubes de liaison 33. Les différents demi-tubes des groupes de serpentins sont fermés à leurs extrémités. Cette fermeture est désignée par la référence 34. Les canaux transversaux situés entre les demi-tubes de chaque groupe de 20 serpentins sont à nouveau désignés par la référence 22. Suivant la figure 3, un groupe de serpentins formé par les demi-tubes 35 à 38 est relié par des éléments tubulaires 39 à 42 à un distributeur d'agent de refroidissement 43, et par des éléments tubulaires 44 à 47 à un collecteur d'agent de refroidissement 48. Les canaux transversaux 25 reliant les demi-tubes de chaque groupe de serpentins sont à nouveau désignés par la référence 22. Le groupe de serpentins situé plus bas est formé par les demi-tubes 49 à 52, ce groupe étant également relié par les éléments tubulaires 54 à 57 à son propre distributeur d'agent de refroidissement 53, et par les éléments tubulaires 58 à 61 à son propre collecteur 30 d'agent de refroidissement 62. Les distributeurs 43, 53 et les collecteurs d'agent de refrddissement 48, 62 sont respectivement décalés les uns par rapport aux autres, de 120° autour de la chemise de convertisseur. Un troisième distributeur et un troisième collecteur d'agent de refroidissement (non représentés) se trouvent sur le côté arrière du convertisseur et sont 35 reliés, de la manière précédemment décrite, à un troisième groupe de serpentins qui comprend les demi-tubes 63 à 66. Bien entendu, diverses modifications peuvent être apportées par l'homme de l'art aux modes de réalisation qui viennent d'être décrits uniquement à titre d'exemples non limitatifs, sans que l'on sorte pour cela du cadre de l'invention. 71 34309 « 2107942 REVENDICATIONS 1. Convertisseur à oxygène insufflé par le haut, muni d'une chemise de tôle qui, en des points soumis à des efforts thermiques élevés, présente, 5 dans la zone située entre l'anneau de support et le bec de convertisseur, au moins un groupe de serpentins qui est parcouru par un agent de refroidissement, et comprend plusieurs demi-tubes de section transversale, de préférence semi-circulaire, soudés à la chemise de convertisseur et raccordés, sur une extrémité, à un distributeur d'agent de refroidissieméSht et, sur l'autre 10 extrémité, à un collecteur d'agent de refroidissement, caractérisé én ce qu'en vue d'agaliser la pression et de régulariser l'écoulement de l'agent de refroidissement, les demi-tubes de chaque groupe sont reliés entre eux, en au moins un point, par des canaux transversaux. 2. Convertisseur selon la revendication 1, caractérisé en ce que, 15 sur la plus grande partie du pourtour de la chemise de convertisseur, les demi-tubes sont recourbés dans un plan unique perpendiculaire à l'axe de convertisseur. 3. Convertisseur selon la revendication 2, caractérisé en ce que plusieurs groupes de serpentins sont superposés et leurs demi-tubes sont 20 reliés entre eux respectivement par des tubes obliques de communication. 4". Convertisseur selon la revendication 2, caractérisé en ce que plusieurs groupes de serpentins sont superposés, les demi-tubes de chaque groupe étant raccordés au même distributeur et au même collecteur d'agent de refroidissement. 25 5. Convertisseur selon la revendication 2, caractérisé en ce que plusieurs groupes de serpentins sont superposés et que les demi-tubes de chaque groupe sont raccordés respectivement à un distributeur et à un collecteur d'agent de refroidissement, chacun des distributeurs et collecteurs n'étant associé qu'à un seule groupe de serpentins.