Brevet FR2130400A1 — publié le 19721103

213U4UU La présente invention concerne une sole de haut fourneau dans laquelle il est prévu, au-dessous de la maçonnerie réfractai-re, une couche à haute conductibilité thermique à l'intérieur de laquelle sont disposés des tubes pour véhiculer le fluide de re-5 froidissement. Ce refroidissement a pour but de réduire l'usure subie par le fond par suite du phénomène de dissolution des briques de carbone se produisant sous l'action du fer brut. En tant que fluide de refroidissement, on peut utiliser de l'air ou de l'eau, conte-10 nant éventuellement des additifs, ou d'autres liquides appropriés. Le refroidissement par eau se distingue du refroidissement par air en ce qu'il permet d'évacuer de plus fortes quantités de chaleur par unité de temps. Ici, il faut cependant prendre des précautions de sécurité qui empêchent l'eau de venir en contact 15 avec le garnissage réfractaire, sinon la sole serait détruite du fait que les briques de carbone se dilatent. 11 faut, d'autre part, éviter en tout cas que l'eau de refroidissement sortant n'entre en contact avec du métal en fusion. En outre, il faut tenir compte du fait que le dispositif de refroidissement ne peut 20 plus être réparé après la fabrication du haut fourneau* La présente invention crée un dispositif pour refroidir la sole d'un haut fourneau et qui, susceptible d'être fabriqué de Manière simple, évite dans une large mesure le risque de voir se produire, dans les canaux de refroidissement, des endroits où 25 l'étanchéité fait défaut, en permettant en même temps à la chalair d'être évacuée aussi uniformément que possible à travers la section transversale de la sole. Ce résultat est obtenu suivant l'invention par le fait que les tubes sont placés dans des évidements en forme de gouttière 50 prévus dans la couche à haute conductibilité thermique et y sont noyés au moyen d'une matière flexible* Dans cette sole de haut fourneau, les tubes sont placés élastiquement à l'intérieur de la sole et peuvent effectuer de légers mouvements en direction axiale et transversale qui sont 55 provoqués par des dilatations thermiques variables ou par des variations de pression. Ainsi, on limite d'éventuels efforts de cisaillement. Le fait de disposer les tubes dans les évidements permet, en outre, d'utiliser des tubes qui s'étendent dans leur ensemble sous la sole. Les opérations consistant à souder ensem- ri 2 l ! 30 40 U île plusieurs tubes ou plusieurs canaux de refroidissement & l'intérieur de la sole peuvent donc être supprimées de façon & éviter le risque de voir se produire, lors du montage, des défauts d'étanchéité dans le dispositif de refroidissement. Si, 5 en dépit du fait que les tubes sont noyés élastiquement dans la sole, il se produit des défauts d'étanchéité dans le dispositif de refroidissement, ceux-ci peuvent être facilement supprimés en introduisant par exemple un nouveau tube de plus faible diamètre dans le tube réalisé en une seule pièce. 10 Du fait que la structure de la matière flexible se trouvant dans les évidements présente une densité réduite par rapport à la couche pleine conductrice de la chaleur, on obtient de manière avantageuse une certaine isolation thermique. Celle-ci produit un profil de température sensiblement uniforme à l'entour du 15 tube de refroidissement, de sorte que la chaleur n'est plus évacuée ponctuellement mais par surfaces de la couche conductrice de la chaleur* La couche à haute conductibilité thermique accumule la chaleur reçue par la sole de haut fourneau pour la céder à l'eau de 20 refroidissement véhiculée dans les tubes* En tant que matière constitutive de la couche conductrice de la chaleur, on peut avantageusement utiliser du graphite en raison de sa haute conductibilité thermique, de sa bonne tenue à la chaleur et de sa haute résistance & la compression à température élevée* En cas 25 de refroidissement par un liquide, il faut en outre tenir compte du fait que les isothermes au-dessous de la sole refroidie sont très voisines les unes des autres, de sorte qu'en cas de panne du refroidissement on atteint localement très vite une température trop élevée pour être supportée par la matière. Ce risque 50 est beaucoup plus réduit pour le graphite que dans le cas d'une autre matière bonne conductrice de la chaleur mais fondant à une température relativement basse, comme par exemple l'aluminium. Enfin, il est recommandable de grouper plusieurs tubes sous forme d'un ensemble de refroidissement présentant ses propres 55 collecteurs et un passage d'amenée réglable, auquel cas deux ensembles de refroidissement sont chaque fois disposés indépendamment l'un de l'autre de façon à véhiculer le fluide en sens opposé* Dans ce cas, il est possible de refroidir la «oie pendant une durée relativement longue avec une moitié seulement de 72 09449 3 2130400 l'ensemble double. Cette disposition a en outre pour avantage que la quantité de fluide de refroidissement peut être adaptée chaque fois à l'apport calorifique. Suivant une autre caractéristique de l'invention, la couche 5 à haute conductibilité thermique est séparée de l'intérieur du haut fourneau par une plaque métallique maintenue au moyen de plusieurs vis soumises à une tension initiale qui passent à travers la couche à haute conductibilité thermique et sont ancrées dans la sole* Ainsi, la plaque servant à rendre le haut fourneau 10 étanche au gaz et à l'eau se trouve assujettie sous tension à la fondation du four par des tirants élastiques. Cet assujettissement sous tension permet d'utiliser une plaque d'étanchéité qui évite des fentes de passage d'air en permettant en même temps des mouvements d'origine thermique dans le plan de la plaque. Etant 15 donné, que lors du montage, la tension initiale est choisie suffisamment grande pour que les vis présentent encore une tension à l'état chauffé, on évite également la formation d'une fente d'aération en cours de fonctionnement. Pour accroître l'élasticité de l'ancrage, on peut utiliser 20 des ressorts. Les ressorts peuvent être montés tant à l'extrémité de tête qu'à l'extrémité de pied des vis. Suivant une autre forme de réalisation de l'invention, les extrémités des vis situées au-dessus de la plaque métallique sont recouvertes par des capuchons soudés, de manière étanche au gaz, 25 sur la plaque métallique. Ainsi, au niveau du passage des vis à travers la plaque métallique, les fonctions de guidage de la plaque et d'étanchéité sont séparées l'une de l'autre sur le plan de la construction. La fonction d'étanchéification se trouve confiée au capuchon soudé sur la zone de passage et qui n'est pas 30 soumis à des efforts mécaniques. La présente invention est expliquées plus en détail ci-dessous à l'aide d'un exemple représenté aux dessins annexés. La fig. 1 est une coupe longitudinale du bâti d'un haut fourneau» 35 La fig. 2 est une coupe suivant la ligne II-II de la fig. 1* La fig. 3 est une coupe suivant la ligne III-III de la fig. 1. La fig. 4- représente une autre forme de réalisation en coupe suivant la ligne III-III de la fig. 1. 72 09449 4 2130400 Le bâti 1 du haut fourneau est entouré d'un blindage en acier 2 et est revêtu, comme la sole 3, de briques de carbone. L'ensemble du haut fourneau repose sur la fondation 4. Au-dessous des briques de carbone constitutives de la sole 5 3, il est prévu une couche 5 à haute conductibilité thermique d'une épaisseur d'environ 300 cm qui est constituée en l'occurrence par du graphite. Cette couche de graphite plane 5 se compose de plaques individuelles. Sur son côté supérieur, elle présente des évidements en forme de gouttière 6 qui reçoivent 10 chaque fois un tube 7 pour véhiculer l'eau de refroidissement. Ces tubes 7 traversent l'ensemble de la sole 3 sans joint de soudure. Bans la seule sone marginale, il faut dans certains cas, pour des raisons de montage, encore prévoir des joints de soudure qui, en ces endroits, sont cependant sans danger en rai-15 son de l'apport calorifique réduit qui s'y produit. A l'intérieur des évidements 6, les tubes 7 sont noyés de tous les côtés dans une matière réfractaire damée flexible* En tant que telle, on peut convenablement utiliser une matière plastique à base de substances céramiques réfractaires ou en graphite, éventuellement 20 imprégnée de bitume. Cette matière réfractaire damée peut également être utilisée, sans liant, à l'état pulvérulent. A l'intérieur de la matière de remplissage, les tubes 7 peuvent se déplacer dans une légère mesure et ainsi répondre élastiquement à des influences extérieures. 25 La couche de graphite 5 est recouverte par des plaques 8 également réalisées en graphite afin de satisfaire à l'impératif qui consiste à disposer d'une sole dont les joints présentent une largeur minimale. La couche de graphite 5 est étanchéifiée par rapport à la fondation 4- par une plaque en acier 9, une couche 30 supplémentaire 10 en graphite pouvant encore être prévue entre les deux. Comme représenté schématiquement à la fig. 2, les tubes 7 sont groupés sous forme d'ensembles de refroidissement présentant des collecteurs d'entrée et de sortie 11 et un passage d'amenée 35 et de sortie réglable 12. Chaque ensemble de refroidissement est réalisé sous une forme double, deux tubes juxtaposés 7, 7' appartenant chaque fois à un ensemble de refroidissement étant parcourus par de l'eau de refroidissement en sens opposé* La présente invention peut être appliquée en particulier 72 09449 s 2f JU4UU au refroidissement de hauts fourneaux présentant un diamètre de bftti important de dix mètres par exemple. Elle peut cependant également être utilisée pour d'autres fours à cuve présentant éventuellement une faible section. 5 Bans la forme de réalisation représentée à la fig* 4-, la plaque en acier 9 est déplacée et se trouve au-dessus de la couche 5 conductrice de la 'chaleur et munie des tubes de refroidissement 7. Bans ce cas, la plaque d'acier continue 9 assure une séparation étanche au gaz de la couche conductrice de la chaleur 10 5 par rapport à l'intérieur du four. Afin d'éviter que cette plaque d'acier 9 ne se soulève en formant une fente d'aération nocive et pour permettre, d'autre part, cependant encore des mouvements dans le plan de la plaque, la plaque d'acier 9 est fixée dans la sole du haut fourneau de la 15 manière décrite ci-dessous. On se sert de vis de dilatation 22 disposées à des intervalles d'environ 500 mm. Les vis de dilatation 22 passent par des trous 13 qui traversent la plaque d'acier 9, les couches de graphite 5, S et la couche de briçnee suivante 14- placée en dessous. 20 Les vis de dilatation 22 sont ancrées dans la sole par des plaques d'ancrage 15 ou au moyen de goujons 16 (par exempls des goujons extensibles). Le premier mode d'ancrage sera choisi lorsqu'on utilise des plaques 5» 8 et briques 14- préfàbsiçiêes, préalablement munies d'ouvertures. La sole peut cependant Str? 25 également percée seulement après la mise en place. Bans es car; les goujons 16 sont utilisés pour l'ancrage. La plaque d'acier 9 est assujettie sous tension contre la sole au moyen d'écrous 18. Pour accroître la tension, on peut utiliser des ressorts constitués en l'occurrence par des ressorts 30 à disques 17* La tension initiale à conférer aux vis de dilatation 22 lors du montage est choisie suffisamment grande pour que les vis de dilatation présentent encore une tension à l'état chauffé pendant que le haut fourneau est en marche. La tête de vis de dilatation 22 et l'écrou 18 sont recou-35 verts d'un capuchon 19 qui est soudé, de manière étanche au gaz, à la plaque d'acier 9. Afin que cette dernière prenne appui sur toute son étendue, on prévoit une matière réfractaire damée 20 entre la plaque d'acier 9 et la couche de graphite supérieure 8. Birectement au-dessous de la plaque d'acier 9, les vis de dila- / 2 U V 4 4 V O 2 i O u 4lu tation 22 sont chaque fois entourées d'un manchon 21 qui est placé étroitement contre les plaques de graphite 5, 8. On évite ainsi que, au moment de serrer les écrous 18, la matière damée 20 soit repoussée et pénètre dans le trou 13 de façon à gêner 5 la liberté de mouvement des vis de dilatation» ê COPY 72 09449 7 2130400 BEVEMICATIONS / 1 - Sole de haut fourneau dans laquelle il est prévu, au-dessous de la maçonnerie réfractaire, une couche à haute conductibilité thermique à l'intérieur de laquelle sont disposés des tubes pour véhiculer le fluide de refroidissement, caractérisée 5 en ce que les tube» 7 sont placés dans des évidements en forme de gouttière 6 de la couche 5 à haute conductibilité thermique et y sont noyés au moyen d'une matière flexible. 2 - Sole de haut fourneau suivant la revendication 1, caractérisée en ce que plusieurs tubes 7 sont groupés sous forme d'un 10 ensemble de refroidissement présentant ses propres collecteurs 11 et un passage d'amenée réglable 12, deux ensembles de refroidissement étant chaque fois groupés de façon à véhiculer le fluide en sens opposé. 3 - Sole de haut fourneau suivant l'une des revendications 15 1 et 2, caractérisée en ce que la couche 5 à haute conductibilité thermique recevant les tubes 7 est constituée par du graphite. 4- - Sole de haut fourneau suivant l'une des revendications 1 à 3, caractérisée en ce que la couche 5 à. haute conductibilité thermique est séparée de l'intérieur du four par une plaque 20 métallique 9 et en ce que cette plaque métallique 9 est maintenue par plusieurs vis 22 soumises à une tension initiale qui traversent cette couche conductrice de la chaleur 5 et sont ancrées dans la sole. 5 - Sole de haut fourneau suivant l'une des revendications 25 1 à 4, caractérisée en ce que les vis 22 sont serrées par l'intermédiaire de ressort» 17. 6 - Sole de haut fourneau suivant l'une des revendications 1 à 5, caractérisée en ce que les extrémités des vis au—dessus de la plaque métallique 9 sont recouvertes par des capuchons 19 30 soudés de manière étanche au gaz sur la plaque métallique 9. 7 - Sole de haut fourneau suivant l'une des revendications 1 à 3, caractérisée en ce qu'il est prévu, au-dessous de la plaque métallique 9, une couche en matière réfractaire damée 20 et en ce que des manchons 21 prenant appui intimement sont placés 35 dans les trous 13 recevant les vis 22. \ COPY