Brevet FR2117950A1 — publié le 19720728

/ + 71 La présente invention concerne un dispositif pour le refroidissement d'une coquille de coulage en continu comportant une canalisation d'amenée de l'eau de refroidissement pour le fonctionnement courant, par 5 laquelle l'eau de refroidissement est amenée au moyen d'une pompe à la coquille de coulage en continu par l'intermédiaire d'un clapet de refoulement, une canalisation d'amenée de l'eau de refroidissement de secours raccordée à un réservoir qui est équipée d'un clapet 10 de refoulement fermé lors du fonctionnement de la pompe et s'ouvrant automatiquement en cas d'arrêt ou de panne de cette dernière, et comportant également un.e canalisation de renvoi de l'eau de refroidissement. Le refroidissemat de coquilles de coulage en continu 15 nécessite que l'on apporte le plus grand soin au choix du dispositif de refroidissement, plus particulièrement dans le cas du coulage en continu de l'acier. Il faut veiller à régler très précisément la température de l'eau de refroidissement et à empêcher la formation de 20 bulles de vapeur. En cas d'arrêt du flux du fluide de refroidissement, la paroi de la coquille de coulage en continu fond immédiatement, ce qui peut entraîner des explosions par suite de la formation de gaz explosifs ainsi qu'une détérioration de l'installation de coulage en 25 continu. Il convient donc de faire en sorte qu'aucune interruption du flux du fluide de refroidissement ne se produise. On a déjà proposé (brevet autrichien ÎT° 175 671 ) de disposer au-dessus de la coquille un réservoir surélevé ouvert qui est relié à la coquille de coulage en continu 30 Par l'intermédiaire d'une canalisation comprenant un clapet de refoulement. En cas de panne, par exemple en cas d'arrêt du courant de refroidissement, un clapet de refoulement se ferme dans la canalisation d'amenée de l'eau de refroidissement pour l'exploitation courante par suite Ci. S chute depression 35 et simultanément, le clapet de refoulement disposé dans la canalisation d'amenée d'eau de refroidissement de secours s'ouvre, si bien que de l'eau de refroiaisseisent peut être 71 44080 2 2117950 amené dans la coquille de coulage en continu à partir du réservoir surélevé. Dans cette installation connue, on utilise de l'eau épurée qui est amenée en présentant une température de 30°C à la coquille de coulage en continu 5 à partir d'un autre réservoir et qui est chauffée environ de 6°C lors de son passage. Pour les coquilles de coulage en continu de grand format qui sont utilisées pour le coulage de lingots d'acier, on compte une consommât;ion d'eau de refroidissement de 120 à 1000 m^/h . Lors 10 de la circulation d'importantes quantités d'eau dans un circuit ouvert, un inconvénient réside dans le fait que lors du contact avec l'air, il se produit un dégagement d'oxygène qui provoque la corrosion des parties de l'installation traversées par l'eau de refroidissement. 15 Par ailleurs, les variations de température provoquent une évaporation de l'eau, ce qui augmente le coefficient de dureté de l'eau de refroidissement de sorte qu'il peut se former dans les canalisations et sur les parois de la coquille de coulage en continu, un dépôt indésirable 20 de tartre. Il peut en résulter que les coquilles de coulage en continu qui sont raccordées à un circuit d'eau de refroidissement ouvert, alimenté avec de l'eau épurée, s'avèrent prématurément défectueuses, ce qui a pour effet de diminuer le rendement de la machine de coulage en 25 continu. Un autre inconvénient des installations connues réside dans le fait que le système de secours ne peut être maintenu que pendant une durée relativement brève. Il doit au plus tard interrompu lorsque le réservoir surélevé est 30 vide. Pour l'alimentation de grandes coquilles de coulage en continu de lingots, il convient donc de prévoir des réservoirs surélevés présentant des dimensions très importantes. Quoiqu'il en soit, la durée du service de secours dépend absolument de l'eau de refroidissement accumulée/dans le 35 réservoir surélevé. La présente invention a pour objet d'éviter ces difficultés et ces inconvénients et réside dans le fait que, 71 44080 3 2117950 pour une installation du type précédemment décrit servant à refroidir les coquilles de coulage en continu, la canalisation d'amenée et la canalisation de renvoi pour l'eau de refroidissement servant à l'exploitation courante sont raccordées au réservoir surélevé qui est rempli, pour la majeure partie, avec de l'eau d'alimentation de chaudière, le système d'eau de refroidissement et le réservoir surélevé étant rendusétanches vis-à-vis de l'atmosphère, par un volume ou espace soumis à une surpression de gaz et/ou de vapeur, de manière agréer un tampon amortisseur élastique de pression. Avantageusement, l'espace sous pression prévu à la partie supérieure du réservoir surélevé est rempli d'un gaz inerte, tel que par exemple l'azote > et raccordé par l'intermédiaire d'une canalisation de jonction à un réservoir de réserve d'eau qui comprend de préférence un dispositif de réglage de niveau et une canalisation d'amenée d'eau propre coopérant avec ce dernier. Le coussin de pression est avantageusement réglable à une pression de 0,3 à 0,4 at. Suivant un mode de réalisation préféré de la présente invention, un a.prévu, à l'intérieur du réservoir d'eau de refroidissement et à proximité de l'eau d'alimentation de chaudière, un récipient cylindrique fermé en bas par un fond et ouvert à son extrémité supérieure, et la canalisation de renvoi de l'eau de refroidissement se termine à proximité du fond de ce récipient cylindrique. Suivant une autre caractéristique de l'invention, la différence de niveau entre les points de raccordement de la canalisation d'amenée d'eau de refroidissement de secours au réservoir d'eau propre et à la coquille de coulage en continu, est d'au moins 5 m. Le réservoir d'eau propre et le réservoir dq^éserve d'eau sont équipés de dispositifs de réglage de niveau ainsi que de soupapes de réglage de niveau montées dans les canalisations correspondantes d'amenée de l'eau. Pour refroidir l'eau d'alimentation des chaudières,on a prévu un échangeur de chaleur dans la canalisation d'amenée 71 44080 4 2117950 d'eau de refroidissement pour l'exploitation courante. L'inventioi^éera mieux comprise et d'autres buts, caractéristiques détails et avantages de celle-ci apparaîtront au cours de la description explicative qui va suivre , en 5 se reportant au dessin schématique annexé donné uniquement à titre d'exemple illustrant un mode de réalisation et dans lequel : - la figure unique représente le schéma du circuit d'eau de refroidissement. 10 On voit en 1 une coquille de coulage en continu en cuivre dont l'enveloppe de refroidissement reçoit par une canalisation d'amenée d'eau de refroidissement 2 pour l'exploitation courante, de l'eau d'alimentation de chaudière. Le chiffre de référence 3 indique la canalisation 15 de renvoi de l'eau de refroidissement. Les canalisations 2 et 3 sont raccordées à un réservoir 4 d'eau de refroidissement fermé. L'eau .de refroidissement est entraînée en circulation au moyen d'une pompe 5 à partir du réservoir d'eau de 20 refroidissement 4 dans un échangeur de chaleur 6 où elle est refroidie. Les canalisations d'amenée et de renvoi de l'eau de refroidissement pour 1'échangeur de chaleur 6 sont indiquées en 7 et 8. Comme fluide de refroidissement on peut utiliser de l'air comprimé ou de l'eau. Une 25 soupape de réglage de débit 9 montée dans la canalisation d'évacuation de l'eau de refroidissement 8 est reliée à un dispositif de réglage de température 10 par l'intermédiaire d'une ligne à impulsions 11. Le régulateur de température 10, pou sa part, est raccordé par l'intermédiaire de la ligne d'impulsions 30 12 à la canalisation^.'amenée de l'eau de refroidissement 2 pour l'exploitation courante, en arrière de l'échangeur de chaleur. En modifiant l'apport en fluide de refroidissement vers 1'échangeur de chaleur 6 la température de l'eau de refroidissement amenée à la coquille 1 de coulage en continu, 35 peut être réglée sur une valeur constante. On voit en 13 un débitmètre qui est relié par une ligne à impulsions 14 à un diaphragme de mesure 15. On voit en 16 un régulateur de débit relié 71 kU080 5 2117950 à une soupape de réglage 18 par une ligne à impulsions 17- le clapet de refoulement 19 est ouvert tant que la pompe 5 est en action. On a représenté en 20 un appareil de mesure de la température servant à déterminer 5 la différence entre la température d'entrée et la température de sortie de l'eau de refroidissement dans la coquille, cet appareil étant relié par la ligne à impulsions 21 aux canalisations d'eau de refroidissement 2 et 3. Le réservoir d'eau de refroidissement 4 fermé est 10 en grande partie rempli avec de l'eau d'alimentation de chaudière dont le niveau maximal est indiqué en 22. Au-dessus de ce niveau, se trouve un espace sous pression 23 qui, en vue de protéger la coquille et les canalisations contre la corrosion et la formation de tartre, est 15 avantageusement rempli d'un gaz inerte, par exemple d'azote. La pression de gaz est réglée à 0,3 - 0,4 at, le gaz étant amené par la canalisation 24 par l'intermédiaire d'un organe d'arrêt 25. Une canalisation 26 pour l'eau d'alimentation de chaudière comporte un clapet de refoulement 20 27 et une soupape de réglage de niveau 28. La soupape de réglage de niveau 28 est reliée par une ligne à impulsions 29 à un dispositif de réglage de niveau 30 disposé sur le plan 22. Dans le réservoir d'eau de refroidissement 4 se trouve, pour l'utilisation normale, 3 25 une quantité d'eau d'environ 10 nr qui suffit pour refroidir par exemple une coquille de coulage en continu présentant une section de 2000 x 300 mm et pour un rendement de coulage de 1,5 tonne d'acier/mn. On a montré en 31, 32 et 33 des dispositifs d'alarme 30 de niveau qui sont respectivement aménagés à des niveaux 34, 35, 36 et entrent en fonction successivement, dès que le niveau d'eau dans le réservoir 4 d'eau de refroidissement s'abaisse en-dessous du niveau 22. La zone comprise entre les plans 22 et 34 est considérée comme aone normale 35 de dilatation et/ou zone-tampon, Lorsque le niveau-de l'eau descend en-dessous du plan 34, le dispositif 31 donne une alariiv et simultanément de l'eau d'alimentation -5.e chaudière est amené 6 71 44080 2117950 par la canalisation 26 en vue d'assurer un remplissage complémentaire. Dans des conditions normales d'utilisation, le niveau de l'eau ne s'abaisse pas en-dessous du plan 34.. En cas de perturbations ou de service de secours, l'eau de 5 refroidissement peut toutefois d'abaisser jusqu'au plan 35 au niveau duquel le dispositif 32 donne une autre aSrme en vue d'interrompre la coulée. Lorsque le niveau de l'eau tombe au niveau du plan 36, une alarme .générale est déclenchée par le dispositif 33. 10 l'espace sous pression 23 du réservoir d'eau de refroidissement 4 est relié par une canalisation de jonction 37 à un réservoir de réserve d'eau 38, cette canalisation de jonction 37 étant amenée jusqu'à proximité du fond dudit réservoir de réserve. Le réservoir de réserve d'eau 15 38 est rempli d'eau propre ou potable jusqu'au niveau 22. Son remplissage complémentaire est assuré par une canalisation d'amenée 39- Cette canalisation, contient une soupape 40 de réglage du niveau directement commandée (sans courant) qui est reliée cinématiquement par une tringle 41 à un 20 flotteur 42. On voit en 43 une canalisation de purge et/ou d'évacuation de l'air qui contient une soupape 44. Le réservoir de réserve d'eau 38 peut être vidé à l'aide d'une canalisation 45 comportant une soupape 46 . l'extension verticale du réservoir de réserve d'eau 38 et/ou de la 25 partie de la canalisation de jonction 37 qui se trouve à l'intérieur de ce dernier, est déterminée en fonction de la pression de gaz régnant dans l'espace sous pression 23 du réservoir 4. Pour une utilisation normale, cette pression de gaz pousse la colonne d'eau dans la canalisation de 30 jonction 37 approximativement jusqu'au plan 47 si bien que même en cas de variations de pression, une fermeture étanche au gaz de l'espace sous pression 23 est assurée; l'eau d'alimentation de chaudière dans le réservoir d'eau de refroidissement 4 ne peut donc venir au contact de l'air. Lorsque l'espace sous pression 35 23 est soumis à une surpression, par exemple en cas de formation de vapeur, la colonne d'eau dans la canalisation de jonction 37 est poussée jusqu'au niveau 48 si bien que les bulles de vapeur dans 71 44080 2117950 la colonne d'eau du réservoir de réserve d'eau 38 s'élèvent et se condensent; il ne peut donc pas se former dans l'espace sous pression 23 une pression de vapeur trop élevée. Lorsqu'au contraire, pour des raisons quelconques, par exemple en 5 cas de fuites dans le système d'eau de refroidissement et d'arrêt simultané de l'amenée d'eau d'alimentation de chaudière, il se forme une dépression dans l'espace sous pression 23, de l'eau propre ou potable est aspirée par la canalisation 37 dans le réservoir de réserve 10 d'eau 38 jusqu'à ce qu'à nouveau des conditions normales d'exploitation régnent. On a indiqué en 49, un espace libre dans le réservoir de réserve d'eau 38 dont le volume varie en fonction des variations de niveau. 15 Dans le réservoir d'eau de refroidissement 4 est monté un récipient cylindrique 50 de diamètre relativement petit qui est fermé à son extrémité inférieure par un fond 51 et ouvert à son extrémité supérieure et qui communique avec l'eau d'alimentation de chaudière. La canalisation de renvoi 3 de l'eau est menée à l'inté-20 rieur de ce récipient 50 jusqu'à proximité de son fond 51- L'eau revenant de la coquille 1 par l'intermédiaire de la canalisation de renvoi 3 ne contient aucune bulle de vapeur qui se forme sur les parois de la coquille. Lorsque l'eau de refroidissement s'élève dans la colonne d'eau se trouvant à l'intérieur du récipient 50, 25 ces bulles de vapeur sont condensées. On a représenté en 51, une canalisation d'amenée d'eau de refroidissement de secours raccordée à l'extrémité inférieure du réservoir 4 d'eau de refroidissement qui contient un clapet de refoulement 53 fermé dans les conditions 30 normales d'utilisation et qui mène à la coquille 1 par un raccordement à la canalisation d'amenée d'eau de refroidissement 2 pour l'utilisation courante. La canalisation d'amenée de l'eau de refroidissement de secours 52 entre en fonction en cas d'arrêt du courant, c'est-à-dire en cas de panne de 35 la pompe 5, le clapet de refoulement 19 se fermant automatiquement et le clapet de refoulement 53 s'ouvrant lui aussi automatiquement. On voit en 54 une canalisation de vidange ' 71 44080 2117950 comportant une soupape 55 pour le réservoir d'eau de refroidissement 4. Ce réservoir 4 doit être disposé au-dessus de la coquille 1 suffisamment haut pour que la différence de niveau H entre le plan 56 défini par la sortie de 5 l'eau de refroidissement et le plan 57 délimité par l'entrée de l'eau de refroidissement dans la coquille 1, soit au moins de 5 m, de manière en ce qu'en cas de perturbations, l'installation soit absolument prête à fonctionner el/qu'une irculation de l'eau de refroidissement naturelle s'établissent. 10 Dans les conditions normales d'utilisation, il sëtablit une circulation forcée entre le réservoir d'eau de refroidissement 4 et la coquille de coulage en continu 1, qui est créé par la pompe d'eau de refroidissement 5. l'eau de refroidissement s'écoule donc par la 15 canalisation d'amenée d'eau de refroidissement 2 pour' l'exploitation courante vers là coquille 1 et par la canalisation 3 de la coquille dans le réservoir d'eau de refroidissement 4. En cas d'arrêt du courant, c'est-à-dire en cas de panne de la pompe 5 la soupape anti-retour 19 est 2 0 fermée en raison de la chute de pression régnant dans la canalisation 2, et simultanément le clapet de refoulement 53 esb ouvert si bien que l'eau de refroidissement peut être amenée du réservoir d'eau de refroidissement 4 à la coquille 1 de coulage en continu par l'intermédiaire de la canalisation 25 52 d'amenée de l'eau de refroidissement de secours. Un tel fonctionnement de secours peut, comme le montre la pratique, être maintenu pendant au moins vingt minutes, ce qui suffit pour pouvoir couler, sans incident, la quantité d'acier qui se trouve dans une trémie non représentée disposée au-dessus 30 de la coquille. Pendant ce fonctionnement de secours, la température'de l'eau de refroidissement dans la coquille de coulage en continu passe évidemment de 30°C à environ 110°C maximum et la formation de vapeur dans la coquille est plus importante. L'eau de refroidissement bouillante ou très chaude 35 contenant les bulles de vapeur parvient alors par la canalisation de renvoi de l'eau de refroidissement 3 dans le récipient 50 dans lequel elle s'élève par effet de thermosyphon, c'est-à-dire 71 44080 2117950 par l'établissement d'un circuit naturel d'eau de refroidissement, et où elle est refroidie; les bulles de vapeur sont alors condensées. Dans la mesure où la quantité d'eau totale participant à la circulation naturelle continue 5 à être chauffée et transformée en vapeur, la pression régnant dans l'espace sous pression 23 augmente sous l'effet de la vapeur non condensée jusqu'à ce qu'enfin la colonne d'eau se trouvant dans la canalisation de jonction 37 soit rabaissée jusqu'au niveau 48 si bien qu'ensuite 10 la vapeur est condensée en eau propre ou potable de la réserve d'eau 38. Si le niveau d'eau dans le réservoir d'eau de refroidissement 4 descend trop bas, par exemple en-dessous du niveau 34, parce que 1'évaporation de l'eau de refroidissement continue en augmentant, on peut amener 15 de l'eau d'alimentation de chaudière froide, nouvelle, par la canalisation d'amenée 26 dans le système, en commandant la soupape de réglage de niveau 28 jusqu'à ce que la vapeur se condense et que la pression dans l'espace sous pression 23 revienne à sa valeur normale de 0,3 à 0,4 20 at. De cette manière, la coquille de coulage en continu 1, ne peut dégager de vapeur et être détériorée. En raison de la différence de niveau H,de la colonne d'eau dans le réservoir d'eau de refroidissement 4 et de la pression de gaz s'exerçant sur cette dernière, la pression d'eau dans la 25 canalisation d'amenée de l'eau de refroidissement de secours 52 est plus grande à l'entrée de la coquille 1 qu'à la sortie dans la canalisation 3, et l'élimination de bulles de vapeur se formant sur les parois de la coquille est simplifiée. Un autre avantage de l'installation réside dans 30 le fait que par l'utilisation d'une pression de gaa s'élevant iniquement à 0,3-0,4 at, ladite installation n'est pas soumise au règlement stricte des chaudières à vapeur. l'installation peut également être alimentée avec une pression de vapeur ce qui est toutefois d'un prix de revient 55 plus élevé et nécessite un aménagement plus compliqué pour l'exploitation. On peut évidemment raccorder plusieurs coquilles de coulage en continu à on réservoir d' eau de refroidit.sa 71 44080 10 2117950 ment commun 4. Bien entendu, l'invention n'est nullement limitée au mode décrit et représenté qui n'a été donné qu'à titre d'exemple. En particulier, elle comprend tous les moyens constituant des équivalents techniques des moyens décrits ainsi que leurs combinaisons, si celles-ci sont exécutées selon l'esprit de l'invention. 11 71 44080 2117950 -REVERDI CATIONS- 1.- Dispositif pour le refroidissement d'une coquille de coulage en continu comportant une canalisation d'amenée d'eau de refroidissement pour l'exploitation courante, par laquelle, l'eau de refroidissement est amenée au moyen 5 d'une pompe par l'intermédiaire d'un clapet de refoulement à la coquille de coulage en continu, une canalisation d'amenée d'eau de refroidissement de secours raccordée à un réservoir qui est équipée d'un clapet de refoulement fermé lors du fonctionnement de la pompe et ouvert automatiquement 10 en cas d'arrêt ou de panne de cette dernière, et comportant également une canalisation de renvoi de l'eau de refroidissement, caractérisé en ce que la canalisation d'amenée et la canalisation de renvoi pour l'eau de refroidissement servant à l'utilisation courante sont raccordées à un réservoir 15 surélevé qui est rempli, pour la majeure partie, d'eau d'alimentation de chaudière, le système d'eau de refroidissement et le réservoir surélevé étant rendis étanches vis-à-vis de l'atmosphère par un volume ou espace soumis à une surpression de gaz et/ou de vapeur, de manière à créer un coussin 20 ou- tampon de pression élastique. 2.- Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce que l'espace sous pression se trouvant à la partie supérieure du réservoir surélevé est rempli avec un gaz inerte, notamment de l'azote, et raccordé par une 25 canalisation de jonction à un réservoir de réserve d'eau qui comporte avantageusement un dispositif de réglage de niveau et une canalisation d'amenée d'eau fraîche coopérant avec ce dernier. 3.- Dispositif selon l'une des revendications 1 ou 2, 30 caractérisé en ce que le tampon ou coussin de pression peut être réglé sur une pression de 0,3 à 0,4 at. 4.- Dispositif selon l'une des revendications 1 à 3, caractérisé en ce qu'à l'intérieur du réservoir d'eau de refroidissement et dans la zone de l'eau d'alimentation de 12 71 44080 2117950 chaudière est prévu un récipient cylindrique fermé à sa partie inférieure par un fond et ouvert à sa partie supérieure, et en ce que la canalisation de renvoi de l'eau de refroidissement se termine à proximité du fond dudit 5 récipient cylindrique. 5.- Dispositif selon l'une des revendications 1 à 4, caractérisé en ce que la différence de niveau entre les points de raccordement de la canalisation d'amenée d'eau de refroidissement de secours au réservoir d 'eau de 10 refroidissement et à la coquille de coulage en continu, est d'au moins 5m. 6.- Dispositif selon l'une des revendications 2 à 5» caractérisé en ce que le réservoir d'eau de refroidissement et le réservoir de réserve d'eau sont équipés de dispositifs 1 5 de réglage de niveau ainsi que de soupapes de réglage ' de niveau montées dans les canalisations correspondantes d'arrivée d'eau. 7.- Dispositif selon l'une des revendications 1 à 6, caractérisé en ce que l'on a prévu dans la canalisation 20 d'amenée d'eau de refroidissement pour l'exploitation courante, un échangeur de chaleur.