Brevet FR2279050A1 — publié le 19760213

L'invention concerne la métallurgie, notamment les dispositifs pour le refroidissement par vaporisation des unités métallurgiques. Telle peut être appliquée, par exemple, au refroidissement de l'enveloppe et d'atres parties chauffées des hauts fourneaux, des soupapes des réchauffeurs de vent pour les hauts fourneaux, etc... On connatt bien un dispositif pour le refroidissement par vaporisation des parties chauffées d'une unité métallurgique au moyen d'un circuit fermé à circulation naturelle d'eau de refroidissement. Ce dispositif connu comprend un collecteur d'eau et des refroidisseurs montés sur les portions à refroidir. Chacun des refroidisseurs est raccordé au collecteur par une conduite individuelle d'amenée d'eau de refroidissement. Chaque refroidisseur possède en outre une conduite individuelle pour l'évacuation du mélange vapeur-eau résultant de l'absorption du flux thermique par le refroidisseur. Cette conduite véhicul@e le mélange vapeaseau jusqu'à un collecteur qui est raccordé d un bac-spérateur. Le bac-séparateur est prévu pour séparer la vapeur de l'eau et contenir une réserve d'eau de refroidissement. L'eau séparée de la vapeur dans le bas-séparateur revient au collecteur d'eau. Pour compenser les pertes d'eau du circuit fermé, une certaine quantité d'eau d'appoint est admise périodiquement au bac-séparateur. Un inconvénient du dispositif connu qui vient d'être décrit consiste en ce que, du fait de l'arrivée, dans le collecteur d'évacuation commun, d'un mélange vapeur-eau provenant de refroidisseursd charges thermiques différentes, et par conséquent, traversés par des débits d'eau différents, le régime de circulation de l'eau dans le circuit devient pulsatoire. Ceci abaisse la fiabilité du refroidissement par suite de l'apparition de coups de bélier et de vibrations dans les refroidisseurs. 'En Outre, la circulation en régime pulsatoire provoque une monté brusque du niveau de l'eau dans le bacséparateur, résultant de l'éjection a 'une grande quantité d'eau à partir du collecteur d'évacuation, et l'humidification de la vapeur. Ceci est dû au fait que la montée du niveau de l'eau dans le ba@-séparateur réduit la hauteur du volume de vapeur et crée des conditions pour l1entranerent de gcuttes d'eau llut grosse par la vapeur. Il s'ensuit un @ccroissement de la eonsornmatlon d'eau de refroidissement et d'énergIe électrique pour l'amenée de et eau par les pompes. Un autre inconvénient du dispositif connu réside dans la grande quantité de métal à mettre en oeuvre pour réaliser les canalisations et dans la charge statique concentrée du bac-séparateur avec l'eau et le calorifugeage, impliquant des structures porteuses puissantes fixées à une grande hauteur sur l'unité. Le but de l'invention est de supprimer les inconvénients énumérés ci-dessus. On su est donc proposé de réaliser les raccordements des éléments évacuant le mélange vapeur-eau des refroidisseurs dans le circuit fermé à circulation naturelle, de telle façon que la probabilité d'apparition de coups de bélier dans les refroidisseurs soit diminuée. la solution consiste en ce que, dans un dispositif pour le fefroidissement par vaporisation des parties chauffées d'une unité métallurgique, constitué par un circuit fermé à circulation naturelle, d'après l'invention chaque refroidisseur comporte un séparateur de vapeur individuel, raccordé à la conduite correspondante d'avacuation du mélange vapeur-eau et mis en communication avec le volume de vapeur dudit collecteur d'eau, les sorties de vapeur de tous les séparateurs de vapeur individuels étant raccordées par une conduite commune. Une telle réalisation constructive permet, rrace à l'installation pour chaque refroidisseur d'un séparateur de vapeur individuel raccordé à la conduite de mélange vapeur-eau et mis en communication avec le collecteur d'eau du côté de son volume de vapeur, de diminuer notablement les coups de bélier et les vibrations dans les refroidisseurs, d'atténuer le régime pulsatoire de circulation de l'eau dans le circuit, d'augmenter la fiabilité du refroidissement, d'améliorer la qualité de la vapeur et de réduire la quantité de métal à mettre en oeuvre pour réaliser les canalisations, ainsi que les délais de mise en service u dispositif. D'après L'invention, 1 collecteur 'eau p-ut être partagé en compartiments séparés, dont le nombre est gal au nombre de refroidisseurs,ces compartiments étant couplés entre eux séparément pour la vapeur et pour l'eau. Ceci permet de réaliser le montage de chaque refroidisseur sur l'unité en marche sans nécessiter son arrêt. Plus bas est décrit un exemple concret muais non limitatif de réalisation de l'invention, avec références aux dessins annexés, dans lesquels - la figure 1 représente schématiquement un dispositif de refroidissement d'un haut fourneau par vaporisation, conforme à l'invention (vue de côté) - la figure 2 représente une vue suivant la Riche -de la figure 1 - la figure 3 représente les circuits ferrés à circulation naturelle de l'eau d'un dispositif conforme à l'invention, dans lequel le collecteur est partagé en compartiments séparés. Le dispositif pour le refroidissement par vaporisation comprend des plaques de refroidissement | (figure 1) en fonte, placées entre l'enveloppe 2 et la maronnerie 3 suivant le périmètre et la hauteur du haut fourneau. Les plaques 1 absorbent la chaleur dégagée pendant l'élaboration de la fonte, aussi doivent-ellesêtre refroidies en permanence. A cet effet, dans lesplaques de refroidissement 1 sont logés et rigidement fixés des serpentins tubulaires 4 (figure 2) associés en série entre eux suivant la verticale par des tubes de raccordement 5. Une rangée verticale complète de plaque 5 de refroidissement associées entre elles constitue un refro dlsseur 6. Les serpentins tubulaIres 4 de la première plaque de refroidissement des refroidisseurs 6, dans le sens de circulation de eau de reçrcidissement, scnt raccordés à la conduite 7 d'amenée d'eau de refroidissement (figures 1,2), laquelle est raccordée au collecteur d'eau 8. Les serpentins 4 de la dernière plaque de refroidissement 1 des réfrigérants 6, dans le sens de circulation de l'eau de refroidissement, sont raccordés à la conduite 9.Cette conduite évacue le mélange vapeur-eau se formant par suite de l'absorption du flux thermique par le refroidisseur 6, et est raccordée au séparateur de vapeur 10. La partie inférieure du séparateur de vapeur 10 est mise en communication avec le volume de vapeur du collecteur 8. Le collecteur 8; la conduite 7 amenant l'eau de refroidissement, le refroidisseur 6, la conduite 9 évacuant le mélange vapeur-eau et le séparateur de vapeur 10 constituent un- circuit fermé à circulation naturelle de l'eau de refroidissement. le nombre de tels circuits dans le dispositif correspond au nombre de refro-idisseurs 6 et, par conséquent, chaque refroidisseur comporte un séparateur de vapeur individuel. Les sorties de vapeur de tous les séparateurs de vapeur 10 individuels sont raccordées par une conduite commune 11. L'eau de refroidissement, refoulée par la centrale de pompage de l'installation de dégage, arrive au collecteur 8 par deux donduites 12, à travers des régulateurs 13 de niveau d'eau, servant à maintenir l'eau à un niveau constant dans le collecteur d'eau 8. Pour la sécurité des réparations et des travaux prévantifs, il est prévu une conduite 14 d'eau technique, à paroir de laquelle l'eau est admise au circuit de refroidissement à l'aide de robinets à trois voies 15. Ces robinets permettent de lasser du refroidissement par vaporisation au refroidissement par eau courante et sont montés sur chaque conduite d'amenée 7 et sur chaque conduite d'évacuation 9;'Les robinets à trois voies 15 montés sur les conduites d'évacuation 9 sont raccordés au réseau des eaux résiduaires par une conduite 16. Des robinets 17 sont prévus pour le drainage aux points bas des conduites d'amenée 6. Pour permettre le montage successif et rendre les refroidisseurs 6 indépendants les uns des autres, le collecteur d'eau 8 (figure 3) peut être partagé en compartiments séparés, dont le nombre est égal au nombre de refroidisseurs 6 sur l'unité. Ces compartiments sont couplés entre eux par des conduites 18 et 19, séparément pour la vapeur et pour l'eau, des robinets 20 et 21 étant respectivement montés sur ces conduites. Chaque compartiment du collecteur 8 est alors alimenté individuellement en eau épurée chimiquement. Le dispositif fonctionne de la façon suivante. Avant la mise en service, on lave les circuits du dispositif en y faisant circuler de l'eau courante, afin ie les débarrasser des salissures et des corps étrangers éventuels. A cet effet, on met les robinets à trois voies 15 des conduites 7 et 9 dans une position telle que l'eau technique venant de la conduite 14 soit admise dans le circuit de circulation par la conduite 7, et qu'après avoir parcouru le circuit elle puisse s'en aller librement de la conduite 9 au reseau des eaux résiduaires par la conduite 16. Ensuite, on met le robinet à trois voies 15 de la conduite d'amenée 7 en position d'interruption de l'admission d'eau technique aux circuits de circulation, on ouvre les régulateurs de niveau 13 et les robinets 17 de drainage aux points bas de la conduite d'amenée 7, et l'on admet l'eau épurée chimiquement et dégazée pour laver le collecteur d'eau 8. Après achèvement du lavage on met les robinets d'isolement et réglage 75, 17 dans une position telle qu'ils assurent le refroidissement par vaporisation sans fuite de l'eau de refroidissement. Avant la mise en service, on remplit le dispositif de refroidissement par vaporisation avec deleeau épurée chimiquement, fournie par la centrale de pompage de l'installation de dégazage. Pour cela, le robinet 17 de drainage aux points bas doit être fermé, et les robinets à trois voies 15 doivent mètre mis dans une position telle qu'ils permettent la circulation libre de l'eau dans les circuits et excluent les fuites d'eau ou les entrées d'eau technique dans les circuits. Le remplissage en eau du dispositif s'effectue à travers le collecteur d'eau 8, à partir des conduites 12, jusqu'à niveau devant être maintenu constant parle régulateur de niveau 13. Quand le flux thermique arrive aux plaques de refroidissement 1, l'eau se trouvant danssles serpentins tubulaires 4 s'échauffe. Par suite du chauffage, le poids spécifique de l'eau change. La différence apparue entre les poids spécifiques de l'eau dans la conduite d'amenée 7 et les serpentins tubulaires 4 provoque la circulation de l'eau. C'est ainsi que l'on obtient la circulation naturelle de l'eau. Le mélange vapeur-eau, plus léger, est refoulé par l'eau venant de la conduite d'amenée 6, et la conduite d'évacua- tion 9 la transmet au séparateur de vapeur 10, lequel est en communication avec le volume de vapeur du collecteur d'eau 8. Dans le séparateur de vapeur 10, la vapeur est séparée de l'eau. La vapeur est évacuée par la conduite 11, tandis que l'eau descend dans le volume d'eau du collecteur 8 et retourne aux circuits de circulation du refroidisseur 6. La compensation de l'eau évaporée s' effectue par admission d'eau épurée chimiquetrent à partir de la conduite 12, en ouvrant le régulateur de niveau 13. Afin de respecter les consignes de sécurité, lors de l'exécution de réparations ou de travaux préventifs, on ûit passer le dispositif au refroidissement par eau courante. A cet effet, la pression dans le collecteur d'eau 8 étant égalisée avec la pression atmosphérique, on met les robinets à trois voies 15 dans une position telle qu'ils admettent l'eau technique de la conduite 14 à la conduite d'amenée 7 et lui permettent de sortir librement de la conduite d'évacuation 9 pour aller au réseau d'eau résiduaire par la conduite 16, tout en excluant l'entrée de l'eau épurée chimiquement Èi partir du collecteur d'eau 8. L'invention permet, grâce à l'installation pour chaque refroidisseur d'un séparateur de vapeur individuel raccordé à la conduite évacuant le mange vapeur-eau et mis en communication avec le volume de vapeur du collecteur d'eau, d'assurer la circulation de l'eau de refroidissement à un régime stable et, par cela-même, d'augmenter la fiabilité du refroidissement de l'unité, d'améliorer la qualité de la vapeur, de réduire la quantité de métal à mettre en oeuvre pour réaliser les canalisations et de réduire les délais de mise en service du dispositif. Le partage du collecteur d'eau en compartiments séparés rend possible le montage successif du dispositif de refroidissement par vaporisation et assure le fonctionnement indépendant des refroidisseurs. Bien entendu, l'invention n'est nullement limitée au mode de réalisation décrit et représenté qui n'a été donnés qu'à titre d'exemple. En particulier, elle comprend tous les moyens constituants des équivalents techniques des moyens décrits ainsi que leurs combinaisons, si celles-ci sont exécutées suivant son esprit et mises en oeuvre dans le cadre des revendications qui suivent. REVENDICATIONS 1. Dispositif pour le refroidissement par vaporisation des parties chauffées d'une unité métallurgique, constitué par un circuit fermé de circulation naturelle d'eau de refroidissement comprenant un collecteur d'eau de refroidissement raccordé à chacun des refroidisseurs de l'unité métallurgique par une conduite d'amenée d'eau de refroidissement, ainsi que des conduites d'évacuation du mélange vapeur-eau de chacun des refroidisseurs, caractérisé en ce que chaque refroidisseur comporte un séparateur de vapeur individuel raccordé à la conduite correspondante d'évacuation du mélange vapeur-eau et mis en communication avec le volume de vapeur dudit collecteur d'eau, les sorties de vapeur de tous les séparateurs de vapeur individuels tant raccordées entre elles par une conduite communie. 2. Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce que le collecteur d'eau est partagé en compartiments séparés, dont le nombre est égal au nombre de refroidisseurs, ces compartiments étant couplés entre eux pour la sapeur et pour l'eau séparément.