Brevet FR2289612A1 — publié le 19760528

La présente invention concerne les tuyères utilisées pour introduire du "vent" chaud dans les bauts fourneaux afin d'entretenir la conbustion~du coke inclus dans la charge. Ces tuyères, disposées dans l'épaisseur des parois des hauts fourneaux, sont en contact leur extrémité avec un milieu dont la tergé- rature très élevée dépasse largement 10000 c et peut atteindre 15'K10c pour les solides et 20000c pour les gaz.Etant donné que ces tuyères sont habituellement réalisées en matériau bon conducteur, notamnent en cuivre ou alliage de cuivre, il importe quelles soient refroidies très énergiquenent pour leur permettre de résister dans un milieu dont la température est supérieure 2 celle du point de fusion du métal dont elles sont constituées. Dans ce but les tuyères comportent une double paroi à l'intérieur de laquelle on fait circuler un fluide de refroidissement pour extraire les calories apportées par le milieu environnant et maintenir en permanence la température du nétal constitutif de la tuyère au-dessous de son point de fusion.Toutefois, le refroidissement selon cette technique n'empêche pas les détériorations parfois rapides des tuyères, d1au- tant que les conditions d'exploitation se font de plus en plus sévères x-wesure que l'on cherche t améliorer le rendenent des hauts fourneaux. Or, il est bien évident, étant donné le nombre élevé des tuyères que comporte un haut fourneau, que lorsque la tenue des tuyères est faible, les temps pendant lesquels on est obligé d'arrêter le fourneau pour changer les tuyères deviennent de plus en plus prohibitifs. Le demandeur a donc essayé de trouver des solutions a ce problème du refroidissement en vue d'augmenter la durée de service des tuyères et de réduire corrélativement le temps consacré au remplacement des tuyères détériorées.Le but de l'invention est donc de fournir une tuyère présentant une durée de vie accrue par suite d'un refroidissement amélioré. A cet effet, la présente invention a pour objet une tuyère pour l'introduction du vent chaud dans un haut fourneau comportant un corps annulaire creux à double paroi, une paroi intérieure et une paroi extérieure par rapport au conduit central de passage du vent. Ce corps annulaire est solidaire d'une culasse qui est équipée de noyens pour amener et évacuer un liquide de refroidissement.L'invention se caractérise par le fait que des noyens formés en noyau de forme appropriée sont disposés a l'intérieur de l'espace annulaire habituel pour ménager un canal annulaire continu s'étendant de l'arriere 3usqutau nez de la tuyere le long de l'une des parois, puis du nez vers la culasse le long de l'autre paroi, dans lequel le liquide de refroidissement circule en une lame annulaire continue de la culasse vers le nez, puis du nez vers la culasse avant d'être évacué de la tuyère. Ine chambre d'introduction circulaire du liquide est disposée l'arrière le long d'une des parois pour forner la lame annulaire de liquide et une chambre d'évacuation également circulaire recueille la lame annulaire de liquide arrivant l'arrifre pour l'évacuer a l'extérieur du corps. Selon une caractéristique de l'invention, une boîte 9 eau de profil similaire au profil interne des parois du corps annulaire, est disposée à l'intérieur dudit espace annulaire et forme avec lesdites parois un canal annulaire étroit dans lequel le liquide de refroidissement est canalisé de l'arrière vers le nez le long d'une paroi, puis du nez vers la culasse le long de l'autre paroi, la boîte à eau est alimentée en liquide de refroidissement par un conduit traversant la culasse, la botte a eau comporte, à sa partie arrière, des orifices disposés suivant un anneau pour introduire le liquide de refroidissement dans le canal annulaire le long d'une des parois du corps annulaire et former ainsi la lame annulaire de liquide, et la culasse comporte des conduits d'évacuation pour évacuer le liquide de refroidissement ayant parcouru tout le passage annulaire étroit. Selon une autre caractéristique que peut encore comporter l'invention, un anneau ferme le canal annulaire entre la boîte à eau et la paroi du corps annulaire le long de laquelle sont disposés les orifices d'introduction annulaire du liquide de refroidissement, en arrière desdits orifices, pour canaliser le liquide de refroidissement vers le nez de la tuyère. En ce qui concerne les orifices pour le passage du liquide de refroidissement de la botte à eau versle canal annulaire, ils sont situés de préférence dans la paroi de la botte à eau disposée en regard de la paroi extérieure du corps annulaire à proximité de l'anneau métallique obturant, côté culasse, le canal annulaire. Dans un mode de réalisation l'intérieur de la botte à eau est divisé en deux compartiments par un anneau métallique percé d'orifices pour le passage du fluide de refroidissement, qui renforce la rigidité de ltensemble. L'invention sera d'ailleurs mieux comprise grâce a la description qui suit d'un mode de réalisation, donné a titre d'exemple, en regard de la planche de dessin sur laquelle la figure unique représente une vue en coupe d'une tuyère et de son système de refroidissement. La figure unique représente donc, vue en coupe, une- tuyère de haut fourneau de conception classique constituée d'une pièce de fonderie I ou corps, en alliage de cuivre, assemblée par soudure sur une culasse arrière 2 qui peut être en acier. La pièce de fonderie I que l'on désignera ci-après par le terme "buse" a une forme annulaire pour permettre le passage du vent dans le conduit central 3 ainsi formé. Le corps même de la buse 1 est creux, ce qui définit deux parois 4 et 5 fixées respectivement sur la culasse 2.Cette configuration pernet d'obtenir un espace annulaire fermé, limite par les parois 4, 5, la culasse 2 et à l'avant par le nez 6 de la tuyère, dans lequel est disposée une sorte de boite a eau également de forme annulaire, formée de deux parois 8 et 9 dont le profil est similaire è celui de l'intérieur des parois internes de la buse I. Cette enveloppe est fermée sa partie arrière par une surface métallique en forme de couronne 10. La disposition de cette botte 7 l'intérieur du corps 1 détermine un canal annulaire 11 entre les parois internes de la buse I et les parois externes de la boîte 7. ne plus, la similitude dans les profils des parois de la buse I et de la botte 7 ainsi que leurs caractéristiques dinensionnelles font que ce canal annulaire il peut être qualifié de lamellaire et que son épaisseur est régulière en tout point des parois internes de la buse. La boîte 7 est maintenue dans l'intérieur de la buse par un anneau métallique 12 emboîte sans Jeu sur la face interne de la paroi 4 de la buse et soudé sur la paroi externe 8 de la boîte 7. Cet anneau métallique 12 obture le canal li du côté de la culasse.L'intérieur de la botte 7 est wis en conruni- cation avec l'extérieur de la culasse Zpar un conduit 13 qui réunit un orifice 14, ménagé dans la culasse, à un orifice 15 ménagé dans la couronne 10 constituant la partie arrière de la botte 7. Ce conduit est extérieurenent raccordé à une source de liquide de refroidissement. th seul conduit a été représenté mais plusieurs conduits peuvent être nécessaires selon la taille des tuyères. Afin de maintenir la position de la botte 7 dans l'espace inté- rieur du corps~~ldes plots 16 sont fixés de part en part sur les parois de la boîte 7.Ces plots evitent également les vibrations qui pourraient apparat- tre par suite de la circulation du fluide. L'intérieur de la hotte à eau 7 est divisé en deux compartiments 17 et 18 par un anneau métallique 19 soudé sur les parois de ladite botte, qui renforce sa rigidité. Ces deux compartiments comnuniquent entre eux grâce des orifices 2n percés dans l'anneau 19. Enfin, le compartiment 17 est mas en comnunication avec le canal nnnnIaire 11 par des orifices 21 ménagés dans la paroi de la botte 7 en regard de la paroi extérieure 5 de la buse.Le compartinent 17 et les orifices 21 répartis tout autour constituent une chambre d'introduction du liquide qui forme une lame annulaire circulant le long de la paroi extérieure 1, du nez 6 et de la paroi intérieure 4 en un écoulement lamellaire e grande vitesse, pour aboutir a la partie arrière 22 de l'espace annulaire qui, rise en cornunication avec ltexterieur de la tuyere par des orifices 23 perces dans la culasse 2 afin d'évacuer le liquide de refroidissement, Joue le rôle de chaFhre d'éva- cuation annulaire. Les avantages de cette tuyère ressortent nettement de la description qui vient d'être donnée. On peut les récapituler de la façon suivante. Le liquide de refroidissement, habituellement de l'eau, emplit toutes les parties creuses intérieures de la buse, conme dans une tuyère classique, mais sa circulation est orientée de façon a ce qu'il soit d'abord en contact, alors qu7il est le plus froid, avec les parois de la tuyère exposées aux conditions thermiques les plus sévères, le nez de la tuyère, puis les parois les moins exposées en contact avec le vent soufflé.La présence de la boîte à eau interne forme une lame mince d'eau annulaire procurant une répartition régulière de l'eau tout autour de la section de la tuyère et permet d'obtenir des vitesses d'écoulement très élevees puisque tout le débit disponible est concentré dans cette lame dont l'épaisseur peut être choisie selon le débit disponible. En outre, il faut remarquer que tout le débit disposible circule le long des parois, donc se trouve utilisé au mieux pour l'efficacité du refroidissement, ce qui distingue avantageusement le dispositif selon l'invention de ceux, déjà connus, dans lesquels des tubes plongeurs introduisent liteau de refroidissement au voisinage du nez dans une tuyère de construction classique, sans moyens intérieurs pour canaliser l'eau en couche arinulaire, comme le prévoit la présente invention.En outre, il faut noter, égalenent en faveur de l'efficacite du du refroidissement, que la longueur droite du parcours de la lame d'eau le long de la paroi extérieure 5 permet d'obtenir une excellente homogénéité de l'ecoulement sur toute la surface du nez 6, partie la plus exposée de la tuyère, ce qui est très difficile à obtenir habituellenent. On conçoit aisément que lton obtienne de ce fait une évacuation des calories beaucoup plus efficace que lorsque lton se contente d'introduire un liquide de refroidissement dans l'interieur creux d'une buse ainsi que cela se fait habituellement, même avec des tubes plongeurs amenant l'eau froide à l'intérieur du nez. En conclusion, les excellents résultats enregistrés en ce qui concerne le refroidissement de ces tuyères et, en conséquence, leur tenue améliorée, snnt des - l'a~tion conjuguée d'un écoulement lamellaire à grande vitesse du fluide de refroidissement et d'une circulation orientée et forcée de ce dernier des surfaces les plus chaudes vers les surfaces les moins chaudes. Ces tuyères s'appliquent particulièrement bien à l'introduction du vent dans les hauts fourneaux mais elles peuvent également s'appliquer à d'autres secteurs techniques imposant les mêmes exigences. REVENDICATIONS 1. Tuyère pour l'introduction de vent chaud dans un haut fourneau1 cor portant - un corps annulaire creux a double paroi - une paroi extérieure et une paroi intérieure - définissant un conduit central pour le vent chaud et un espace annulaire limité par les deux parois oui se rejoignent vers l'avant pour former le nez de la tuyère, - et des moyens pour amener tin liquide de refroidissement a circuler dans ledit espace annulaire, caractérisée en ce qu'elle comporte - les noyens disposés à l'intérieur de l'espace annulaire pour canaliser le liquide en une lame annulaire continue circulant de la culasse vers l'avant le long de l'une des parois, puis le long du nez pour retourner vers la culasse d'avant en arrière le long de l'autre paroi, - une chaMbre d'introduction annulaire du liquide disposée à l'arrière le long. d'une des parois pour forner la lame annulaire de liquide, - et une chantre d'evacuation pour recueillir la lame annulaire de liquide arrivant à l'arrière de l'autre paroi et l'évacuer à l'extérieur du corps. 2. Tuyère pour 1'introduction de vent chaud dans un haut fourneau selon la revendication I, caractérisée en ce que - une boîte à eau, dont le profil est sinilaire au profil interne des parois du corps annulaire, est disposée à l'intérieur dudit espace annulaire et forne avec lesdites parois un canal annulaire croit dans lequel le liquide de refroidissement est canalisé de l'arrière vers le nez le long d'une paroi, puis du nez vers la culasse le long de l'autre paroi, - la botte à eau est alimentée en liquide de refroidissement par un conduit traversant la culasse, - la hoîte à eau comporte à sa partie arrière des orifices disposes suivant un anneau pour introduire le liquide de refroidissement dans le canal annulaire le long d'une des parois du corps annulaire et former ainsi la lame annulaire du liquide, - et la culasse comporte des conduits d'évacuation pour évacuer le liquide de refroidisserent ayant parcouru tout le passage annulaire étroit. 3. Tuyère selon la revendication 2, caractérisée par la présence d'tin anneau ferrant le canal annulaire entre la boîte à eau et la paroi titi corps annulaire le long de laquelle sont disposés les orifices d'introduction annulaire du liquide de refroidisserent, en arrière desclits orifices, pour canaliser le liquide cie refroidissement vers le nez dc la tuyère.