Brevet FR2310410A1 — publié le 19761203

L'invention concerne le perfectionnement des structures des hauts fourneaux, notamment les dispositifs porteurs pour la conduite d'air chaud des hauts fourneaux. La conduite d'air chaud d'un haut fourneau sert à amener au haut fourneau l'air préchauffé dans les cowpers. La conduite d'air chaud se compose d'une portion principale connectée rigidement et hermétiquement aux cowpers par l'intermédiaire des raccords d'air chaud, et d'une portion annulaire connectée au haut fourneau par l'intermédiaire des tuyères. La conduite d'air est réalisée par des tubes d'acier soudés de grand diamètre sde 1700 à 3500 mm), avec un revêtement réfractaire à l'intérieur. D'ordinaire, la conduite d'air chaud amène au haut fourneau de l'air réchauffé jusqu'à 100000, sous une pression de 3 akesphrs .Actuellement, dans les hauts fourneaux modernes, la température moyenne de l'air chaud est portée jusqu'à 12000C, et l'on envisage méme de l'accroître jusqu a 74000C sous une pression qui atteindra5at#oepermet d'économiser le coke et, par conséquent, d'abaisser le prix de revient de la fonte élaborée. Dans la majorité des constructione connues des conduites d'air chaud, la portion principale avec les raccords constitue dans le plan horizontal un châssis rigide à 3 ou 4 travées (selon le nombre de cowpers), pour laquelle les cowpers jouent le rale de supports. Dans le plan vertical, cette structure est suspendue en plusieurs endroits, à l'aide de tringles flexibles, à des poutres porteuses dont les bouts s'appuient sur des entretoises (poutrelles), lesquelles s'appuient à leur tour sur des supports (colonnes) autonomes. Au cours de l'utilisation, surtout aux températures et aux pressions élevées de l'air chaud, aux jonctions des raccords avec la portion principale de la conduite et avec les cowpers, il apparaît un nombre important de défauts (surchauffes, déformations, fissures) dans les enveloppes métalliques de la conduite d'air et des cowpers. L'élimination des surchauffes et des fissures entre de grandes difficultés (pollution du milieu ambiant par les poussi bres et les gaz, températures élevées) et d'importantes pertes de produit par suite de troubles dans le régime de marche du haut fourneau. Ceci rend nécessaire l'élimination des principales causes auxquelles sont dues les surchauffes, les déformations et les fissures des structures. La rigidité de la conduite d'air dans le plan horizontal ne permet pas le déplacement libre de ses jonctions lors de leur chauffe. Les contraintes apparaissant auxdites jonctions entre les portions de la conduite et les cowpers, comme le montrent les calculs et les essais, dépassent la limite élastique des nuances d'acier employées pour réaliser les enveloppes desdites portions de la conduite. La construction des supports encaissant des charges verticales dues au propre poids de la conduite d'air chaud presente un inconvénient important, consistant en ce qu'au cours de l'utilisation lesdites charges peuvent être entièrement transmises aux raccords, en provoquant leur flexion. Cela provient des déplacements verticaux des cowpers auxquels, comme on l'a indiqué plus haut, les raccords sont rigidement connectés. Les déplacements verticaux des cowpers, à variations systématiques au cours de l'utilisation, sont conditionnés par la température accrue de leurs enveloppes (jusqu'à 1OOOC) et par leur régime cyclique de rBrche (air-chauffage). Les déplace..ents verticaux des poutres porteuses, auxquelles est suspendue la portion principale de la conduite d'air, dépendent de la charge appliquée sur leurs supports, ainsi que des fluctuations journalières et saisonnières de la température ambiante. La différence relative entre les déplacements verticaux des poutres porteuses et des raccords d'air chaud liés aux cowpers atteint des vaffieurs importantes (30 à 60 mm), qui dépendent de la différence entre le niveau de pose des raccords et le niveau de base des cowpers, ainsi que du procédé de fixation des cowpers à la fondation. Le poids propre de la portion principale de la conduite atteint 10 tonnes par mètre, aussi les contraintes supplémentaires dans les enveloppes dues à la flexion des raccords (charge de 100 à 200 t avec un bras de 6 à 10 m) peuvent-elles dépasser la limite élastique des nuances d'acier employées amour réaliser les enveloppes, d'où l'apparition de fissures, de surchauffes, la complication du changement des soupapes d'air chaud équipant les raccords, et la réduction de la durée de service de 1a conduite d'air. On connaît un dispositif porteur pour la conduite d'air chaud, visant la suppression dudit inconvénient (certificat d'auteur d'invention d'URSS NO 357 334 dans la classe de la classification internationale C21 9/10). Le problème est résolu à l'aide de vérins hydrauliques soutenant les bouts des poutres porteuse s et commandés par un asservissement en fonction des déplacements verticaux des raccords. On connaît aussi d'autres solutions constructives de la conduite d'aw chaud, supprimant les inconvénients indiqués. Quand la température de l'air chaud varie de 1200 à 1 4000C, de telles conduites comportent une portion principale disposée le long des cowpers (dans le plan) sur des supports j divisée en tronçons indépendants liés entre eux par des joints de dilatation sous la forme de gaines d'acier gaufrées, dans leur zone il est également prévu des jeux dans le garnissage, permettant les déplacements dus à la dilatation. Chaque tronçon est connecté par un raccord à un conter, chacun des raccords étant en plus doté d'un ou de deux joints de dilatation analogues à ceux décrits plus haut. Des conduites d'air chaud ainsi conçues sont actuellement employées par des firmes de R.F.A., du Japon et de Errance. Toutefois, il convient de noter que les solutions constructives énumérées sont compliquées et onéreuses. Ainsi, par exemple, les vérins hydrauliques et les asservissements employés impliquent un entretien permanent et des réglages fréquents. Le montage de joints de dilatation sur les raccords de vent chaud entraîne l'augmentation de la longueur des raccords, rend nécessaire le montage de supports supplémentaires sous les joints de dilatation et de recouvrements spéciaux encaissant les forces non équilibrées, apparaissant sous l'effet de la pression intérieure accrue du vent. Tout cela complique notablerent et rend plus chères les conduites d'air chaud. Le but de l'invention est de supprimer les inconvénients mentionnés. On s'est proposé de créer un dispositif porteur pour la conduite de vent chaud dans lequel la principale partie de la charge due au poids propre de la conduite serait encaissée en permanence par des poutres porteuses. La solution consiste en ce que, dans le dispositif porteur pour la conduite de vent chaud d'un haut fourneau à portion principale rigidement connectée aux cowpers à l'aide de raccords, comprenant des poutres porteuses qui s'appuient sur des supports autonomes et des suspensions dela conduite, dont les extrémités sont fixées auxdites poutres porteuses, d'après l'invention, les extrémités des suspensions sont fixées aux poutres porteuses par l'intermédiaire de ressorts précomprimés, dont l'effort de précompression est en fait égal au poids de la portion de conduite soutenue par la suspension, la valeur de la course de précompression des ressorts étant plus grande que less déplacements maximaux des raccords provoqués par les déplacements verticaux des cowpers pendant leur utilisation. Le dispositif conforme à l'invention est de conception plus simple, de prix plus bas et, en même temps, aussi efficace que les constructions connues pour compenser les déplacements verticaux des cowpers au cours de leur utilisation. L'emploi de ressorts précomprimés permet de se passer de vérins hydrauliques et de joints de dilatation sur les raccords d'air chaud. Il est à noter que le prix d'un seul vérin hydraulique ou d'un seul joint de dilatation est bien plus élevé que le prix de tous les ressorts o compression, lesquels permettent de supprimer les vérins hydrauliques ou les joints de dilatation avec les recouvrements et les supports supplémentaires aux raccords ; de plus, comparativement à ce dernier cas, la longueur totale des raccords diminue en moyenne de 12 à 15 m. La fiabilité et la longévité des ressorts simples à compression sont bien plus grandes que celles des vérins hydrauliques ou de l'organe à composants multiples qu'est chaque joint de dilatation pour tubes à garnissage de grands diamètres. Pendant l'utilisation; les ressorts à compression ne requièrent pas d'entretien. La force de levage des ressorts précomprimés décharge en permanence la jonction des raccords sur les cowpers du poids propre de la conduite d'air chaud et la yrotège contre la destruction. I,a précompression des ressorts est faite de façon que leur course de précorpression scit de 5 à 10 fois plus grande que le déplacement vertical maximal des cowpers. la force de levage des ressorts directement proportionnelle à leur course de précompression, doit être à peu près égale à lteffort théorique total sollicitant les suspensions sous l'effet du poids de la conduite d'air chaud.Dans ce cas, au cours de l'utilisation, la charge appliquée aux jonctions raccords-cowpers ne dépassera pas 10 à 20% de la charge totale due au poids de la portion principale suspendue de la conduite d'air chaud, car sa partie principale sera encaissée en permanence par les poutres porteuses, ce qui assurera un fonctionneyent fiable de la conduite. Chaque ressort à compression peut être constitué par un empilage de coupelles élastiques, logé dans un te fermé par une plaque rletallique et fixé à la membrure supérieure de la poutre porteuse, un trou de centrage débouchant étant pratiqué dans lterlpilage et l'extrémité de la suspension étant engagée à travers ce trou et fixée à ladite plaque. les autres objectifs et avantages de l'invention sont mis en évidence par la description détaillée ci-après d'un exemple de réalisation de l'invention et par des dessins annexés sur lesquels - la figure ; représente schératiquerent la vue de dessus d'un dispositif porteur poupe conduite d'air chaud, conforme à l'invention - la figure 7 représente la couve II-II suivant la figure 1 - la figure 3 représente le détail A de la figure 2 en cours de montage - figure 4 représente le détail A de la figure 2 en position de travail. la portion principale 1 de la conduite d'air chaud, amenant l'air préchauffé à un haut fourneau (non représenté sur les dessins), est rigidement et hermétiquement connectée aux cowpers 2 par des raccords 3 (figures 1, 2). La portion 1 et les raccords 3 sont constitués par des tubes soudés en acier de grand diamètre (de 1700 à 3500 mm), avec un revêtement réfractaire à l'intérieur. Chaque cowper 2 est une unité teciinologique de grand diamètre (de 6000 à 14000 mm), également constituée par une enveloppe soudée en acier et un garnissage intérieur. Les cowpers servent à préchauffer l'air allant au haut fourneau. La portion 1 est dotée de joints de dilatation 4, sous forme de gaines gaufrées en acier, hermétiquement soudées à l'enveloppe de la portion 1. Les raccords 3 sont équipés de soupapes 5 de vent chaud, qui sont assemblées hermétiquement et rigidement à l'enveloppe des raccords 3 à laide de brides et de boulons (non représentés sur les dessins). A l'aide de suspensions, constituées par des tringles flexibles 6 et une tôle 7 (figure 2) entourant la portion 1 de la conduite d'air, cette portion 1 est suspendue à des poutres porteuses @ ayant une membrure supérieure O et une membrure inférieure 10. les extrémités des tringles flexibles 6 sont filetées et reçoivent des écrous 11. Les poutres porteuses 8 sont soudées, à section en 1, en U ou on casson. selles ont des nervures 12 et s'appuient sur des entretoises soudées 13, lesquelles transmettent la charge à des supports 14, réalisés sous forme de colonnes métalliques soudées, var les membrures supérieures 9 des poutres porteuses 8, sont pontés des tubes 15, dans lesquels sont logés des ressorts à compression, constitués chacun par un empilage de coupelles élastiques 6 (figures 3 , 4) ou par des ressorts de wagons (non représentés sur les dessins). Sur chaque ressort 16 est posée une plaque métallique 17. au-dessbls de laquelle est placé un couvercle 18 protégeant le ressort 16 contre les entrées de poussières dans le tube 15. L'empilage de coupelles élastiques 16 a un trou central débouchant qui coïncide avec le trou de la poutre 8 à travers lequel passe la tringle flexible 6. L'extrémité de la tringle flexible 6 est fixée à la plaque 17 par un écrou 11. La conduite d'air chaud est d'abord montée sans garnissage. Sa position est repérée enhSar par les écrous 11, les ressorts 16 n'étant pas mis en place. Ensuite, on soude aux membrures inférieures 10 des poutres porteuses 8 et aux tringles flexibles 6 des plaques métalliques 19 (figure 3). Les soudures des plaques 19 sont calculées pour l'effort total sollicitant les tringles flexibles 6 sous l'effet du poids de la conduite. Après achèvement du montage de toutes les structures métalliques, de l'équipement et du garnissage de la conduite, on enlève les écrous 11. On place les ressorts 16 dans les tubes 15. On pose au-dessus des ressorts la plaque 17 et le couvercle 18 (figure 3). Puis, on revisse sur les extrémités des tringles 6 les écrous 11, à l'aide desquels on comprime les ressorts 16 de façon que la course de compression soit de plusieurs fois plus grande, préférentiellement de 5 à 10 fois, que la montée théorique maximale des raccords 3 provoquée par le déplacement vertical des cowpers 2 au cours de leur utilisation. La force sustentatrice des ressorts 16, qui est directement proportionnelle à la valeur de leur compression, doit alors être à peu près égale à l'effort théorique total engendré dans les tringles flexibles 6 par le poids de la conduite d'air chaud. Après mise des ressorts 16 en position prescrite, on dépose les plaques 19 (figure 4), et le poids de la conduite, qui est ailes entièrement transmis aux ressorts 16 par les tringles 6, les écrous 11, la plaque 17 et le couvercle 18, maintient les ressorts 16 dans la position prescrite. Au cours de l'utilisation, le préchauffage de l'air dans les cowpers à une température allant de 1200 à 14000C provoque un échauffement correspondant (jusqu'à 100-1500C) de l'enveloppe des cowpers 2, dont la hauteur augmente par suite de la dilatation. Les déplacements cycliques verticaux des enveloppes des cowpers 2 ont aussi lieu sous l'effet de la pression intérieure accrue de l'air (de 3 à 5 atmopi'oerles cowpers 2 chauffent l'air alternativement. la torche de levage des ressorts 16 précomprimés déchargera en permanence les jonctions des raccords 3 sur les cowpers 2. Lors des déplacements verticaux des cowpers 2, la valeur de cette force de levage s'abaissera quelque peu, par suite de la détente correspondante des ressorts 16, mais, comme leur course de précompression est de 5 à 10 fois plus grande que la moetéeaXimale admissible des raccords 3 en commun avec les cowpers 2, la charge transmise à la jonction du raccord 3 sec le cowper 2 ne dépassera pas 10 à 20i: de la charge due au poids de la conduite suspendue, ce qui lui assurera un coportement fiable. Dans certains cas il peut s'avérer nécessaire de décharger complète. ent les jonctions des raccords 3 sur les cowpers 2 du poids de la conduite d'air. Il est évident que la solution la plus simple et la plus fiable est obtenue dans ce cas aussi en employant des ressorts précomprimés 16. Dans ce cas, les ressorts 10 sont choisis de façon qu'il soit possible d'augmenter encore plus leur course de précompression comparativement au déplacement attendu des raccords 3. La force de levage des ressorts 16 s'accroîtra alors elle aussi en conséquence, et sera supérieure à l'effort sollicitant chaque suspension sous lteffet du poids de la conduite. La diminution de la course de précompression des ressorts 16, et, par conséquent, la diminutif correspondante de leur force sustentatrice, abaisse l'effet de leur emploi, car dans ce cas la jonction des raccords 3 sur les cowpers 2 sera sollicitée pendant l'utilisation par une plus grande partie de la charge due au poids de la conduite. Bien entendu, l'invention n'est nullement limitée au mode de réalisation 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, suivant son esprit et mises en oeuvre dans le cadre des revendications qui suivent. Rt ICATIONS 1. Dispositif porteur pour la conduite d'air chaud d'un haut fourneau à portion principale rigidement connectée aux cowpers à l'aide de raccords, comprenant des poutres porteuses, qui stappuient sur des supports autonomes, et des suspensions de la conduite, dont les extrémités sont fixées auxdites poutres porteuses, caractérisé en ce que les extrémités des suspensions sont fixées aux poutres porteuses (8) par l'intermédiaire de ressorts précomprimés (16), dont l'effort de précompression est en fait égal au poids de la portion de conduite soutenue par la suspension, la valeur de la course de précompression des ressorts étant multiple de celle des déplacements maximaux des raccords provoqués par les déplacements verticaux des cowpers pendant leur utilisation. 2. dispositif porteur selon la revendication 1, caractérisé en ce que chaque ressort à compression est constitué par un empilage de coupelles élastiques (16), logé dans un tube (15) fermé par une plaque métallique (17) et fixé à la membrure supérieure (9) de la poutre porteuse, un trou de centrage débouchant étant pratiqué dans I'empilage et l'extrémité de la suspension étant engagée à travers ce trou et fixée à ladite plaque (17).