Brevet FR2343212A1 — publié le 19770930

La présente invention concerne une tuyère à double chambre de refroidissement pour des fours à cuve, en particulier des hauts fourneaux. Les tuyères servant à introduire du vent chaud seul ou bien un mélange de vent chaud4'hydrocarbures, d'oxygène et de vapeur d'eau dans un four à cuve sont exposées, et cela surtout à leurs parties frontales pénétrant librement et sans protection particulière dans l'intérieur du four, à des sollicitations thermiques et mécaniques considérables. C'est pourquoi on a déjà tenté, d'une part, de réduire l'usurpe des tuyeres en améliorant leur refroidissement, et, d'autre part,d'assurer leur fonctionnement même dans le cas d'un endommagement majeur, afin de pouvoir retarder leur démontage jusqu'à l'arrêt programmé du four, sans qu'il se produise des fuites d'eau vers l'intérieur du four. Ces efforts d'amélioration ont abouti à la construction de la tuyère à chambre double. Cette exécution comprend,en plus de la chambre principale usuelle à refroidissement par eau, une chambre annulaire supplémentaire disposée à la partie la plus sollicitée de la tuyère, à savoir sa partie frontale ou son nez Cette chambre annulaire est dotée d'une tuyauterie indépendante étanche pour l'amenée et l'évacuation de l'eau de refroidissement. Ceci permet de couper l'eau de refroidissement vers la chambre frontale dans le cas d'un endommagement du nez de la tuyère et de remettre le remplacement de celle-ci, grâce au système de refroidissement de la chambre principale continuant à fonction ner, jusqu'au premier arrt programmé du four. Les tuyères à double chambre forgées qui, compte tenu de la présence de deux chambres séparées, ne peuvent bien entendu pas être réalisées d'une seule piece, comme cela est par exemple le cas pour les tuyères coulées, sont normalement réalisées par le soudage d'une chambre annulaire frontale sur une chambre principale postérieure existante. Les deux joints de soudure circulaire se trouvent par conséquent, étant donné leur emplacement- entre les chambres refroidies séparément et sollicitées par des contraintes internes différentes, à un endroit très critique du nez de tuyère.En plus, la soudure à l'intérieur du nez est, par suite de son contact avec le vent chaud et ses additifs, par le rayonnement thermique direct de l'intérieur du four, ainsi que par une pénétration éventuelle de laitier ou de fonte brute à l'intérieur de la tuyère lors d'une marche irréguliere du four, exposée à des sollicitations différentes et de loin supérieures à celles de la soudure extérieure, ce qui met bien en lumière les faiblesses de cette conception d'apres l'état de la technique.Abstraction faite de défectuosités éventuelles du joint de soudure lors de la fabrication pouvant être déterminant pour un endommagement ultérieur, c'est surtout à cause de la faiblesse conceptionnelle de ces joints de soudure qu'une amélioration notable de la longévité des tuyeres à chambre double n'ait pu être réslisée jusqu'à l'heure actuelle. Le but de la présente invention est de concevoir une tuyère de construction simple et peu coûteuse et présentant des qualités de robustesse optimales alliant ainsi les insuffisances des tuyères à chambre double soudées selon 11 état de la technique. Pour atteindre l'objectif qu'elle s' est fixé, l'invention prévoit une tuyère à double chambre de refroidissement, comprenant une chambre frontale antérieure séparée d'une chambre principale postérieure par une paroi de cloisonnement, ainsi que des conduits d'eau de refroidissement pour ces deux chambres frontale et principale, caractérisée en ce qu'une tubulure intérieure de la tuyère forme,. avec le nez de cette derniere se prolongeant à l'extérieur jusqu'au-delà de l'emplacement de la paroi de cloisonnement, une pièce monolitique de cuivre électrolytique à conductivité maximale sans joint de soudure , en- ce que la paroi de cloisonnement formant support pour les conduits d'eau de refroidissement pour la chambre frontale ett soudée dans la piece monolitique, en ce qu'une paroi extérieure est soudée sur le prolongement. extérieur du nez de tuyère et en ce que la chambre de refroidissement principale postérieure est coiffée par un couvercle de tuyère soudé sur la tubulure intérieure et la paroi latérale de la tuyère. Cette exécution présente l'avantage qu'il n'y a pas d'obstruction à 1' écoulement thermique dans la zone de la paroi de cloisonnement entre les deux chambres. La paroi latérale prévue entre la partie du nez se prolongeant à l'extérieur de la tuyère et le couvercle de tuyère est forgée de cuivre électrolytique laminé à conductivité maximale et soudé sur la partie monolitique. Le boîtier ainsi assemblé de la tuyère est fixé au couvercle ou bien par soudure ou bien par brasage. La paroi de cloisonnement entre les chambres frontale et principale forme support pour les conduits d'eau de refroidissement de la chambre frontale et est soudée, avec du cuivre à conductivité élevée, à l'intérieur du nez de la tuyère. Les conduits d'alimentation en eau de refroidissement vers les chambres frontale et principale sont également soudés ou brasés de façon étanche, aussi bien par rapport à la chambre pr-inci- pale que vers l'extérieur, dans le couvercle de tuyère. Une tuyère à chambre double ainsi conçue presente en particulier des avantages prolongeant sa longévité. D'une part, il n'y a plus de joint de soudure sur toute l'étendue de la tubulure intérieure de la tuyère, tubulure exposée par suite des conditions de fonctionnement variables, déjà mentionnées, du haut fourneau, à de fortes sollicitations fluctuantes d'ordre mécanique et thermique, de sorte que les dangers d'endammagement dus à une variation locale de la conductivité thermique au joint de soudure sont éliminés. D'autre part, le joint de soudure à la paroi de refroidissement extérieure est reculé suffisamment loin vers l'arrière qu'il est, ou bien caché par des dépots se formant toujours à l'intérieur du revêtement réfractaire- du four,ou bien qu'il se trouve de toute façon à une distance plus grande et à l'angle le plus favorable par rapport à la direction de rayonnement de l'intérieur du four vers l'extérieur. -Ce joint de soudure se trouve-par ailleurs également en dehors de la zone des sollicitations méeaniques maximales, c'est-à-dire de la pointe du nez de tuyère se trouvant en contact direct avec les pièces de coke tburbillonnant-devant la tuyère. L'invention sera mieux comprise à la lecture d'un mode de réalisation décrit en référence aux figures annexées, dans lesquelles: la figure 1 montre la coupe longitudinale selon la ligne AB (figure 2) d'une tuyère à chambre double pour hauts fourneaux; la figure 2 montre une vue en plan en direction du couvercle de tuyère vers l'intérieur du four. La tuyère représentée comprend une chambre frontale 1 orientée vers l'intérieur du four ét une chambre principale postérieure 2 séparée par la chambre frontale 1 par une paroi de cloisonnement 3, la chambre principale postérieure étant fermée vers l'extérieur du four par un couvercle de tuyère 4. Le débit d'eau vers la chambre principale 2 a lieu à travers des perforations 21 dans le couvercle de tuyère 4, ces perforations prouvant, le cas échéant, être complétées par des tubes plongeurs, tandis qu'une seconde perforation 22 sert comme ouverture d'écoulement. La direction du flux de l'eau de refroidissement dans cette chambre peut être influencée par des tôles guides 23 disposées à l'intérieur de la chambre. On peut prévoir, entre les deux forures 21,normalement orientées vers le bas après l'introduction de la tuyère dans le haut fourreau, une ouverture de nettoyage 24 supplémentaire pour autant que le refroidissement se fasse avec de l'eau non nettoyée. Le système de circulation d'eau de refroidissement de la chambre frontale 1 comprend le conduit d'amenée 11, le conduit d'écoulement 12 et une paroi de séparation 13. Cette disposition est tres favorable du point de vue pertes de pression5 minimales et, partant, vitesses de circulation maximales de l'eau de refroidissement. toute la partie antérieure du boîtier de tuyère est seulement constituée par deux éléments forgés N et i1, interconnectés par un joint de soudure 15 à conductivité élevée. L'élément monolitique N se trouve dans la zone de sollicitation maximale, l'élément M dans une zone de sollicitation moindre. La tubulure intérieure de 1' élément N a normalement une longueur L jusqu'à 500 mm et la partie du nez se prolongeant à l'extérieur une longueur de 150 à 200 ma. La paroi de cloisonnement 3 est fixée, de manière étanche, à l'intérieur de l'élément N par un soudage à enveloppe de gaz et au moyen de cuivre à conductivité élevée à une distance de la pointe du nez de tuyère dépendant de la pression et de la quantité de l'eau de refroidissement. I)ans le mode d'exécution montré, cette paroi de cloisonnement 3 est dotée d'une tôle de séparation 13 disposée entre les deux conduits 11 et 12 et perpendiculairement à la direction de circulation de 1'eau de refroidissement et servant à donner au flux hydraulique la direction appropriée. La paroi extérieure M de la tuyère est soudée, à l'aide d'un joint de soudage 15 au cuivre à conductivité élevée, à l'élément monolitique N du nez de tuyère, ces deux éléments formant ainsi la plus grande partie de la chambre principale 2. Le boîtier de tuyère en cuivre forgé de conductivité maximale ainsi assemblé est soudé ou brasé sur le couvercle 4. Les conduits de circulation d'eau de refroidissement 11 et 12 de la chambre frontale I sont soudés ou brasés de manière étanche dans le couvercle 4. Revendications ==================~====~ == 1. Tuyère à double chambre de refroidissement, compre- -' nant une chambre frontale antérieure séparée d'une chambre principale postérieure par une paroi de cloisonnement, ainsi que des conduits d'eau de refroidissement pour ces deux chambres frontale et principale, caractérisée en ce qu'une tubulure intérieure de la tuyère forme, avec le nez de cette dernière se prolongeant à l'extérieur jusqu'au delà de l'emplacement de la paroi de cloisonnement, une seule pièce monolitique en cuivre électrolytique à conductivité maximale sans noints-de soudure, en ce que la paroi de.cloisonnement formant support pour les conduits d'eau de refroidissement pour la chambre fron tale est soudée dans la pièce monolitique, en ce qu'une paroi ex térieure est soudée sur le prolongement extérieur du nez de tuyère et en ce que la chambre de refroidissement principale postérieure est coiffé-e par un couvercle de tuyère soudé sur la tubulure intérieure et la paroi latérale de la tuyère. 2. Tuyère à double chambre de refroidissement selon la revendication 1, caractérisée en ce que la paroi de cloisonnement et la paroi latérale sont soudées avec la pièce monolitique moyennant un joint de soudure en cuivre à conductivité élevée. 3. Tuyère à double chambre de refroidissement selon l'une quelconque des revendications 1 ou 2, caractérisée en ce que les conduits d'eau de refroidissement pour la chambre frontale sont soudés, de manière étanche, à la paroi de cloi sonnement avec du cuivre à conductivité élevée. 4. Tuyère à double chambre de refroidissement selon l'une quelconque des revendications 1 à 3, caractérisée en ce que les conduits d'eau de refroidissement pour la chambre frontale ainsi que ceux pour la chambre principale sont soudés ou brasés, de manière étanche, aussi bien par rapport à la chambre principale que vers l'extérieur, dans le couvercle de tuyère. 5. Tuyère à double chambre de refroidissement selon l'une- quelconque des revendications 1 à 4, caractérisée en ce que pour l'orientation du courant d'eau il est prévu une paroi de séparation dans la chambre frontale et/ou des tôles guides dans la chambre principale.