Brevet FR2356105A1 — publié le 19780120

Certaines régions du revetement des fours métallurgiques, par exemple la partie qui est en contact avec le laitier, sont particulièrement sujettes à une forte usure. Il est connu, que le refroidissement du matériau de revetement dans ces régions a pour effet de prolonger la durée de vie decelui-ci. On obtient la meilleure protection du revetement lorsque le refroidissement est suffisamment intense pour qu'il se forme une couche de laitier congelé à l'intérieur du revetement. On a utilisé jusqu1d présent comme dispositif de refroidissement des boîtes dites de réfrigération refroidies par eau et disposées à l'intérieur ou derrière le revetement. Une difficulté consiste à obtenir un bon contact entre le revetement et les boîtes ce qui limite beaucoup l'efficacité de ces boîtes de réfrigération. De plus, leur efficacité est limitée pour des raisons de sécurité car elles ne doivent pas etre utilisées au-dessous du niveau de la masse en fusion à cause du risque d'explosion. En effet, l'eau de refroidissement qui est sous pression peut,en cas de rupture, pénétrer dans la masse en fusion et provoquer de fortes explosions. La présente invention concerne un procédé et un dispositif permettant de refroidir efficacement le revetement dans les régions particuliérement exposées des fours métallurgiques au moyen des circuits de refroidissement installés dans le revêtement. Le procédé suivant l'invention consiste à refroidir le revêtement au moyen d'un gaz chargé de gouttelettes d'eau et qui circule à grandes vitesse dans les circuits de réfrigération. Le dispositif conforme à l'invention consiste en une installation de réfrigération comprenant une pompe pour faire circuler le gaz dans l'installation et un dispositif pour alimenter le gaz avec de l'eau finement divisée. La réfrigération conforme à l'invention peut être avantageusement utilisée également au-dessous du niveau de la masse en fusion. Le refroidissement peut être effectué au moyen d'éléments de refroidissement métallique incorporés avec un bon contact dans des espacements ménagés entre les blocs de céramique formant le revêtement du four. La chaleur qui est transmise depuis le revetement est évacuée de ces éléments de refroidissement métalliques au moyen de serpentins réfrigérants montés dans ces éléments et dans lesquels un gaz chargé de gouttelettes d'eau circule à grande vitesse. Le revetement des fours métallurgiques est généralement constitué par un matériau rdfractaire, par exemple des blocs de céramique en dolomite frittée ou fondue, en magnésite ou en oxyde d'aluminium. Afin de faire adhérer le laitier congelé à la surface intérieure du revetement, la conductivité thermique de celui-ci doit être suffisamment élevée, et dans ce but on a trouvé que les blocs en oxyde d'aluminium ou de magnésium étaient appropriés. Les éléments de réfrigération sont convenablement placés dans des évidements ménagés dans les joints horizontaux entre les blocs de revetement, ces évidements étant conformés pour assurer un bon contact.Le poids de la partie de revêtement située au-dessus de ces blocs ou une pression produite par tout autre moyen procure un bon contact entre les éléments de réfrigération et le revêtement en assurant toujours de cette façon une bonne transmission de chaleur entre les éléments réfrigérants et le revêtement. Les éléments de réfrigération sont convenablement réalisés en fonte tandis que le matériau des serpentins de réfrigération noyés dans ses éléments est en acier ou en alliage d'acier. Le gaz-véhicule qui transporte les gouttelettes d'eau à travers les serpentins de réfrigération est constitué par exemple par l'air, l'azote ou un autre gaz n'ayant pas d'effet corrosif sur l'installation de réfrigération. Il en résulte la formation d'une fine pellicule d'eau d l'intérieur du serpentin, pellicule qui est entraînoepar le gaz-véhicule. La quantité d'eau dans le gaz est réglée de façon qu'environ la moitié de l'eau soit transformée en vapeur pendant son entraînement le long du serpentin, ce qui a pour effet un refroidissement efficace. De préférence la quantité d'eau finement divisée qui est contenue dans le gaz est comprise entre 10 et50t du poids du gaz, et la vitesse du courant est d'environ 10 à 100 m/s. En produisant d'une façon appropriée une dépression regrée dans les serpentins, on empêche le gaz-véhicule et liteau de pénétrer en cas de rupture dans le four. Il en résulte que le refroidissement conforme à l'invention peut être avantageusement utilisé également au-dessous du niveau de la masse en fusion. Il est nécessaire d'empêcher la formation d'incrustationsdans les serpentins tubulaires afin d'assurer en permanence un bon transfert de chaleur. On obtient convenablement ce résultat en alimentant le gaz-véhicule avec de l'eau très pure (désionisée) et qui est recirculée de la même façon que le gazvéhicule. Les gouttelettes d'eau sont produites par un dispositif pulvérisateur approprié, par exemple un éjecteur. Le recyclage de l'eau est obtenue par condensation de la vapeur formée dans un refroidisseur. A titre d'exemple on a décrit ci-dessous et représenté au dessin annexé deux formes de réalisation du dispositif suivant l'invention. La figure 1 est une vue partielle en coupeélévation d'un four métallurgique muni d'une installation de réfrigération suivant l'invention. La figure 2 représente un détail d'un dispositif pour assurer un bon transfert de chaleur entre le serpentin de rb- frigération et les blocs réfractaires du four. Dans la figure 1 un four métallurgique I contient une couche de laitier 2 à la surface du métal en fusion 3. Le revêtement 4 du four présente une région 6 située à l'intérieur d'un isolant thermique 5 et refroidie conformément à l'invention. Cette région comporte des unités de refroidissement 7 qui sont constituées chacune par un élément métallique de refroidissement intérieur 8, par exemple en fonte, avec un serpentin réfrigérant noyé 9 ainsi que des blocs céramiques supérieur et inférieur 10 et ll qui sont en contact avec la face supérieure, la face inférieure et la face frontale de l'élément réfrigérant. Afin d'assurer un bon contact entre l'élément réfrigérant 8 et les blocs 10, 11, les surfaces de contact sont rendues lisses par le même traitement de finition. Afin d'améliorer encore le contact, les surfaces en contact sont de préférence enduites avant le montage avec une suspension légère de graphite à grains très fins. Une région de revêtement réfrigérée conformément à l'invention est constituée par des éléments de refroidissement semblable 7 qui sont empilés verticalement les uns au-dessus des autres jusqu'à la hauteur voulue. Un nombre convenable de piles ainsi réalisées sont disposées les unes à côté des autres en direction horizontale. La surface de la paroi au-dessus des éléments réfrigérants 7 est constituée par des blocs de revêtement 12 ayant la même largeur que les élément de refroidissement et empilés verticalement au-dessus de ces derniers.De cette façon chaque unité de refroidissement est appliquée contre l'unité voisine par le poids de Sa plie de blocs revetement située au-dessus, de sorte qu'un bon contact est obtenu entre llélément réfrigérant 8 et les blocs 10, ll et qu'un bon transfert de chaleur est assuré entre eux. De cette façon on obtient un refroidissement suffisant pour qu'rye couche 13 de laitier congelé se forme sur la face interne de la paroi du four. Le long de serpentin de refroidissement 9 circule un gaz qui est chargé de gouttelettes d'eau obtenues par des dispositifs de pulvérisation convenables 14, par exemple constitués par des éjecteurs. Dans ces éjecteurs l'eau est finement divisée à l'aide d'un gaz provenant d'un compresseur 15. Le mélange de gaz et de vapeur quittant les serpentins tubulaires est convenablement réfroidi dans un refroidisseur 16 de sorte que l'eau est condensée et peut être séparée dans un séparateur 17 à partir duquel une partie du courant gazeux est ramenée au compresseur lS tandis que l'eau est amenée aux éjecteurs 14. Le reste du courant gazeux sortant du séparateur 17 alimente les têtes d'aspiration 18 des éjecteurs. On produit ainsi dans-les éjecteurs une dépression con vendable et une vitesse appropriée du gaz dans les serpentins ré frigérants. La figure 2 représente d'une façon détaillée une partie du dispositif suivant l'invention dans lequel la pression du contact entre les éléments réfrigérants et les blocs de céramique est obtenu à l'aide d'un goujon refroidi et mis sous tension par un ressort. Cette forme de réalisation de l'invention peut etre utilisée aux emplacements du four où une pression de contact ne peut pas être obtenue autrement, par exemple dans les parties exposées de la voûte du four. Les éléments réfrigérants 8 avec leurs serpentins de réfrigération incorporée 9 sont appliqués contre les blocs 10 et il du revêtement du four à l'aide d'un goujon tubulaire 21 qui est vissé dans l'élément réfrigérant le plus élevé et qui est appliqué contre l'élément réfrigérant le plus bas à l'aide d'un manchon 22 qui est soumis à la pression produite par des rondelles élastiques 23 et mis sous tension par un écrou 24. A l'aide d'un tube interne 25, un courant gazeux chargé de gouttelettes d'eau pénètre dans le goujon creux 21 qui est ainsi refroidi. Une partie du courant gazeux peut pénétrer par des orifices 26 du goujon dans le manchon 22 et refroidir ce dernier. R E -V E N D I C A TI O N S 1 - Procédé pour refroidir les régions exposées du revetement des fours métallurgiques à l'aide de serpentins de réfrigération logés dans le revêtement, caractérisé par le fait qu'un gaz chargé de gouttelettes d'eau circule à grande vitesse dans les serpentins de réfrigération. 2 - Procédé suivant la revendication 1, caractérisé par le fait que le gaz-véhicule est choisi de façon à ne pas avoir d'effets corrosifs sur les serpentins. 3 - Procédé suivant l'une des revendications 1 ou 2, caractérisé par le fait que le gaz-véhicule est recyclé. 4 - Procédé suivant l'une quelconque des revendications 1 à 3, caractérisé par le fait que l'eau utilisée est pure et dés ionisée. 5 - Procédé suivant l'une quelconque des revnddications 1 à 4, caractérisé par le fait que l'eau est recyclée. 6 - Procédé suivant l'une quelconque des revendications 1 à 5, caractérisé par le fait que la quantité de goutte lettes d'eau introduite dans le gaz est comprise entre 10 et 50% du poids du gaz. 7 - Procédé suivant l'une quelconque des revendication 1 à 6, caractérisé par le fait que la vitesse du courant gazeux dans les serpentins est comprise entre 10 et 100 m/s. 8 - Procédé suivant l'une quelconque des revndications 1 à 7, caractérisé par le fait que la pression totale dans les serpentins de réfrigération est inférieure à la pression régnant dans la chambre du four. 9 - Dispositif pour la mise en oeuvre du procédé suivant l'une quelconque des revendications I à 8, comprenant une installation de réfrigération pour faire circuler un réfrigérant destiné à refroidir les serpentins incorporés à la parois du four, caractérisé par le fait que l'installation comporte une pompe 15 pour faire circuler le gaz et des dispositifs 14 pour alimenter le gaz en eau finement divisée. 10 - Dispositif suivant la revendication 9, caractérisé par le fait que l'installation comporte un refroidisseur 16 et un séparateur d'eau 17 pour récycler I'eau.