Brevet FR2377595A1 — publié le 19780811

La présente invention concerne les dispositifs de chauffage des réfractaires garnissant les parois d'enceintes qui peuvent contenir des matières destinées à être portées à haute température. Dans les dispositifs actuellement en service, le chauffage des réfractaires est assuré par des brûleurs fixés, soit sur un couvercle placé sur l'enceinte, soit dans des ouvertures disposées sur le fond de celle-ci. Dans ce dernier cas, un couvercle est aussi appliqué sur 11 enceinte pour permettre une évacuation périphénique des fumées issues de la combustion. > échange de chaleur entre les produits de la combustion et les briques réfractaires a lieu par rayonnement et par convection. La part de 1 I change par rayonnement reste préponddrante pendant tou- te la période de chauffage, mais au fur et à mesure que la temps rature des parois augmente, la quantité de chaleur absorbée par celles-ci diminue. Le rendement de combustion se dégrade et le temps de chauffage augmente. La température des parois pour une opération de séchage ne dépasse pas en genéral 110000 environ tandis qu'elle peut atteindre 13000C dans certains cas. Pour permettre un échange actif de chaleur entre les parois et les flaimnes, il faut-que la température de celles-ci soit très élevée et que la vitesse des gaz à leur contact soit aussi grande que possible. Lorsque les brûleurs sont disposés au fond de l'enceinte dans des ouvertures de faible section, à des emplacements définis, la forme de la flamme ne peut être fixée à priori. Le réfractaire disposé sur le couvercle de 11 enceinte est soumis à rude épreuve lorsque la température des parois atteint 13000C. Son remplacement fréquent est inévitable. Aussi, certains couverdes sont disposés de telle sorte que l'air comburant circule le long de ses parois pour permettre leur refroidissement mais le débit et la vitesse de cet agent réfrigérant sont insuffisants pour assurer correctement cette fonction. Une fraction des calories produites est évacuée par convection naturelle et par rayonnement par les parois métalliques de l'enceinte. L'emploi de gaz à faible pouvoir calorifique est impossible en raison des longueurs de flammes émises par le brûleur, du dessin de celui-ci, et de l'utilisation d'air comburant et de combustible à la température ambiante. Le dispositif suivant permet d'éviter ces inconvénients. Dans celuici, pour un même débit calorifique, la durée du chauffage est notablement réduite ; la tenue dans le temps du couvercle pour les hautes températures est nettement améliorée, tandis que l'emploi d'un combustible à faible pouvoir calorifique demeure possible. Le dispositif, objet de l'invention, comporte un couvercle mobile sur lequel est fixé un brûleur comprenant le canon d'injection du combustible, les registres de distribution d'air créant une turbulence de celui-ci et un ouvreau démontable permettant de régler la vitesse d'éjection des fluides à la sortie du brûleur pour atteindre le fond de l'enceinte. Le couvercle est refroidi par une circulation d'air dont le débit en poids est de 2 à 3 fois supérieur à celui des fumées. Cet air de réfrigération et les fumées émises dans l t enceinte sont aspirés par un ventilateur. Ce mélange passe à travers des échangeurs par surface permettant le réchauffage de l'air comburant et du gaz combustible. A la sortie du ventilateur, le fluide est dirigé vers une deuxième enceinte dans laquelle se trouve disposée la première. Une entrée d'air frais supplémentaire permet de régler la température du mélange de telle sorte que la température des parois métalliques de la première enceinte ne dépasse pas celle atteinte pendant les périodes normales de son exploitation. La présence d'un réchauffage d'air et de combustion entratne une élévation de la température de combustion de la flamme, tandis que l'apport calorifique sur les parois métalliques de la cuve se substitue à une déperdition de chaleur. Ces deux facteurs contribuent à réduire le temps de la période de chauffage d'autant plus qu'à la fin de celle-ci l'augmentation de la température des fumées entraîne une élévation corrélative du gradient calorifique de l'air et du combustible, donc une élévation de la température de-combustion et un meilleur échange thermique. Il s'établit ainsi une correction automatique du rendement de combustion. Les dessins annexés illustrent à titre d'exemple un mode de réalisation du dispositif conforme à la présente invention et concernant des poches destinées à la manutention des matières en fusion. Tel qutil est représenté sur la figure I, le dispositif comporte la poche 1 disposée dans l'enceinte 19, le couvercle 2 qui reçoit un air de réfrigération fourni par le ventilateur 7. Un dispositif de réglage. 10 permet l'asservissement de ce débit d'air à celui du combustible. Le couvercle est muni d'une prise de captation dans laquelle aspire le ventilateur 3 qui refoule ce fluide dans l'en- ceinte 19. Les réchauffeurs d'air et de combustible 4 et 5 sont disposés sur ce circuit de fumées. La température de celles-ci å la sortie du couvercle. peut atteindre 400 + 500C. Le ventilateur 6 fournit l'air comburant, son débit est asservi au débit du combustible. Le ventilateur 8 fournit un apport d'air frais dans l'en- ceinte, le dispositif de réglage de la température des gaz circulant dans l'enceinte est figuré en 9. Cette température est de l'ordre de 1500C + 500C. La figure 2 représente un détail du couvercle 2. Celui-ci reçoit le brûleur principal 15. L'air de réfrigération est canalisé par le c8ne déflecteur 14. Une fraction de cet air pénètre dans la cuve en léchant la paroi métallique 12 et les réfractaires 18. Le réglage du débit de cet air est réalisé par les dimensions des cales 16. Ce disque métallique reçoit 1'ouvreau'20 du brûleur principal. Ce disque est démontable pour permettre une mise au point éventuelle de la forme de la flamme. Cet ouvreau est en béton réfractaire. L'excédent d'air de réfrigération circule dans l'espace compris entre le support métallique du réfractaire et la paroi du couvercle. Le réglage de la vitesse de cet air se fait en ajustant les dimensions des cales 17. Sur le couvercle 2 est fixée la prise de captation 11 chargée de recevoir le mélange fumées et air de réfrigération. L'air de réfrigération venant lécher la paroi interne des réfractaires du couvercle permet une réduction de la température de ceux-ci, donc une meilleure tenue dans le temps tandis que sa vitesse permet de canaliser les filets fluides des fumées vers les parois internes de la poche. Un brûleur pilote 13 à l'allumage électrique permet l'allumage du brûleur principal. Un détecteur de flamme non représenté sur le dessin autorise la surveillance de la flamme. L'installation de ces 2 éléments dans un milieu réfrigéré est facile. Le couvercle mobile peut autre déplacé soit à laide du pont roulant qui sert à la manutention de la poche soit par tout autre dispositif électrique ou hydraulique. Les liaisons des tuyauteries entre éléments fixes et mobiles sont assurées par des flexibles avec des raccords rapides. l'allumage se fait à distance. Différentes sécurités sont prévues arrêt de l'installation avec temporisation pour un arrêt du circuit d'air de réfrigération ou des fumées ainsi que les interdictions classiques pour les brûleurs non soumis à un contrôle permanent. Le dispositif objet de l'invention peut autre utilisé dans tous les cas où un récipient de grande dimension sert à transporter une matière dont la température peut varier de 5000C à 1800 C et dont les parois exigent un réchauffage préalable, ou encore, dans des installations fixes : convertisseurs, fours électriques qui peuvent recevoir un couvercle tel que celui décrit. Dans cesdernier cas, enceinte enveloppant ltappareil peut entre supprimée et le couvercle peut recevoir plusieurs brûleurs fonctionnant simultanément. REVENDICATIONS 1. Dispositif permettant une réduction de la consommation de combustible exigée pour le chauffage à haute température des réfractaires ou des matières solides contenues dans des enceintes destinées à recevoir des matières en fusion, une meilleure tenue du couvercle de celles-ci, une utilisation éventuelle de gaz à faible pouvoir calorifique et l'installation de dispositifs de surveillance et d'allumage électrique de la flamme caractérisé par le fait qutil comporte un couvercle réfrigéré à l'air, lequel se mélange aux fumées émises par le brûleur fixé sur le couvercle, dirigées après passage sur des échangeurs thermiques vers une deuxième enceinte concentrique à la première. 2. Dispositif selon la revendication 1 caractérisé par le fait que le premier moyen destiné à réduire la consommation calorifique est la présence de deux réchauffeurs d'air et de combustible placés sur le circuit des gaz issus du couvercle. 3. Dispositif selon la revendication 1 caractérisé par le fait que le deuxième moyen destiné à réduire la consommation calorifique est la présence d'une seconde enceinte concentrique à la première et dans laquelle circule un mélange à température réglée de fumées en provenance des réchauffeurs précédents et d'air frais fourni par un ventilateur. 4. Dispositif selon la revendication 1 caractérisé par le fait que le moyen destiné à rendre possible l'utilisation de gaz à faible pouvoir calorifique est la température du combustible et du comburant à l'entrée du brûleur, permettant une réduction de la longueur de la flamme à l'intérieur de 11 enceinte. 5. Dispositif selon la revendication 1 caractérisé par le fait que le moyen destiné à augmenter la durée de vie du couvercle consiste à refroidir celui-ci par une circulation d'air intéressant la paroi interne des réfractaires places sur le couvercle et la paroi métallique support de ceux-ci. 6. Dispositif selon la revendication 5 caractérisé par le fait que le débit d'air de réfrigération est asservi au débit du combustible. 7. Dispositif selon la revendication 1 caractérisé par le fait que le moyen destiné à permettre l'installation de dispositifs de surveillance de la flamme consiste à installer ceux-ci dans 11 espace baigné par l'air de réfrigération à son arrivée sur le couvercle.