Brevet FR2412045A1 — publié le 19790713

La présente invention concerne les ré chauffeurs et a notamment pour objet un réchauffeur à récupération0 Elle peut trouver application dans les dispositifs échangeurs de chaleur où l'on fait passer alternativement des gaz à travers la maçonnerie en briques de chambres de récupération, auxquelles les gaz cèdent leur chaleur, et un autre gaz qui se réchauffe au contact des briques ainsi chauffées. Le réchauffeur à récupération suivant l'invention étant destiné de préférence aux hauts fourneaux pour le réchauffage du vent, sa description sera faite en considérant à titre d'exemple cette application particulière mais cela ne signifie nullement que son domaine d'application soit limité à cet exemple. Ces réchauffeurs, dénommés réchauffeurs d'air à hautes températures pour hauts fourneaux, sont bien connus dans le domaine de ltélaboration de la fonte Ils se composent d'une enveloppe contenant la maçonnerie des parois et du ruchage (empilage), constituée de réfractaires à différents coefficients de dilatation linéaire. La maçonnerie est constituée, suivant sa hauteur, par des sections horizontales correspondant à la répartition des températures internes d'exploitation, chacune de ces sections étant en réfractaire homogène. Le ruchage des réchauffeurs à récupération connus est réalisé en briques posées de façon à former des conduits verticaux pour le passage des gaz. Le cycle de chauffage du vent dans les réchauffeurs à récupération comprend deux stades Pendant le premier stade un mélange air-gaz est brûlé dans une chambre de combustion, les produits de combustion passent par la chambre du ruchage et portent le ruchage à une haute température. Pendant le deuxième stade on fait passer de l'air à travers le ruchage chauffé, et l'air est ainsi porté à la température voulue. Dans les réchauffeurs à récupération modernes, la température sous la calotte atteint 1 6000C et la différence de température lors du réchauffage du vent est de tordre de 1500C dans les zones supérieures et de tordre de 3000C dans les zones inférieures. Suivant la distribution des températures intérieures dans les différentes zones, la maçonnerie des parois et du ruchage est réalisée en différents réfractaires, tels que le dina, la chamotte et les matériaux à haute teneur en alumine. Ainsi, dans la zone de haute température, la maçonnerie est en dina cuit à haute température et s'effritant difficilement, et dans les zones plus basses où règnent des températures relativement basses, on utilise respectivement des réfractaires au kaolin, à haute teneur en alumine et à base de chamotte.De cette façon, pour chaque zone caractérisée par une certaine gamme de températures, on réalise une section horizontale en réfractaire répondant par ses caractéristiques de résistance mécanique aux conditions de travail dans la zone considérée. Au cours du chauffage, il se produit aux interfaces des sections horizontales des déplacements relatifs radiaux de la maçonnerie, dus aux différences des coefficients de dilatation linéaire des divers réfractaires. Par exemple, pour le dina, ce coefficient est en moyenne de 12.10 6 C 1, tandis que pour les réfractaires au kaolin il est de 6.10-6 OC-i. A 1 0000C et pour un rayon de la maçonnerie de 500 cm ce déplacement relatif des sections horizontales juxtaposées répond à la formule ss R =&alpha;1 TR - ct2 TR dans laquelle o1 est le coefficient de dilatation linéaire du dina; est est le coefficient de dilatation linéaire des réfractaires à base de kaolin;; T est la température aux interfaces des sections horizontales; R est le rayon moyen de la maçonnerie, ce qui correspond à 20-30 mm suivant le rayon. Par suite de ce déplacement les canaux périphériques de 40 mm de diamètre ménagés dans le ruchage se trouvent obstrués dans une proportion de 50 à 70% aux interfaces des sections horizontales, et en moyenne de 30 à 40% dans la section de la maçonnerie, ce qui entrain une perte de rendement correspondante du réchauffeur à récupération et, par voie de conséquence, du haut-fourneau. Le glissement relatif de la maçonnerie aux interfaces des sections horizontales est directement proportionnel à la température et au-diamètre de la maçonnerie0 A l'heure actuelle, les hauts fourneaux sont caractérisés par une forte augmentation de leur volume (atteignant 5 000 m3) et par l'élévation de la température du vent audessus de 14000C. Les dimensions des réchauffeurs croissent en conséquence et atteignent 14 m de diamètre, 50 m en hauteur; l'échauffement des calottes atteint 1 6000C, Tout ceci exige l'emploi de nouveaux matériaux doués d'une plus haute réfractairité et dont le coefficient de dilatation linéaire diffère fortement de celui des réfractaires généralement utilisés. Il s'ensuit que le risque d'une baisse du rendement des grands réchauffeurs modernes par suite de l'imperfection en question augmente fortement. Le but de l'invention est d'éliminer cette imperfection. On s'est donc proposé de créer un réchauffeur à récupération dans lequel la conception de la maçonnerie de ses parois et de son ruchage serait telle, qu'elle assurerait une nette diminution du déplacement radial relatif des sections horizontales juxtaposées. La solution consiste en ce que dans le ré chauffeur à récupération ayant une enveloppe dans laquelle se trouve la maçonnerie des parois et du ruchage en réfractaires à différents coefficients de dilatation linéaire, constituée suivant sa hauteur par des sections horizontales correspondant à la répartition des températures internes d'exploitation du ré chauffeur, chacune de ces sections étant en réfractaire homogène, d'après l'invention, entre les sections horizontales sont disposées des sections de transition, constituées chacune d'au moins une rangée horizontale de maçonnerie en réfractaires du même genre que ceux des sections adjacentes, avec répartition uniforme d'un réfractaire dans l'autre. Un tel réchauffeur à récupération est sujet à des déplacements radiaux bien plus faibles dans chacune des rangées horizontales disposées entre les sections horizontales successives, grâce à quoi la section de passage des conduits verticaux varie moins, ce qui, à son tour, permet dtaugmenter le rendement du réchauffeur et, par conséquent, celui du haut-fourneau. De plus, la répartition régulière des réfractaires des deux sections horizontales voisines dans chacune des rangées horizontales de la maçonnerie des parois et du ruchage assure une déformation régulière suivant toute la surface de section transversale de la section de transition et un moindre déplacement spécifique des rangées horizontales de la maçonnerie.La diminution du déplacement relatif des sections horizontales augmente aussi la fiabilité de la maçonnerie des parois et du ruchage, car les réfractaires tiennent plus longtemps et l'état de contrainte de l'enveloppe se trouve amélioré aux interfaces des sections horizontales. Il est utile de réaliser chacune des sections de transition en plusieurs rangées horizontales constituées par les briques des deux sections horizontales adjacentes,-en diminuant progressivement le taux de réfractaire de l'une des sections horizontales au fur et à mesure que l'on se rapproche de l'autre, ce qui assure une progression douce du profil des canaux, c'est-à-dire la constance de leur section de passage suivant toute la hauteur de chacune des sections de transition. Il a été établi que la hauteur optimale d'une section de transition par rapport à la hauteur totale du ré chauffeur à récupération se situe sensiblement entre 0,15 et 5%. Ci-dessous l'invention est expliquée par la description d'un exemple de réalisation non limitatif illustré par les dessins annexés, dans lesquels - la figure 1 est une vue en section axiale d'un réchauffeur à récupération conforme à l'invention; - la figure 2 est le détail II de la maçonnerie des parois et du ruchage de la figure 1 avant le chauffage (représenté, pour plus de clarté à une plus grande échelle); - la figure 3 est une vue similaire à celle de la figure 2, mais dans laquelle la maçonnerie est à l'état chaud; - la figure 4 est une vue fragmentaire de la section radiale, suivant IV-IV, du réchauffeur à récupération de la figure 1; - la figure 5 est une vue fragmentaire de la section radiale, suivant V-V, du réchauffeur à récupération de la figure 1. Comme on le voit sur la figure 1, le réchauffeur à récupération comprend une enveloppe 1 se présentant sous la forme d'un cylindre en acier avec une calotte à son extrémité supérieure. A l'intérieur de l'enveloppe 1 se trouve la maçonnerie des parois 2 et du ruchage 3, constituée de réfractaires à différents coefficients de dilatation linéaire et formée suivant sa hauteur par des sections horizontales correspondant à la répartition des températures internes d'exploitation du réchauf feur, chacune de ces sections- horizontales étant constituée par un réfractaire homogène. La maçonnerie des parois et du ruchage est formée d'un grand nombre de rangées horizontales superposées de briques réfractaires, des canaux verticaux 4 étant ménagés dans le ruchage 3 pour le passage des gaz, comme montré sur les figures 2 et 3. En accord avec la distribution des températures intérieures du réchauffeur, plusieurs rangées horizontales superposées de briques en réfractaire homogène constituent des sections horizontales 5, 6, 7, 8. Par exemple, la section supérieure 5 est en dina, la section suivante est en réfractaire à haute teneur en alumine, et celles qui suivent sont en chamotte. Suivant l'invention, entre les sections horizontales voisines sont disposées des sections de transition 9 comprenant au moins une rangée horizontale de maçonnerie constituée des mêmes genres de réfractaires que les sections horizontales adjacentes, avec distribution régulière d'un réfractaire dans l'autre. La figure 2 représente un fragment de la maçonnerie des parois et du ruchage du réchauffeur à récupération de la figure 1 avant chauffage. Les canaux verticaux 4 du ruchage 3 ont un profil rectiligne suivant toute leur hauteur, aussi bien-dans les sections horizontales et dans celles de transition. Chacune des sections de transition 9 comprend, dans la variante préférentielle de l'invention représentée sur la figure 2, un certain nombre de rangées constituées des mêmes genres de briques que ceux des sections horizontales adjacentes. Les briques, dans chacune des rangées horizontales, sont distribuées régulièrement suivant toute la surface de la section radiale de la maçonnerie (figures 4 et 5), de sorte que le nombre de briques réfractaires en M de la section horizontale 5, par exemple, diminue progressivement d'un rang de briques au suivant lorsqu'on va vers la section horizontale 6, et que le nombre de briques en réfractaire N de la section horizontale 6 (voisine) augmente corrélativement. La quantité totale de briques dans chaque rangée horizontale est constante, mais le rapport des différents genres de briques réfractaires des sections mutuellement adjacentes varie comme on vient de le décrire. Cette condition est valable pour toutes lesdites sections horizontales. Au cours du fonctionnement du réchauffeur d'air, la maçonnerie des parois 2 et du ruchage 3 est sujette à des déformations d'expansion et de contraction, d'où un déplacement relatif de chacune des rangées horizontales de briques. Si on a un nombre K de rangées horizontales de briques dans les sections de transition, le déplacement relatif de chacune des rangées diminue de K fois en comparaison de celui des rangées d'une maçonnerie classique et, par conséquent, l'étranglement des canaux verticaux 4, dt au déplacement relatif des rangées, sera K fois moindre. En augmentant K on pourra faire en sorte que l'étranglement ne se traduise que par une certaine incurvation des canaux verticaux sans diminution de leur section de passage dans les limites des sections de transition 9 (figure 3). Le rendement prévu du réchauffeur à récupération sera donc assuré. La hauteur de chacune des sections de transition 9 est choisie compte tenu du rendement calculé du réchauffeur à récupération, de ses caractéristiques thermiques, des particularités de construction, et se situe sensiblement entre 0,15 et 5% de la hauteur totale du réchauffeur, c'est-à-dire qu'elle est une grandeur dépendant de la hauteur de la brique et du nombre de rangées horizontales dans chacune des sections de transition. De cette façon, grace aux sections de transition situées aux interfaces des sections horizontales, on obtient une incurvation progressive des canaux verticaux sans diminution de leur section de passage, ce qui assure le rendement prévu du réchauffeur, augmente la fiabilité de la maçonnerie et prolonge sa durée de service. En même temps, l'incurvation de la maçonnerie des parois étant progressive, on obtient une amélioration de l'état de contrainte de l'enveloppe aux interfaces des sections horizontales, ce qui exclut l'apparition de grosses fissures dans la maçonnerie et accroît par conséquent la fiabilité du réchauffeur à récupération. Bien entendu, l'invention n'est nullement limitée au mode de réalisation décrit et représenté qui nta 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. REVENDICATIONS 1. Réchauffeur à récupération du type comprenant une enveloppe renfermant une maçonnerie formant les parois et le ruchage du réchauffeur, constituée de matériaux réfractaires dont les coefficients de dilatation linéaire respectifs sont différents l'u de l'autre et qui sont disposés de manière à former des sections horizontaux correspondant à la répartition des différentes températures internes d'exploitation du réchauffeur, chacune de ces sections étant constituée d'un genre de matériau réfractaire homogène différent de celui des autres sections, caractérisé en ce que, entre lesdites sections horizontales, sont disposées des sections de transition for méeschacune d'au moins une rangée horizontale de maçonnerie constituée par des matériaux réfractaires du méme genre que ceux des sections adjacentes, répartis régulièrement l'un dans l'autre. 2. Réchauffeur à récupération suivant la revendication 1, caractérisé en ce que chaque section de transition est formée de plusieurs rangées horizontales de maçonnerie constituées de matériaux réfractaires du même genre que ceux des sections qui lui sont adjacentes, avec répartition régulière de ces réfractaires dans chacune desdites rangées, et disposées l'une au-dessus de l'autre de manière que la teneur en matériau réfractaire de l'une des sections horizontales adjacentes diminue progressivement d'urerangée à l'autre au fur et à mesure que l'on se rapproche de l'autre section. 3. Réchauffeur à récupération suivant la revendication 1, caractérisé en ce que la section de transition a une hauteur comprise sensiblement entre 0,15 à 5% de la hauteur totale du réchauffeur.