Brevet FR2409471A1 — publié le 19790615

La présente invention a essentiellement pour objet un réfrigérateur de four métallurgique, destiné à protéger les parois du four métallurgique contre la surchauffe et donc contre la destruction partielle ou le brûlage. L'invention peut être appliquée avec le maximum d'effets dans les fours à cuve utilisés dans la sidérurgie et la métallurgie de métaux non ferreux, par exemple dans les hauts fourneaux. Les-procédés métallurgiques, en particulier ceux mis en oeuvre dans les hauts fourneaux, allant en stinten- sifiant, on est amené à appliquer des quantités d'énergie plus élevées par unité de volume du four, en augmentant la température de l'air amené au four, en augmentant sa teneur en oxygène, en augmentant la pression à l'intérieur du four, etc. Tous ces facteurs augmentent les charges thermiques que les réfrigérateurs des fours doivent supporter, et conduisent à rendre plus sévères les exigences auxquelles ils doivent satisfaire en ce qui concerne leur fiabilité et leur bon fonctionnement. La solution efficace de ces problèmes dépend dans une large mesure de l'efficacité du refroidissement des plaques métalliques des réfrigérateurs. On contact généralement un réfrigérateur de four métallurgique, de haut fourneau par exemple, comprenant une plaque en fonte dans laquelle sont montés longitudinalement au moins deux tubes en acier dans lesquels circule un agent calopoteur. Les extrémités de ces tubes sont coudées dans le meme sens de sorte- qu'elles font saillie au-dessus de la plaque. Ces réfrigérateurs des parois du haut fourneau sont réunis de manière à former uncExzLtgiMbalde refroidissement du four, constitué par un système de conduits parcourus par l'agent caloporteur. En tant qu'agent caloporteur on utilise normalement de l'eau industrielle qui est chauffée jusqu'à ébullition par la chaleur des parois du four, d'où la formation de dépits de tartre sur les parois des tubes. Durant l'exploi- tation des réfrigérateurs la couche de tartre dans les tubes devient tellement épaisse que la section de passage des tubes se trouve partiellement ou complètement engorgée et la circulation du liquide de refroidissement à travers les tubes du circuit de refroidissement est réduite ou coupée. L'arrêt de la circulation de l'agent caloporteur provoque la surchauffe de la plaque du réfrigérateur et la destruction de la paroi du four. En outre, il arrive que l'eau s'écoulant d'un tube détérioré du réfrigérateur pénètre dans le four. La formation des dépits de tartre sur les parois intérieures des réfrigérateurs pourrait entre évitée en utilisant de lteau chimiquement purifiée, mais les quantités d'eau requises deviennent alors trop importantes et son épuration nécessite des dépenses considérables. Le problème du refroidissement des plaques des réfrigérateurs pour hauts fourneaux a été résolu d'une manière radicale grace au refroidissement par évaporation. Dans ce cas, les tubes de refroidissement de la plaque métallique du réfrigérateur canalisent un mélange vapeur-eau. L'évacuation de la chaleur hors des plaques s'obtint grace à l'ébullition de l'eau chimiquement pure dans les tubes. Les tubes sont reliés de façon à former un circuit général fermé de refroidissement du four. La vapeur formée à la suite de l'ébullition de l'eau est évacuée du circuit de refroidissement du four et l'on introduit de l'eau chimiquement pure au lieu de cette vapeur dans le circuit de refroidissement du four.L'intensité de la vaporisation de l'eau est grande en comparaison de celle des autres agents caloporteurs, et de ce fait les quantités d'eau chimiquement pure amenée au circuit de refroidissement du four sont faibles, ce qui rend ce mode de refroidissement économique. Toutefois, une telle construction des réfrigérateurs utilisés pour le refroidissement par évaporation des fours métallurgiques comporte des inconvénients. Au cours du refroidissement des fours métallurgiques, la circulation de l'eau et du mélange vapeur-eau dans le circuit de refroidissement du four se fait sans pompe, c'est à-dire qu'elle est naturelle. Lorsque les quantités de chaleur reçues par la plaque du réfrigérateur augmente, il faut que la vitesse de circulation du mélange vapeur-eau dans le circuit de refroidissement du four, et donc dans les tubes de la plaque, s'élève pour assurer le refroidissement requis du four. Toutefois, la vitesse de circulation du mélange vapeur-eau est déterminée par la charge thermique s'exerçant sur l'ensemble du circuit de refroidissement et ne dépend pas des charges thermiques s'exerçant sur un réfrigérateur isolé, Il arrive souvent dans la pratique que, bien que les charges thermiques moyennes s'exerçant sur l'ensemble du circuit de refroidissement soient relativement faibles, certains réfrigérateurs, et donc leurs tubes, subissent des charges thermiques importantes. Cela se produit dans le cas où la couche de garnissage se détache de la surface de la plaque du réfrigérateur tournée vers l'intérieur du four.La vitesse de circulation dans le circuit de refroidissement du four est insuffisante pour évacuer ces flux de chaleur importants, et de ce fait des quantités excessives de vapeur se forment dans les tubes refroidissant la plaque métallique du réfrigérateur réchauffé de manière intense par le four. Les parois intérieures des tubes ne sont pas mouillées par l'eau, les tubes se surchauffent et l'évacuation de la chaleur de la plaque devient plus mauvaise. La plaque se surchauffe elle-aussi, ce qui provoque sa fusion et la destruction (le brayage) des tubes de refroidissement. Le réfrigérateur cesse de fonctionner et de protéger la paroi du four contre la chaleur provenant de son espace intérieur.Il en résulte une surchauffe et un brayage du four0 Un autre inconvénient du système de refroidissement connu réside dans la grande quantité d'eau qui pénètre dans le four en cas de rupture des tubes refroidissant la plaque du réfrigérateur. Il n'existe pas encore de méthodes stres et rapides permettant de détecter un tube rompu. L'eau ayant pénétré dans le four entrasse des dépenses supplémentaires de chaleur pour son évaporation, ce qui provoque une augmentation de la consommation de combustible par unité de produit fabriqué. En outre, la pénétration de grandes quantités d'eau dans le four présente des dangers, car cela conduit à une perturbation des processus technologiques0 Le but de l'invention est d'éviter ces inconvénients. Dans le cadre de l'invention, on s'est proposé de créer un réfrigérateur de four métallurgique doté de tubes de canalisation de l'agent caloporteur conçus et disposés de telle manière qu'ils aient une durée de service plus longue que ceux utilisés dans les réfrigérateurs connus de ce genre, et qu'en cas de rupture de l'un de ses tubes les quantités d'eau pénétrant dans le four soient faibles, que la fuite d'eau soit de courte durée et qu'elle starrête sans intervention de l'opérateur. Ce but est atteint grecs à un réfrigérateur de four métallurgique comprenant une plaque métallique dans laquelle sont montés longitudinalement au moins deux tubes dont les extrémités sont coudées dans le meme sens et font saillie au-dessus de la plaque, et qui comporte, selon l'invention, le meme nombre de tubes disposés en dehors de la plaque, chacun de ces tubes étant disposé dans une chambre dotée de tubulures destinées à amener un agent caloporteur dans cette chambre et à l'en évacuer, et chaque tube monté dans la plaque est raccordé, lors du montage, à chaque tube disposé dans la chambre de manière à former une cavité circulaire fermée pour la circulation de l'agent caloporteur. Ce mode de réalisation du réfrigérateur permet d'augmenter sa tenue grace à une plus grande fiabilité du refroidissement des plaques métalliques des réfrigérateurs par le liquide circulant dans les tubes. La circulation du liquide dans les tubes de refroidissement de la plaque métallique ne dépend que de la charge thermique de cette plaque, grace au fait que le circuit dans lequel il circule est autonome, et elle augmente automatiquement, avec l'augmentation de la charge thermique. On arrive ainsi à assurer un fonctionnement sflr du réfrigérateur et à le rendre capable de supporter des charges thermiques élevées. Du fait que l'organe en contact avec l'intérieur du four est un circuit annulaire fermé rempli d'une faible quantité d'eau, une rupture des tubes refroidissant la plaque du réfrigérateur n'a pour conséquence qu'une pénétration de courte durée de petites quantités d'eau. De telles quantités d'eau ne dérangent pas le fonctionnement du four. Comme le circuit de refroidissement du groupe de réfrigérateurs n'est en contact avec ledit circuit annulaire que par l'intermédiaire de la paroi du tube qui se trouve en dehors du four, et n'est exposé à aucun danger de destruction, lors d'une rupture des tubes fixés dans la plaque du réfrigérateur la pénétration d'eau dans le four cessera dès que le circuit annulaire fermé sera vidé. Il est préférable de réaliser ladite chambre sous forme dtun cylindre creux. Dans ce cas, la chambre peut être réalisée à partir d'un tube, donc elle sera de constructi-on simple, peu coû- teuse et d'utilisation commode grace à son faible encombrement. D'autres caractéristiques et avantages de l'invention seront mieux compris à la lecture de la description qui va suivre drun exemple de réalisation non limitatif, faite en se référant aux dessins annexés dans lesquels - la figure 1 représente le réfrigérateur selon l'invention en position de travail (vue en coupe longitudinale par un plan vertical perpendiculaire à la paroi du four); - la figure 2 est une vue en coupe suivant Il-Il de la figure 1 (à échelle agrandie). Le réfrigérateur de four métallurgique comprend une plaque métallique 1 (figures 1 et 2) dans laquelle sont montés dans le sens longitudinal trois tubes 2. Les tubes 2 montés dans la plaque 1 peuvent être au moins au nombre de deux. La partie extrême supérieure 3 (figure 1) et la partie extrême inférieure 4 de chaque tube 2 sont coudées dans le méme sens, sortent de la plaque métallique 1 et traversent la paroi 5 du four. Le réfrigérateur selon l'invention possède le même nombre de tubes 6 disposés en dehors de la plaque métallique 1. Chacun des tubes 6 est disposé dans sa propre chambre 7 dotée d'une tubulure 8 servant à amener l'agent caloporteur dans l'espace annulaire entre la surface extérieure de la paroi du tube 6 et la surface intérieure de la paroi de la chambre 7. Pour l'évacuation de l'agent caloporteur hors de la chambre 7, il est prévu une tubulure 9. Chaque tube 6 possède des parties extrêmes 10 et Il raccordées aux extrémités 3 et 4 du tube 2 correspondant, et chaque paire de tubes 6 et 2 forme un circuit annulaire dont la cavité annulaire fermée 12 est destinée à la circulation de l'agent caloporteur, par exemple de liteau ou un mélange vapeur-eau. Le nombre des tubes de refroidissement 2 et, par conséquent, des tubes 6 dépend de la largeur de la plaque métallique 1 et des charges thermiques qu'elle doit supporter dans un four métallurgique donné.Le diamètre des tubes de refroidissement 2 est choisi en fonction des charges thermiques maximales agissant sur le réfrigérateur dans le four considéré. La chambre 7 peut titre réalisée sous forme d'un cylindre creux pour chaque tube 6 séparément, ou bien elle peut autre commune à tous les tubes 6 ou à une partie des tubes 6. Le refroidissement de la paroi 5 du four métallurgique par les réfrigérateurs selon l'invention s'effectue de la façon suivante. Dans la paroi du four sont montés les réfrigérateurs recevant le flux thermique provenant de l'intérieur du four au cours du fonctionnement de celui-ci. La chaleur provenant de la plaque métallique 1 et des tubes 2 montés dans la plaque et raccordés aux tubes 6, se transmet à l'eau contenue dans l'espace annulaire 12 desdits tubes 2 et 6. Chaque tube 6 est baigné de l'extérieur par l'eau parcourant la chambre 7. Dans le circuit fermé se composant des tubes 2 et 6 se produit la circulation de l'eau et du mélange vapeureau. Cette circulation dirigée résulte de la différence des températures de l'agent caloporteur dans les tubes 2 et 6. L'eau renfermée dans le tube 2 est réchauffée par la chaleur dégagée par la plaque 1,et il se forme un courant ascendant du mélange vapeur-eau. Ce courant arrive dans le tube 6, qui est refroidi de l'extérieur par l'agent caloporteur parcourant la chambre 7 mise en communication à travers les tubulures 8 et 9 avec le circuit de refroidissement du four. Comme le tube 6 est refroidi, la vapeur qui arrive dans la tubulure 10 depuis le tube 2 à travers la tubulure 3 se condense. Le condensat se refroidit pendant qu'il descend à travers le tube 6, et l'eau arrive dans le tube 2 depuis la tubulure Il à travers la tubulure 4. Ensuite le cycle se répète. Lorsque le flux thermique reçu par la plaque métallique 1 augmente, la vitesse de circulation de l'agent caloporteur dans le circuit fermé des tubes 2 et 6 augmente elleaussi, ce qui favorise une évacuation efficace de la chaleur hors de la plaque 1 et donc de la-paroi 5 du four. En cas de rupture de l'un des tubes 2 de la plaque métallique 1 du c8té tourné vers l'intérieur du four, celui-ci ne reçoit qu'une faible quantité du mélange vapeur-eau contenu dans l'espace 12 de la paire de tubes 2 et 6 raccordés entre eux, cette pénétration du mélange n'ayant aucune influence notable sur le processus se déroulant dans le four. Cette quantité est faible et son évaporation prend peu de temps, l'espace 12 étant isolé de l'ensemble du circuit de refroidissement du four. Agent caloporteur parcourant la chambre 7 continue à arriver dans le circuit général de refroidissement du four, ce circuit ne communiquant pas avec les tubes 6 et 2, et par conséquent le four peut continuer à fonctionner. De ce fait, la rupture de l'un des tubes 2 n'exige pas que soit recherché d'urgence le point de la fuite due au brayage, car le tube 2 se met lui-même hors service. Le brûlage de la paroi 5 du four métallique est impossible, puisque les autres tubes 2 se trouvant dans la plaque métallique 7 continuent à fonctionner indépendamment du tube détruit. Ainsi, la réalisation selon l'invention du réfrigérateur de four métallurgique permet d'augmenter l'endurance des réfrigérateurs et la sécurité de fonctionnement des systèmes de refroidissement des fours métallurgiques grâce à un refroidissement efficace et autonome des plaques métalliques du réfrigérateur. Les essais effectués ont démontré le bon fonctionnement et la fiabilité des réfrigérateurs selon l'invention, ainsi que la possibilité d'assurer une plus longue durée de fonctionnement du haut fourneau en comparaison des réfrigérateurs connus. 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 suivantsxi esprit et mises en oeuvre dans le cadredes revendications qui suivent. REVENDICATIONS 1. Réfrigérateur de four métallurgique, du type comprenant une plaque métallique à l'intérieur de laquelle sont montés longitudinalement au moins deux tubes dont les extrémités, coudées dans un meme sens, sortent de ladite plaque, caractérisé en ce qu'il possède des tubes en nombre égal à celui desdits tubes intérieurs de la plaque et qui sont disposés chacun extérieurement à celle-ci dans une chambre munie de tubulures destinées respectivement à amener dans ladite chambre un agent caloporteur et à l'en évacuer, de sorte que lorsque chacun desdits tubes intérieurs est raccordé au tube extérieur correspondant se trouvant dans la chambre correspondante, il se forme un espace annulaire en boucle fermée dans lequel circule un agent caloporteur. 2. Réfrigérateur de four métallurgique selon la revendication 1, caractérisé en ce que chacune desdites chambres est réaliséesous forme d'un cylindre creux.