Brevet FR2430584A1 — publié le 19800201

La presente invention concerne une boite de refroidissement pour four, notamment pour haut-fourneau, comportant un corps de boîte extérieur et un corps de boîte intérieur, un circuit de refroidissement prévu dans l'espace délimité par les corps de boite extérieur et intérieur, des nervures directrices disposées dans le circuit de refroidissement, et des passages d'amenée et d'évacuation de fluide de refroidissement raccordés au circuit de refroidissement. I1 est bien connu de monter des boites de refroidissement dans des logements formés dans les parois des hautsfourneaux. Les corps des boîtes traversent le blindage extérieur et ont leur nez logés à I'intérieur du matériau réfractaire garnissant la paroi du four. Les corps de boîte connus (par exemple par le brevet français nO 2 002.876) ont une section transversale rectangulaire et le circuit de refroidissement est délimité entre les deux corps de boîte de telle sorte qu'entre les parois constituant les côtés longs de la section transversale, le fluide coule vers le nez de la boîte et,entre les parois constituant les côtés courts de ladite section transversale, le fluide est refoule du nez vers l'extérieur de ladite boîte. Cette concep tison ne garantit pas que le fluide entrant passe d'abord par l'endroit le plus sollicité au point de vue thermique, c'est d-dire par le nez de la boîte, avant de quitter cel-le-ci, car les passages d'entrée et de refoulement communiquent latéralement entre eux.C'est notamment cause d'un refroidissement défectueux que les boîtes de refroidissement sont sujettes à des détériorations. La mise hors-service d'une bote se traduit rapidement par un échauffement excessif du matériau réfractaire de la zone voisine de la paroi du haut-fourneau. Ce matériau est alors sujet a une rapide dégradation, et les boîtes de refroidissement voisines ainsi que le blindage sont soumis a des conditions plus dures. Le remplacement des boîtes de refroidissement ne peut se faire que pendant un arrêt-programmé du haut-fourneau et l'on saint les problèmes que posent un tel remplacement. Pour pallier les inconvénients dus a la mise hors service d'une boîte de refroidissement n'ayant qu'un seul circuit de refroidissement, il a déjà été proposé de prévoir' titre de secours, dans la même boîte, un deuxième circuit de refroidissement qui se trouve à l'intérieur du premier circuit et qui peut être mis en service ou rester en service après la défaillance du premier circuit de refroidissement.Suivant des modes de réalisation connus des boîtes a double circuit de refroidissement (voir par exemple les brevets français NO 2 115.771 et 2 215.468 le circuit extérieur est réalisé à l'aide d'un tube courbé en U et le circuit intérieur est réalisé par une enceinte s'encastrant dans le tube en U et munie d'une chicane de guidage pour le fluide de refroidissement. Cette conception a l'inconvénient de produire des zones de concentration d'efforts thermiques notamment a tous les endroits ayant un faible rayon de courbure, tels que les parties courbes du tube en U. I1 s'ensuit que les boîtes de refroidissement connues, même lorsqu'elles comportent un double circuit de refroidissement, n'ont pas une durée de vie accrûe par rapport à celles a un circuit unique de refroidissement. Par ailleurs, les boîtes de refroidissement connues présentent une paroi frontale très épaisse en cuivre pour retarder sa détérioration. Ceci entraîne une consommation accrûe en cuivre sans donner le résultat souhaité. Aussi, la présente invention a pour but de fournir une boîte de refroidissement dont la durée de vie est notablement augmentée par rapport aux boîtes de refroidissement existantes et dont le refroidissement est très efficace. Ce but est atteint par une boîte du type susmentionné qui est caractérisée en ce qu'elle comprend un deuxième crcuit de refroidissement intérieur distinct du premier circuit de refroidissement extérieur, et prévu a l'intérieur du corps de boite intérieur, en ce que les deux circuits de refroidissement sont constitués chacun par des canaux hélicoldaux qui sont délimités partiellement par des nervures directrices et par le corps de boîte extérieur ou intérieur, en ce que le circuit extérieur entoure le circuit intérieur sur toute sa périphérie et en ce que le passage d'amenée ou d'évacuation associé au premier circuit et celui associé au deuxième circuit sont disposés coaxialement à l'interieur des deux corps de boîte. Ainsi, la durée de vie du corps extérieur est augmentée par un refroidissement très efficace et en cas de détérioration du corps extérieur, le fonctionnement de la boite peut être poursuivi par la mise en service du conduit de refroidissement intérieur sans demontage de la boîte grâce la présence de deux corps emboités l'un dcns l'autre et associés chacun a un circuit de refroidissement particuliér. La présente invention a aussi pour but de fournir un procédé permettant la mise en service du circuit de refroidissement intérieur. Ce but est atteint par un procédé selon lequel, con formément à l'invention, on interrompt la circulation de fluide de refroidissement dans le circuit extérieur ayant subi une avarie, on établit la circulation de fluide de refroidissement dans le circuit intérieur, on injecte produit de remplissage dans le conduit central amenée relié au circuit extérieur, et on obture ce conduit central d'amenée. Il est déjà connu (par exemple par le brevet français nO 2 002.876) d'utiliser cn produit de remplissage pour colmater un circuit de refroidissement ayant subi une avarie. Ce colmatage nécessite un conduit supplémentaire et empêche tout refroidissement ultérieur. Par contre, selon l'invention, on utilise pour l'injection du produit de remplissage le conduit central d'amenée servant au passage du fluide de refroidissement et on peut à la rigueur se contenter d'obturer uniquement ledit conduit central. Comme produit de remplissage, on peut utiliser notamment un béton réfractaire. Selon une particularité avantageuse de la boîte de refroidissement conforme à l'invention, la nervure directrice hélicoïde délimitant partiellement le circuit extérieur ou in té rieur est réalisée d'une seule pièce avec le corps de boite extérieur ou intérieur et est dirigée vers l'intérieur de celui-ci. Le refroidissement,et et donc la tenue, des corps de la boîte scnt ainsi nettement améliorés; en comparaison avec les boites dans lesquelles les conduits de refroidissement sont en partie formés par des éléments hélicordaux non solidaires des corps de boîtes. Selon une autre particularité avantageuse de la boite conforme à l'invention, le corps extérieur a un nez ou partie frontale, en forme de calotte, de préférence sphérique, se raccordant progressivement au reste de l'enveloppe de ce corps extérieur. La concentration thermique dans l'épaisseur de la paroi du nez est ainsi réduite au minimum. Au contraire, dans le cas de boîtes de refroidissement traditionnelles présentant un nez plat raccordé au reste du corps de boîte par des parties à faible rayon de courbure, des concentrations thermiques se forment dans ces parties de raccordement et sont d'autant plus fortes, et donc nuisibles, que le rayon de courbure est petit. D'autres particularités et avantages de la boîte de refroidissement conforme à l'invention ressortiront à la lecture de la description faite ci-après, à titre indicatif mais non limitatif, en-éférence aux dessins joints sur lesquels - la figure 1 est une vue schématique en coupe médiane longitudinale d'une boîte de refroidissement conforme à l'-invention ; et - la figure 2 est une vue très schématique illustrant la mise en service du conduit de refroidissement intérieur. La boîte de refroidissement 10 représentée par les figures 1 et 2 comporte un corps extérieur 11, un corps intérieur 20 et un noyau tubulaire 30 coaxiaux. Le corps extérieur 11 est constitué par une enveloppe comprenant, à l'arrière, une partie 12 sensiblement cylindrique et, à l'avant, une calotte 13, de préférence sphérique, formant le nez de la boite 10. La partie 12 peut aussi être légèrement conique, avec section transversale décroissante en direction du nez 13, au moins dans la zone avant 12a raccordée au nez 13 et se trouvant logée dans le matériau réfractaire de la paroi du haut- fourneau, a l'intérieur du blindage métallique extérieur 9 (représente sur la figure 1 en trait mixte). Le corps extérieur 11 peut être réalisé en une seule pièce ou, comme dans l'exemple illustré, en deux parties soudées. La partie avant, constituez par la zone 12a et le nez 13 forme une seule pièce, par exemple en cuivre, tandis que la partie arrière 12b, traversant le blindage 9, est, par exemple, en acier et est soudée à celui-ci, par exemple par des cordons de soudure 9a. On notera que le nez 13 se raccorde au reste du corps extérieur 11 de façon progressive, à l'exclusion de toute zone de raccordement à faible rayon de courbure favorisant les concentrations thermiques. Dans l'exemple illustre, le nez 13 a une forme de calotte sphérique, et même sensiblement de'demi- sphère de rayon égal à celui de la section transversale de la zone 12a au niveau ou elle se raccorde au nez 13. Une nervure directrice hélicoîdale 14 fait saillie vers l'intérieur à partir de la face interne du corps extérieur 11. Cette nervure 14, de hauteur constante, s'étend, de l'avant vers l'arrière, du nez 13 sensiblement jusqu'au raccordement entre la zone 12a et la partie arrière 12b du corps extérieur 11, sur la face interne de la partie avant de ce dernier. La nervure 14 forme une seule pièce avec la partie avant 12a-13 du corps 11. Le corps intérieur 20 comporte une enveloppe 21 qui entoure un tube central coaxial 22 dont l'embouchure frontale est raccordée à la partie avant ou frontale 23 en forme de calotte, de préférence sphérique, à l'endroit où celle-ci présente une ouverture centrale frontale 20a. Entre la face externe de l'enveloppe 21 et le sommet de la nervure 14 peut exister un faible jeu. Le corps extérieur Il et ltenveloppe 21 sont donc deux éléments coaxiaux de formes semblables logés l'un dans l'autre et ménageant entre eux un espace aménagé, dans la partie avant de la boîte 10, en circuit de refroidissement extérieur hélicoïdal 15, du fait de la présence de la nervure 14. Dans la partie arrière de la bolte 10, l'espace libre entre les corps 11 et 20 forme un passage d'évacuation annulaire 16 raccordé, à l'arrière, à une tubulure 17. A l'avant de la boîte 10, le circuit de refroidissement extérieur 15 est raccordé à un passage d'amenée 18 constitué par l'intérieur du tube central 22 et débouchant à travers l'avant 23 en forme de calotte, de préférence sphérique, de l'enveloppe 21 dans ledit circuit extérieur 15 juste en face du sommet de la calotte sphérique 13 du corps extérieur 11. L'enveloppe 21 porte, sur sa face interne tournée vers le tube central 22, une nervure directrice hélicoïde 24 de hauteur constante qui s'étend, de l'avant vers l'arrière, depuis la partie avant 23 de l'enveloppe 21 jusqu'à un niveau correspondant sensiblement à celui-ci de la jonction entre les parties arrière 12b et avant 12a-13 du corps extérieur 11. La nervure hélicoïde 24 se termine, vers l'arrière, au-delà de l'extrémité arrière de la nervure 14 afin que les nombres de spires des nervures 14 et 24 soient égaux ou très voisins La nervure 24 forme une seule pièce avec l'enveloppe 21 qui est réalisée, par exemple, en cuivre. Dans l'exemple illustré, l'ensemble du corps intérieur 20 comprenant l'enveloppe 21, le tube central 22 et, le cas échéant, la nervure 24 constituent une seule pièce. Le noyau 30 a la forme d'un manchon tubulaire qui entoure coaxialement le tube central 22 en étant espacé de celuici et dont la face externe se trouve de préférence légèrement écartée du sommet de la nervure 24. Le noyau 30 et l'enveloppe 21 constituent deux élé- ments ayant, au moins dans leurs parties avant, des formes semblables, et sont logés l'un dans l'autre en ménageant entre eux un espace ménagé, à l'avant, en circuit de refroidissement intérieur hélicoïdal 25 du fait de la présence de la nervure 24. Dans la partie arrière de la boîte 10, l'espace annulaire libre entre l'enveloppe 21 et le noyau 30 forme un passage d'évacuation 26 raccordé à l'extérieur par l'orifice 27. On notera que l'épaisseur de paroi du noyau 30 peut être plus faible dans sa partie arrière qu'à sa partie avant, comme dans l'exemple illustré. A l'avant de l'enveloppe 21, le circuit de refroidissement intérieur 25 est raccordé à un passage d'amenée 28 cons titué par l'espace annulaire entre le tube central 22 et le noyau tubulaire 30. La communication entre le circuit 25 et le passage 28 est réalisée à travers l'espace libre entre les parties avant 33 et 23 du noyau 30 et de l'enveloppe 21. Ainsi, le noyau tubulaire ou tube coaxial extérieur 30 délimite par tiellement, d'une part, par sa face extérieure, le circuit intérieur de refroidissement 25 et, d'autre part, par sa face intérieure, le passage d'amenée 28 de fluide de refroidissement audit circuit intérieur 25. Un couvercle 40 est traversé par les parties arrière du tube 22 et du noyau tubulaire 30'disposés coaxialement à l'intérieur des deux corps de bote coaxiaux 11 et 20. L'extrémité arrière du passage 28 est obturée par un couvercle annulaire 41 et l'alimentation de ce passage est réalisée à travers une ouverture 29 formée dans la paroi du noyau 30, à l'extérieur et à l'arrière de la boîte 10. te fonctionnement de la boite de refroidissement conforme à l'invention est le suivant. Normalement, le conduit de refroidissement extérieur 15 est seul en service, de l'eau de refroidissement étant amenée par le passage 18 jusqu'à l'avant de la boîte, puis circulant dans le circuit 15 bélicoidal vers l'arrière de la boîte et étant évacuée hors de la boîte par le passage 16. On notera que la nervure héîicpide 14 a une forme telle-que, comme connu en soi, le circuit helicoldal 15 a une section transversale qui va en croissant de l'avant (nez) vers l'arrière de-la boîte 10. Cette caractéristique, et celles selon lesquelles la nervure 14 forme une seule pièce avec l'avant du corps 11 et le nez 13 est raccordé au reste du corps 11 sans parties de raccordement à faible rayon de courbure contribuent avec d'autres à l'obtention des conditions optimales pour le refroidissement. Si toutefois une détérioration D du corps extérieur 11 est observée, notamment si une fuite d'eau est décelée dans le circuit de refroidissement extérieur , il est possible de main tenir la boîte conforme à l'invention en a c t i v i t é dans des conditions de fonctionnement tout à fait satisfaisantes, sans arrêter le haut-fourneau. Pour ce faire, on procède comme suit (figure 2). Le haut-fourneau est ralenti et l'alimentation en eau du circuit extérieur de refroidissement est interrompue,notamment par la fermeture de deux vannes en série dont l'une (50) est montée sur l'entrée 19 du passage du tube central 18. Les tuyauteries et raccords associés aux passages d'amenée 18 et d'évacuation 16 du circuit extérieur 15 sont raccordés aux passages d'amenée 28 eut d'évacuation 26 du circuit de refroidissement intérieur 25, et l'autre des deux vannes en série permettant l'alimentation en -eau du circuit 25 est réouverte. L'eau circule alors dans le circuit 25 (flèches F). La vanne 50 montée à l'entrée 19 du passage ou tube central 18 est raccordée à une pompe de refoulement d'un matériau de remplissage, notamment un béton réfractaire 51 se pré- sentant sous forme d'un coulis fluide et injecté dans le passage 18 de façon à l'obturer. La vanne 50 fixée à l'entrée 19 du passage 18 est ensuite fermée pour éviter l'éjection du béton réfractaire, puis l'on procède à la remise en allure du haut-fourneau La mise en service du conduit de refroidissement intérieur est alors terminée. La nervure 24 a une forme choisie pour que la section transversale du conduit 25 soit croissante de l'avant vers l'arrière. Cette nervure 24 est d'une seule pièce avec l'enveloppe 21 qui, notamment dans sa partie avant, présente une forme semblable à celle du corps extérieur. Le passage d'amenée annulaire 28 débouche dans la partie extreme frontale du circuit intérieur 25 et le tube central 22 raccordé à l'extrémité frontale 23 des corps intérieur de boite 20 est refroidi en permanence par le fluide passant dans le passage d'amenée 28. On retrouve donc également pour le corps intérieur de boîte 20, les conditions optimales de fonctionnement mentionnées plus haut. Bien entendu, diverses modifications ou adjonctions pourront être apportées au mode de réalisation décrit plus haut d'une boîte de refroidissement conforme à l'invention, sans pour cela sortir du cadre de protection défini par les revendications annexées. Ainsi, en ce qui concerne le procédé de mise en oeuvre du circuit intérieur de refroidissement, on pourrait injecter le produit de remplissage également dans le circuit extérieur de refroidissement 15 à partir du passage d'évacuation correspondant 17. Lorsque le produit de remplissage contient des charges métalliques, il serait alors possible d'établir rapidement un pont thermique entre les corps de boîte extérieur et intérieur 11 et 20. REVENDICATIONS 1. Boite de refroidissement pour four, notamment pour haut-fourneau comportant un corps de boîte extérieur et un corps de boîte intérieur, un circuit de refroidissement prévu dans l'espace délimité par les corps de boîte extérieur et intérieur, des nervures directrices disposées dans le circuit de refroidissement, et des passages d'amenée et d'évacuation de fluide de refroidissement raccordés au circuit de refroidissement, c a r a c t é r i s é e en ce qu'elle comprend, en outre, un deuxième circuit de refroidissement intérieur distinct du premier circuit de-refroidissement extérieur, et prévu à l'inté- rieur du corps de boite intérieur, que les deux circuits de refroidissement sont constitués chacun par des canaux hélicoidaux qui sont délimités partiellement par les nervures directrices et par le corps de boîte extérieur ou intérieur, que le circuit extérieur entoure le circuit intérieur sur toute sa périphérie et que le passage d'amenée ou d'évacuation associé au premier circuit et celui associé au deuxième circuit sont disposés coaxialement à l'intérieur des deux corps de boite. 2. Boite de refroidissement selon la revendication 1, c a r a c t é r i s é e en ce que la nervure directrice héli cordiale délimitant partiellement le circuit extérieur ou intérieur est réalisée d'une seule pièce avec le corps de boite extérieur ou intérieur et est dirigée vers l'intérieur de celui-ci. 3. Boîte de refroidissement selon l'une quelconque des revendications 1 et 2, c a r a c t é r i s é e en ce que le corps extérieur a un nez ou extrémité frontale en forme de calotte se raccordant progressivement au reste de l'enveloppe de ce corps extérieur 4. Boite selon l'une quelconque des revendications 1 à 3, c a r a c t é r i s é e en ce que les passages d'amenée du fluide de refroidissement débouchent dans les circuits de refroidissement respectifs du côté du nez ou de l'extrémité frontale de la boîte. 5. Boite selon la revendication 4, c a r a c t é r i s é e en ce que les passages d'amenée du fluide de refroidissement sont constitués par deux tubes coaxiaux ayant même axe que les corps extérieur et intérieur, le circuit de refroidissement extérieur étant relié au tube central et le circuit de refroidissement intérieur étant relié à l'espace annulaire entre les tubes coaxiaux. 6. Boîte selon l'une quelconque des revendications précédentes, c a r a c t é r i s é e en ce que le tube intérieur débouche dans le circuit de refroidissement extérieur, en regard de la calotte du corps extérieur. 7. Boîte selon l'une quelconque des revendications pré -cédentes, c a r a c t é r i s é e en ce que le circuit de refroidissement extérieur est délimité par le corps extérieur, par la nervure directrice hélicoïde et par le corps intérieur. 8. Boîte selon l'une quelconque des revendications précédentes, c a r a c t é r i s é e en ce que le circuit de refroidissement intérieur est délimité par le corps intérieur, la nervure directrice hélicoïde faite d'une seule pièce avec celui-ci et par la face externe de la partie extrême de l'un des tubes coaxiaux d'amenée ou d'évacuation du fluide de refroidissement. 9. Boite selon l'une quelconque des revendications précédentes, c a r a c t é r i s é e en ce que l'extrémité frontale du tube coaxial central se raccorde d'une seule pièce à l'ouverture centrale frontale du corps de boîte intérieur. 10. Procédé de mise en oeuvre du circuit intérieur de refroidissement d'une boîte conforme à l'une quelconque des revendications précédentes, notamment par suite d'une détérioration du corps extérieur, c a r a c t é r i s é en ce que l'on interrompt la circulation de fluide de refroidissement dans le conduit extérieur, on établit la circulation de fluide de refroidissement dans le conduit intérieur, on injecte un produit de remplissage d-ans le conduit d'amenée relié au conduit extérieur et on obture ce conduit d'amenée. 11. Procédé selon la revendication 10, c a r a c t é r i s é en ce que l'on injecte le produit de remplissage aussi dans le circuit de refroidissement extérieur à partir du passage d'évacuation correspondant afin d'établir par ledit produit un pont thermique entre les corps de boîte extérieur et intérieur.