Brevet FR2481320A1 — publié le 19811030

La présente inventiunl concerne la fabrication de tuyères pour hauts fourneaux et elle a pour but d'appor- ter un perfectionnement à cette fabrication. Les tuyères de hauts fourneaux sont des buses assurant le soufflage d'air dans le haut fourneau, pendant sa marche, pour assurer la réaction nécessaire avec le coke qu'il contient. Une chaleur intense assurant le fonction- nement du haut fourneau est ainsi engendrée. Les tuyères sont soumises à des conditions opératoires très rigoureuses et il est nécessaire d'en évacuer la chaleur à très grande vitesse pendant toute la marche du fourneau. Pour cette raison, on les réalise invariablement en cuivre et, par le passé, il était courant d'en évacuer la chaleur par circu- lation d'eau dans des passages ménagés dans leurs parois et prolongés jusqu'à leur nez, c'est-à-dire dans des tronçons qui dépassent à l'intérieur du fourneau et sont donc extrg- mement vulnérables. En fait, il arrive de temps à autre qu'une tuyère soit détériorée parce que le métal en fusion transperce localement le cuivre en le brUlant au niveau du nez et débouche dans l'un ou plusieurs des passages de cana- lisation. d'eau de refroidissement. A ce moment, il faut interrompre immédiatement la circulation d'eau de refroi- dissement, ce qui provoque la destruction totale de la tuyère. Cette destruction est indésirable pour deux raisons. D'une part, la pénétration d'une grande quantité d'eau dans le fourneau provoque le refroidissement de la fonte présente dans ce dernier et l'oxydation des revêtements réfractaires en carbone. D'autre part, la nécessité d'interrompre fré- quemment la marche du fourneau pour pouvoir opérer le rem- placement de la tuyère est à la fois onéreuse et gênante. La présente invention a pour but de proposer un procédé de fabrication de tuyère de nature à atténuer au moins ces difficultés rencontrées par le passé. Suivant un aspect de la présente invention, il est prévu un procédé de fabrication de tuyère pour haut fourneau, ce procédé impliquant soit l'opération de moulage d'un corps de tuyère comportant une pluralité de tubes en- castrés au moulage de façon que ces tubes s'étendent d'une manière générale suivant la longueur dudit corps de tuyère et dans l'épaisseur de sa paroi, c'est-à-dire, qu'ils s'é- tendent vers l'arrière à partir du voisinage d'un tronçon de nez dudit corps, et l'opération ultérieure de formation d'un tuyau thermique (c'est-à-dire un élément chaudière/ condenseur) à partir de chacun de ces tubes, soit, alterna- tivement, l'opération de percement d'une série de trous dans un corps de tuyère prémoulé, ces trous s'étendant suivant la longueur du corps et dans l'épaisseur de la paroi, de manière à partir vers l'arrière du voisinage du tronçon de nez dudit corps, et l'opération ultérieure de formation d'un tuyau thermique (c'est-à-dire d'un élément chaudière/condenseur basse pression) à partir de chacun de ces trous percés et de pose d'un capuchon tubulaire oblong dans chaque trou percé, de façon que chaque capuchon s'étende au travers ou à l'in- térieur d'une cavité à eau de refroidissement pour constituer une section de condenseur (de prélèvement de chaleur)du tuyau thermique respectif. Quand le procédé implique l'en- castrement par moulage d'une série de tubes, il comporte de préférence l'opération initiale d'obturation des extrémités de tube destinées à être situées à l'extrémité de nez du corps de tuyère, effectuée avant de placer les tubes dans le moule dans lequel on doit mouler le corps de tuyère. Aussi dans le cas o le procédé implique l'encastrement par moula- ge d'une série de tubes, le procédé comporte de préférence la formation au moyen de noyaux d'une cavité annulaire à eau de refroidissement ménagée dans le corps de tuyère dans une partie située en arrière, de ce corps, c'est-à-dire à l'opposé du tronçon de nez du corps, cette cavité à eau de refroidissement étant logée dans l'épaisseur de paroi dudit corps de façon que, dans la tuyère finie, les sections de condenseurs (de prélèvement de chaleur) des tuyaux thermi- ques ou les capuchons tubulaires oblongs constituant les sections de condenseur (de prélèvement de chaleur), selon le cas, s'étendent à travers ladite cavité et puissent être refroidies par de l'eau de refroidissement mise en circula- tion dans cette cavité à travers des passages d'arrivée et de retour qui traversent une face arrière de la tuyère et pé- nètrent dans ladite cavité, les passages d'arrivée et de retour occupant de préférence des emplacements diamétrale- ment opposés dans la face arrière de la tuyère. En variante, les tubes à encastrer par moulage dans le corps de tuyère peuvent être initialement coupés à une longueur très supé- rieure à celle du corps de tuyère de façon que, lorsque la tuyère est en service, les sections de condenseur (de prélè- vement de chaleur)des tuyaux thermiques puissent 8tre re- froidies par un dispositif échangeur de chaleur entièrement situé à l'extérieur du fourneau. Suivant un autre aspect de l'invention, il est prévu une tuyère pour service en haut fourneau fabriqué par le procédé précité. Les figures du dessin annexé, donné à titre d'exemple non limitatif, feront bien comprendre comment l'invention peut être réalisée. la figure l illustre schématiquement une étape initiale d'un procédé de fabrication de tuyère selon l'in- vention la figure 2 représente la tuyère finie la figure 3 est une vue schématique montrant la structure d'un tuyau thermique; la figure 4 est une vue analogue à la figure 1, illustrant une étape initiale d'une variante de procédé de fabrication modifiée; la figure 5 représente latuyère finie; la figure 6 est une vue de détail illustrant une modification possible du procédé de fabrication selon les figures 4 et 5. On va maintenant se référer à la figure 1 des dessins, qui illustre une étape intermédiaire de la fabrica- tion d'une tuyère par un procédé selon l'invention, c'est-à- dire qu'elle représente un corps de tuyère 10 réalisé sous forme d'un moulage encuivre. Le corps présente une série de tubes encastrés 12 venus de moulage qui ont été disposés de façon à s'étendre d'une manière générale, dans le moulage résultant, suivant la longueur du corps de tuyère dans l'é- paisseur de paroi de ce dernier, c'est-à-dire qu'ils partent vers l'arrière du voisinage d'un tronçon de nez du corps de tuyère pour déboucher dans une face arrière. Le procédé com- porte aussi l'opération initiale consistant à boucher avec des tampons 14 les extrémités de tube à placer à l'extrémité de nez du corps de tuyère avant de placer les tubes dans le moule (non représenté) dans lequel on moule le corps de tuyè- re. Lors du moulage du corps 10, on définit au moyen de noyaux une cavité annulaire à eau de refroidissement 16 dans une partie dudit corps située en arrière, c'est-à-dire à l'oppo- sé du tronçon de nez, cette cavité à eau de refroidissement étant ménagée comme représenté dans l'épaisseur de paroi du corps de façon à être traversée, dans le moulage fini par les tubes encastrés 12. En considérant maintenant la figure 2 des des- sins, on voit qu'au cours d'une étape ultérieure de la fabri- cation de la tuyère, on convertit tous les tubes encastrés 12 précédemment ouverts à une extrémité en tuyaux thermiques (d'une manière bien connue du constructeur de tuyaux thermi- ques) et l'on scelle convenablement leurs extrémités demeu- rées ouvertes. A une dernière étape de la fabrication de la tuyère, on visse des passages d'arrivée et de retour (non représentés) qui s'étendent à travers la face arrière de la pièce de corps pour les faire pénétrer dans la cavité à eau de refroidissement annulaire 16, ces passages étant avanta- geusement situés en un point diamétralement opposé l'un à l'autre. 248 320 Un tuyau thermique est schématisé sur la figu- re 3 et, tel qu'on l'a représenté, il constitue un élément tubulaire bouilleur/condenseur agissant par capillarité pour renvoyer du condensat à une section d'évaporateur (d'application de chaleur) à partir d'une section de con- denseur (de prélèvement de chaleur), l'élément tubulaire étant revêtu intérieurement d'un matériau agissant en mèche. On conçoit donc que l'opération de conversion de chacun des tubes encastrés 12, précédemment ouverts à une extrémité, en un tuyau thermique comporte l'application du matériau de revêtement intérieur constituant la mèche, l'évacuation de l'air hors du tube et l'introduction dans le tube d'une certaine quantité d'un fluide actif approprié avant le scel- lement de l'extrémité ouverte du tube. Le procédé de fabrication décrit ci-dessus s'avère avantageux à divers égards. Par exemple, le fait que les tubes 12 soient encastrés au moulage dans la pièce de corps assure une parfaite transmission de chaleur de cette pièce aux tuyaux thermiques (ce qui ne serait pas le cas si les tuyaux thermiques étaient simplement introduits dans des trous percés dans la pièce de corps). Par ailleurs, on ne saurait encastrer au moulage des tuyaux thermiques finis dans la pièce de corps de la tuyère parce qu'ils seraient détruits par la chaleur dégagée par le métal en fusion au cours du moulage. On peut adopter diverses modifications sans sortir du cadre de l'invention. Par exemple, les figures 4 et 5 illustrent une variante suivant laquelle le procédé de fabrication comporte à l'étape initiale (figure 4) le perce- ment d'une série de trous 112 dans un corps de tuyère pré- moulé 100, lesdits trous s'étendant d'une manière générale suivant la longueur du corps et dans son épaisseur de paroi de manière à partir vers l'arrière du tronçon de nez du corps et à traverser la cavité à eau de refroidissement annulaire 116 ménagée au moulage dans une partie postérieure du corps. L'opération suivante (figure v) de trar sforin5tioni de chacuïn de ces trous en un tuyau thermique est encore effectuée d'une manière bien connue du constructeur de tuyaux thermiques, mais comporte la pose dans chaque trou d'un capuchon tubu- laire oblong 122, opérée de façon que chaque capuchon tra- verse comme représenté la cavité à eau de refroidissement et constitue une section de condenseur (de prélèvement de chaleur) du tuyau thermique respectif. Suivant une modification apportée a cette der- nière variante, les capuchons 122 sont un peu plus courts, comme on l'a représenté sur la figure 6, de sorte qu'ils pénètrent simplement dans la cavité à eau de refroidissement et que, quand la tuyère est en service, l'eau de refroidis- sement peut contourner leurs surfaces d'extrémités. Dans ce cas, bien entendu, il faut prévoir dans la fabrication de la tuyère une opération supplémentaire consistant à obturer au moyen de tampons 124 les trous ménagés dans la face arrière de la pièce de corps. Diverses autres variantes sont possible. Par exemple, tels qu'on les a représentés sur la figure 1, les tubes encastrés 12 sont à alésage lisse, mais bien entendu, si l'on doit donner aux tuyaux thermiques une superficie in- terne accrue pour augmenter leur pouvoir de prélèvement de chaleur, il est possible d'utiliser des tubes de formes dif- férentes, par exemple à nervures longitudinales, et qui peu- vent être soit nervurés intérieurement et à surface exté- rieure cylindrique lisse, soit nervurés en ayant une épais- seur de paroi uniforme. Il va sans dire aussi que, quel que soit le mode ultérieur de fabrication, les tubes à encastrer dans le corps de tuyère peuvent être initialement coupés à une longueur très supérieure à celle du corps de tuyère (ou encore les capuchons tubulaires oblongs 122 selon le procédé décrit à propos des figures 4 et 5 peuvent être considérablement plus lougs) de façoe que, quanid la tuyère est en service, les sections de condenseur (de prélèvement de chaleur) des tuyaux thermiques puissent 9tre refroidies par un dispositif d'échange de chaleur entièrement situé à l'extérieur du fourneau. On voit que si une tuyère fabriquée par un procédé selon l'invention se trouve détériorée en service, la chose est moins grave que selon la technique antérieure, ceci parce que la détérioration de la tuyère ne se propage pas immédiatement jusqu'à la cavité à eau de refroidissement, de sorte qu'il n'y a pas écoulement d'eau dans le fourneau. Par conséquent, la détérioration de la tuyère n'interrompt pas le fonctionnement du fourneau et ne risque pas de provo- quer un refroidissement de la fonte présente dans ce dernier ni une oxydation du garnissage du fourneau. R E V E N D I C A T-I 0 N S 1.- Procédé de fabrication de tuyère pour haut fourneau, caractérisé en ce qu'il comporte soit l'opération de moulage d'un corps de tuyère (10) comportant une plura- lité de tubes (12) encastrés au moulage de façon que ces tubes s'étendent d'une manière générale suivant la lon- gueur dudit corps de tuyère et dans l'épaisseur de sa paroi, c'est-à-dire qu'ils s'étendent vers l'arrière à partir du voisinage d'un tronçon de nez dudit corps, et l'opération ultérieure de formation d'un tuyau thermique (c'est-à-dire un élément chaudière/condenseur), à partir de chacun de ces tubes soit, alternativement, l'opération de percement d'une série de trous (112) dans un corps de tuyère prémoulé, ces trous s'étendant suivant la longueur du corps et dans son épaisseur de paroi, de manière à partir vers l'arrière du voisinage du tronçon de nez dudit corps, et l'opération ul- térieure de formation d'un tuyau thermique (c'est-à-dire d'un élément chaudière/condenseur basse pression) à partir de chacun de ces trous percés et de pose d'un capuchon tu- bulaire. oblong (112) dans chaque trou percé, de façon que chaque capuchon s'étende au travers ou à l'intérieur d'une cavité à eau de refroidissement (116) pour constituer une section de condenseur (de prélèvement de chaleur) du tuyau. thermique respectif. 2.- Procédé selon la revendication 1 de fabri- cation d'une tuyère pour haut fourneau, comportant l'encas- trement par moulage d'une série de tubes, caractérisé en ce qu'il comporte à l'étape initiale l'obturation des extrémi- tés de tube (14) à disposer à l'extrémité de nez du corps de tuyère (10), opérée avant de placer les tubes dans le moule dans lequel on doit mouler le corps de tuyère. 3.- Procédé selon l'une quelconque des reven- dications précédentes, de fabrication d'une tuyère pour haut fourneau, caractérisé en ce qu'il comporte l'encastrement par moulage d'une série de tubes (12) et la formation au moyen de noyaux d'une cavité à eau annulaire (16) ménagée dans le corps de tuyère (10), dans une partie située en arrière, de ce dernier, c'est-à-dire à l'opposé du tronçon de nez du corps, ladite cavité à eau de refroidissement étant logée dans l'épaisseur de paroi dudit corps de façon que, dans la tuyère finie, les sections de condenseur (de prélèvement de chaleur) des tuyaux thermiques - ou les capuchons tubulaires oblongs qui constituent les sections de condenseur (de prélèvement de chaleur), selon le cas, s'étendent à travers ladite cavité et puissent être refroidies par de l'eau de refroidissement mise en circulation dans ladite cavité à travers des passages d'arrivée et de retour qui traversent la face arrière de la tuyère et débouchent dans ladite cavité, les passages d'arrivée et de retour occupant des emplacements diamétrale- ment opposés dans la face arrière de la tuyère. 4.- Procédé selon l'une ou l'autre des reven- dications 1 et 2 de fabrication d'une tuyère pour haut fourneau, caractérisé en ce que les tubes (12), à encastrer au moulage dans le corps de tuyère (10) sont initialement coupés à une longueur très supérieure à celle du corps de tuyère de façon qu'une fois la tuyère en service, les sec- tions de condenseur (de prélèvement de chaleur) des tuyaux thermiques puissent être refroidies par un dispositif d'é - change de chaleur situé entièrement à l'extérieur du four. 5.- Tuyère pour haut fourneau, caractérisée en ce qu'elle comporte un corps (10) dans lequel une série de tubes encastrés au moulage s'étendent d'une manière générale suivant sa longueur dans l'épaisseur de sa paroi, c'est-à-dire qu'ils partent vers l'arrière d'une section de nez dudit corps, chacun de ces tubes étant réalisé sous forme de tuyau thermique (c'est-à-dire d'élément chaudière/ 24813.20 1 C condenseur sous basse pression). 6.- Tuyère pour service en haut fourneau, ca- ractérisée en ce qu'elle présente un corps (10) dans lequel sont percés une série de trous (112) qui s'étendent dans l'épaisseur de sa paroi et vers l'arrière à partir du tron- çon de nez dudit corps, des capuchons oblongs respectifs (122) étant insérés dans ces trous pour traverser entièrement ou partiellement une cavité à eau de refroidissement (116) ménagée dans le corps à l'extrémité de celui-ci opposée au tronçon de nez, l'intérieur de chaque trou et du capuchon associé étant réalisé sous forme de tuyau thermique (c'est-à- dire d'élément chaudière/condenseur basse pression) et les divers capuchons constituant, là ou ils traversent tout ou partie de la cavité à eau de refroidissement, des sections de condenseur (de prélèvement de chaleur) desdits tuyaux thermiques. 7.- Tuyère selon l'une ou l'autre des revendi- cations 5 et 6, caractérisée en ce qu'elle comporte une ca- vité annulaire à eau de refroidissement (16; 116) ménagée dans le corps de tuyère(10;100) dans une partie postérieure de ce corps, c'est-à-dire opposée à la section de nez de ce dernier, ladite cavité à eau de refroidissement étant logée dans l'épaisseur de paroi dudit corps de façon que les sec- tions de condenseur (de prélèvement de chaleur) des tuyaux thermiques (12) ou les capuchons tubulaires oblongs (122) constituant des sections de condenseur (de prélèvement de chaleur), selon le cas, traversent ladite cavité et puissent être refroidies par l'eau de refroidissement mise en circu- lation dans ladite cavité à travers des passages d'arrivée et de retour qui traversent une face arrière de la tuyère et débouchent dans ladite cavité, les passages d'arrivée et de retour occupant des emplacements diamétralement oppo- sés dans la face arrière de la tuyère. - 8.- Tuyère selon la revendication 5, caracté- risée en ce que les tubes encastrés par moulage dans le 1 1 corps de tuyère ont une longueur très supérieure à celle du corps de tuyère de sorte que, quand la tuyère est en service les sections de condenseur (de prélèvement de chaleur) des tuyaux thermiques peuvent être refroidies par un dispositif échangeur de chaleur situé entièrement à l'extérieur du haut fourneau.