Brevet FR2508594A1 — publié le 19821231

La présente invention concerne une gaine de protec- tion thermique, pour des parties allongées d'une struc- ture, en particulier pour protéger contre les effets du feu des tubes porteurs parcourus par un courant d' eau dans des fours industriels. Dans les fours industriels et installations annexes, il est obligatoire de prévoir une gaine de protection thermique pour divers éléments tubulaires porteurs de la structure du four Ces éléments tubulaires qui cons- tituent par exemple des montants, des colonnes de sou- tènement et des rails de guidage, sont en général re- froidis par une circulation d'eau Mais il faut cepen- dant les munir d'une gaine de protection thermique, pour atténuer l'échauffement de l'eau de refroidisse- ment, et réduire les effets du choc thermique subis au moment de l'allumage par ces éléments tubulaires qui font partie de la structure du four. Il est connu de protéger les éléments porteurs pré- cités en les garnissant de blocs profilés, ou d'une certaine épaisseur de matériaux réfractaires mouillés au préalable, ou encore de les envelopper d'un matelas de fibres céramiques Mais pour pouvoir mouiller les matériaux réfractaires qui garnissent les éléments tu- bulaires en question, il faut que ces éléments aient des formes particulières, et ce mode de protection est laborieux et onéreux Quant aux blocs profilés de pro- tection, ils demandant des dispositifs de soutien com- pliqués, tels que, par exemple, des étriers de fixa- tion de forme compliquée, qu'il faut au préalable fi- xer par soudage sur les éléments tubulaires ou autres parties de la structure à protéger, pour pouvoir monter de manière sûre les blocs de protection autour des par- ties à protéger Quant aux matelas de fibres minérales, et en particulier en fibres céramiques, leur consistan- ce tient uniquement au feutrage de leurs fibres orien- tées sensiblement dans une seule direction, avec cet inconvénient que les fibres tendent à se séparer les unes des autres, lorsqu'on enroule ces matelas suivant un faible rayon de courbure autour des éléments tubu- laires et autres parties de la structure à protéger. En outre, sous l'effet des courants gazeux qui, circu- lent dans le four, les fibres ont tendance à se déta- cher, et à être emportées par ces courants gazeux, si bien que l'épaisseur du matelas de protection diminue rapidement dans un four en service En outre, les fi- bres parallèles à la partie de la structure à protéger tendent à se vitrifier sur toute leur longueur, au détriment de l'effet isolant recherché. Le but de l'invention est de remédier aux incon- vénients que l'on vient d'exposer, pour réaliser de manière simple et très efficace une gaine de protec- tion thermique pour des parties allongées d'une struc- ture, en particulier pour des éléments tubulaires por- teurs de fours industriels, cette gaine de protection étant en outre très simple à confectionner, et présen- tant un poids très faible, tout en pouvant s'adapter aux diverses conditions de profil transversal et d' épaisseur imposées par les parties de la structure à protéger. Selon l'invention, la gaine de protection thermique définie plus haut est caractérisée en ce qu'elle com- porte un certain nombre d'éléments annulaires confec- tionnés à partir d'un matériau fibreux incombustible, tel qu'un matelas de fibres, par découpage effectué perpendiculairement à l'orientation des fibres; ces éléments sont disposés sur la partie allongée à pro- téger, de manière à s'y trouver étroitement serrés l'un contre l'autre, et à ce que les fibres de chaque élément, sensiblement orientées dans une seule direc- tion, soient transversales à l'axe longitudinal de la partie allongée à protéger, et se trouvent décalées en orientation d'un certain angle par rapport aux fibres de chacun des éléments annulaires adjacents, L'avantage de cette disposition tient au fait que les fibres constitutives des éléments annulaires de la gaine de protection sont orientées, au moins en partie, transversalement par rapport à la paroi du tube, de sorte que chaque zone d'un élément annulaire o les fibres sont perpendiculaires à la partie de la struc- ture ou au tube à protéger,assure le maintien de la zone de chacun des éléments annulaires adjacents o les fibres sont orientées tangentiellement par rapport au tube On assure ainsi une excellente cohésion de l'ensemble de la gaine de protection, et on évite en outre que les fibres parallèles à la paroi du tube soient facilement désagrégées et emportées. D'une manière avantageuse, l'orientation des fibres de chaque élément annulaire est décalée de 900 par rapport à l'orientation des fibres de chacun des élé- ments annulaires adjacents L'orientation des fibres de chaque élément annulaire varie ainsi d'un élément à l'autre, de manière à obtenir des orientations perpen- diculaires entre deux éléments voisins, dont les fibres sont transversales à l'axe longitudinal de la partie allongée de la structure à protéger. En vue d'obtenir une gaine très solide, grâce à une excellente liaison entre ses éléments constitutifs, il est avantageux d'assembler les éléments annulaires adjacents par collage de leurs faces latérales en re- gard Pour un tel collage, on emploie avantageusement un adhésif non organique à l'épreuve de l'eau et des hautes températures. Pour permettre un montage facile des éléments annu- laires de la gaine de protection, en les présentant latéralement sur la partie allongée de la structure à protéger, il est avantageux de prévoir une coupure radiale sur chacun des éléments annulaires, ou de les réaliser en plusieurs parties, et notamment en deux moitiés qu'on assemble par collage à l'endroit des fa- ces de la coupure correspondante Il est avantageux dans ce cas de confectionner les éléments annulaires par découpage, transversalement à l'orientation de leurs fibres. Les éléments annulaires peuvent présenter en profil toute forme adaptée à la partie de la structure à pro- téger et pas seulement une forme circulaire, mais aussi notamment celle d'un anneau rectangulaire, hexagonal ou ovale. On peut fixer par collage la face annulaire interne de chaque élément de la gaine de protection directement sur la partie de la structure à protéger, et par exem- ple sur la paroi d'un tube porteur à l'intérieur d'un four industriel Mais il est particulièrement avanta- geux de prévoir en ce cas un support constitué par un grillage métallique, ou un habillage en treillis métal- lique ou en métal déployé, que l'on dispose au préala- ble autour de la partie de la structure à protéger, pour y fixer ensuite par collage la face annulaire in- terne des éléments de la gaine de protection Ceci permet de rénover facilement la gaine de protection, que l'on peut au besoin remplacer ou réparer, sans que la partie correspondante de la structure à proté- ger ait à en souffrir Le grillage métallique servant de support peut être fixé de diverses manières, notam- ment par soudage, sur le tube à protéger Mais en géné- ral il suffit d'enrouler le grillage métallique, au besoin en le tendant, autour de la partie de la struc- ture à protéger. Les éléments annulaires de la gaine de protection peuvent être confectionnés par découpage à la presse, à partir de divers genres de matelas, plaques ou toisons, à base de fibres minérales D'une manière avantageuse, les éléments annulaires sont ainsi confectionnés par découpage, à la presse ou autrement, dans une toison de fibres céramiques à l'épreuve des hautes tempéra- tures, dont l'épaisseur ne doit pas dépasser 10 cm. Lorsqu'on utilise comme support un grillage nétal- lique pour y poser les éléments annulaires de la gaine de protection, il est avantageux de prévoir sur la face extérieure de ce grillage un revêtement constitué d' un agent adhésif non organique à l'épreuve des hautes températures, pour y fixer par collage la face annulai- re interne de chacun des éléments de la gaine On réa- lise ainsi un ancrage efficace des fibres minérales sur le grillage métallique. D'autres particularités et avantages de l'invention ressortiront encore de la description de quelques modes de réalisation, présentés ci-après, à titre d'exemples non limitatifs, en référence aux dessins annexés dans lesquels La figure 1 est une vue partielle en perspective avec arrachement d'une gaine de protection thermique conforme à l'invention, disposée sur un élément tubu- laire d'un four industriel, la figure 2 représente,en vue en plan par dessus, deux éléments annulaires adjacents-de la gaine de pro- tection de la figure 1, la figure 3 représente,en vue en plan par dessus, deux éléments annulaires d'un autre mode de réalisa- tion de la gainé de protection conforme à l'invention. Dans le mode de réalisation de la figure 1, l'élé- ment tubulaire porteur 10 qui fait partie d'un four industriel est parcouru intérieurement par un courant d'eau de refroidissement qui circule dans le volume interne 9 du tube Celui-ci est entouré d'un grillage métallique 11 dont les bords lla et llb sont reliés l'un à l'autre de manière à fixer solidement le gril- lage 11 sur le tube 10. Sur sa face externe, le grillage métallique il por- te un revêtement 12 enduit d'un adhésif non organique, à l'épreuve de l'eau, et résistant aux températures élevées, par exemple à base de verre soluble Sur ce revêtement 12 enduit d'une couche d'adhésif, sont col- lés un certain nombre d'éléments annulaires 13, exacte- ment ajustés autour du grillage métallique il et de l'élément tubulaire 10 du four et dont les faces laté- rales adjacentes 14 sont appliquées étroitement l'une contre l'autre Les éléments annulaires 13 sont con- fectionnés par découpage, par exemple à la presse, à partir d'un matelas de fibres de céramique, orien- tées sensiblement suivant une direction unique 15 Dans le mode de réalisation des figures 1 et 2, les éléments annulaires 13 sont circulaires et présentent une coupu- re radiale 16, transversale à l'orientation 15 des fibres de texture de ces éléments En déformant ces éléments de manière à faire coulisser l'une par rapport à l'autre les faces opposées de leur coupure radiale, on peut les présenter latéralement pour les mettre en place en les faisant glisser sur le grillage métallique recouvrant le tube 10. On voit sur la figure 1 que les éléments annulaires 13 sont montés sur le tube 10, de telle manière que la direction 15 de leurs fibres constitutives change alternativament de 900 d'un élément annulaire 13 à l'élément suivant. On encolle les éléments annulaires 13, non seulement à l'endroit de leurs faces latérales 14, mais aussi sur les faces de leur coupure radiale 16, de manière à les solidariser par collage mutuel, pour qu'ils forment un bloc solide sur le tube ainsi garni. On a représenté, sur 1 a figure 3,des éléments annu- laires 17 correspondant à un autre mode de réalisation de la gaine isolante conforme, à l'invention Les élé- ments annulaires 17 forment,chacun une pièce modulaire de profil carré, comportant deux moitiés 17 a et 17 b, que l'on fait glisser sur la partie à isoler, pour les mettre en place avant d'assembler par collage les faces 18 et 19 de leurs coupures radiales On voit sur la figure 3 que les faces 18 et 19 des coupures radiales sont transversales à la direction 15 du fibrage Dans ce cas également, on assemble les éléments annulaires 17 successifs par collage de leurs faces latérales 14, de manière à orienter la direction 15 des fibres de cha- que élément annulaire 17 perpendiculairement par rap- port à la direction des fibres de l'élément précédent. On voit que les fibres de la zone A de chaque élé- ment annulaire restent ainsi perpendiculaires par rap- port à la paroi tubulaire et que les fibres sensible- ment orientées suivant la direction 15 sont perpendi- culaires à l'axe longitudinal 20 de la partie de struc- ture à isoler, telle que le tube porteur 10 dans le cas considéré Ainsi, les fibres de chaque élément an- nulaire de la gaine se trouvent,pour la plupart,per- pendiculaires au revêtement adhésif 12 dans la zone A. Ces fibres se trouvent ainsi bien ancrées dans le revê- tement adhésif Par ailleurs les fibres de chacun des éléments annulaires de la gaine de protection ne subis- sent aucun effet de flexion, mais se trouvent enserrées entre les fibres des éléments annulaires adjacents, fibres qui leur sont perpendiculaireset auxquelles elles sont fixées par collage, si bien que les fibres des éléments annulaires de gainage ne risquent pas de se détacher du bloc ainsi assemblé On applique un traitement de vitrification à l'endroit des coupures des fibres, de manière à provoquer un léger rétrécisse ent de la gaine isolante sous l'effet de la chaleur. Bien entendu, l'invention n'est pas limitée aux modes de réalisation que l'on vient de décrire à titre d'exemples, et on peut y apporter divers compléments et variantes sans sortir du domaine de l'invention. Par exemple, on peut disposer les éléments annulai- res de la gaine de telle manière que les fibres de cha- que élément se trouvent orientées obliquement, suivant un angle aigu, par rapport aux fibres de chacun des éléments annulaires adjacents Il est également possi- ble de donner à la face périphérique des éléments annulaires un profil différent de celui de leur face interne, et de réaliser chacun des éléments annulaires en plus de deux parties On peut adapter l'épaisseur des éléments annulaires et leur profil aux conditions particulières à chaque cas, notamment pour découper les éléments suivant un profil en "I" Comme matière première de base on peut utiliser, non seulement des matelas de fibres céramiques, mais aussi des matelas ou toisons en fibres minérales Et on peut également utiliser la gaine de protection thermique conforme à l'invention pour assurer l'isolation de divers genres de tuyauteries, notamment de chauffage Il est évident en outre que le système de gainage de protection con- forme à l'invention n'est pas limité à une position ou à une orientation déterminée des parties à garnir, mais convient aussi pour gainer des parties horizontales ou obliques Enfin, au lieu d'un grillage métallique uti- lisé comme support, on peut aussi bien prendre un sup- port en treillis métallique, ou en métal déployé. REVENDICATIONS 1 Gaine de protection thermique pour des parties allongées d'une structure, notamment pour protéger con- tre le feu des tubes porteurs parcourus par un courant d'eau dans des fours industriels, caractérisée en ce qu'elle comporte un certain nombre d'éléments annulai- res ( 13, 17) confectionnés à partir d'un matelas de fibres incombustible, par découpage effectué transversa- lement par rapport à l'orientation des fibres, ces éléments annulaires étant disposés sur la partie à pro- téger, de manière à s'y trouver étroitement serrés l'un contre l'autre, et à ce que les fibres de chaque élément, sensiblement orientées dans une seule direc- tion ( 15) soient transversales à l'axe longitudinal ( 20) de la partie allongée ( 10) de la structure, et se trouvent décalées en orientation d'un certain angle par rapport aux fibres des éléments annulaires adja- cents ( 13, 15). 2 Gaine de protection conforme à la revendication 1, caractérisée en ce que l'orientation ( 15) des fi- bres de chaque élément annulaire ( 13, 17) est décalée de 900 par rapport à l'orientation des fibres de cha- cun des éléments annulaires adjacents. 3 Gaine de protection conforme à l'une des reven- dications 1 ou 2, caractérisée en ce que les éléments annulaires adjacents ( 13, 15) sont assemblés par colla- ge de leurs faces latérales contig Ues ( 14). 4 Gaine de protection conforme à l'une des reven- dications 1 à 3, caractérisée en ce que les éléments annulaires ( 13) présentent une coupure radiale ( 16). 5 Gaine de protection conforme à l'une des reven- dications 1 à 4, caractérisée en ce que les éléments annulaires ( 17) sont constitués d'au moins deux par- ties égales ( 17 a et 17 b). 6 Gaine de protection conforme à l'une des re- vendications 1 à 5, caractérisée en ce que les éléments annulaires ( 13, 17) sont confectionnés par découpage dans un sens transversal à l'orientation ( 15) de leurs fibres. 7 Gaine de protection conforme à l'une des re- ventications 1 à 6, caractérisée en ce que les éléments annulaires ( 13, 17) sont assemblés par collage à l'en- droit des faces de leur coupure ( 16, 18, 19). 8 Gaine de protection conforme à l'une des reven- dications 1 à 7, caractérisée en ce que les éléments annulaires ( 13,17) ont leurs faces annulaires internes fixées par collage sur un support, tel qu'un grillage métallique ( 11), qui entoure la partie à protéger ( 20) de la structure. 9 Gaine de protection conforme à l'une des reven- dications 1 à 8, caractérisée en ce que les éléments annulaires ( 13,17) sont confectionnés par découpage à la presse d'un matelas de fibres de céramique à l'épreu- ve des hautes températures, Gaine de protection conformeà l'une des re- vendications 1 à 9, caractérisée e, ce que le grillage, métallique ( 11) est entouré par un revêtement adhésif ( 12) comportant un agent adhésif non organique à l'épreu- ve des hautes températures, pour recevoir les éléments annulaires ( 13, 17) fixés sur le revêtement adhésif par collage de leurs faces annulaires internes.