Brevet FR2523488A1 — publié le 19830923

La présente invention se rapporte en général aux équipements pour le refroidissement des fours métallurgi- ques et a notamment pour objet un procédé de fabrication de plaques de refroidissement pour les fours métallurgiques et les plaques de refroidissement fabriquées par ce procédé. Pour le refroidissement des fours métallurgiques, par exemple des hauts fourneaux, on emploie des plaques de refroidissement en fonte dans lesquelles sont incorporés des tuyaux en acier dans lesquels circule un réfrigérant Les plaques de refroidissement de ce type peuvent comprendre aussi bien des tuyaux droits que des tuyaux en serpentin disposés en une ou deux rangées dans l'épaisseur de la plaque. Le procédé habituel de fabrication des plaques en question, en particulier pour les hauts fourneaux, consiste à placer les tuyaux refroidisseurs en acier dans un moule dans lequel on admet ensuite la fonte liquide (voir le livre e Okhlazhdenie domennykh pechei", par S.M Andoniev et al, M, Metellurgizdat, 1972). L'inconvénient de ce procédé de fabrication de plaques de refroidissement réside en l'apparition de tensions de coulée considérables dans le corps de la plaque et les tuyaux lors de 2 eur refroidissement et de contraintes thermiques importante pendant l'exploitation des plaques de refroidissement Les tensions de coulée lors du refroi- dissement des plaques sont dues aux coefficients de dilata- tion linéaire différents de la fonte et de l'acier, ces tensions étant surtout concentrées aux endroits de courbure des tuyaux à leur sortie du corps de la plaque de refroidissement Ces tensions peuvent présenter des valeurs supérieures à celles admises En présence d'une carburation, même locale, des tuyaux, il se produit à l'endroit de leur courbure une forte diminution de la plasticité de leu$nétal, ce qui conduit à leur fissuration. Lors de l'exploitation de ces refroidisseurs dans les hauts fourneaux, les variations brutales du régime thermique provoquent des contraintes thermiques supplémen- taires dans les plaques et dansleurs tuyaux Celles-ci, en s'ajoutant aux tensions apparues lors de la fabrication des plaques de refroidissement, provoquent la mise hors service prématurée desdites plaques. On connait un autre procédé de fabrication de plaques de refroidissement pour les fours métallurgiques, qui consiste' à couler séparément les différentes parties d'une plaque comportant des tuyaux refroidisseurs en métal présentant un autre coefficient de dilatation linéaire que celui du métal de la plaque (voir le certificat d'auteur URSS NO 287252). Dans ce procédé, le métal liquide est admis dans le moule en deux stades Lors du premier stade on obtient pa, moulage une plaque présentant des évidements en T, ouverts du côté arrière de la plaque Ensuite on introduit dans ces évidements les tuyaux refroidisseurs, après quoi on procède au deuxième stade de coulée, qui consiste à remplir ces évidements de métal liquide, par exemple d'un alliage d'aluminium présentant une température de fusion de 600 à 8000 C et une conductibilité thermique supérieure à celle de la fonte. Dans ce procécé utilisant un alliage d'aluminium, il ne se pose aucun problème de carburation des tuyaux, mais àleurs sorties de la plaque, les tuyaux refroidisseurs sont soumis à des tensions analogues à celles qui ont lieu lorsque les plaques sont obtenuesen un seul stade, c'est-à- dire lorsque le métal liquide est admis dans un moule contenant les tuyaux refroidisseurs. D-'autre part, le fait d'avoir recours à des métaux différents, surtour au voisinage des tuyaux refroidisseurs, conduit à l'apparition d'intervalles entre les parties de plaque constituées de métaux différents, lesquels inter- valles empêchent l'évacuation de la chaleur par les tuyaux refroidisseurs. Les plaques de refroidissement pouli es fours métal- lurgiques comprennent essentiellement une plaque métallique proprement dite et des tuyaux refroidisseurs incorporés dans cette plaque (voir, par exemple, le livre "Ustroistvo oborudovania i expluatatsia sovremennykh domennykh tsekhov" par V A Sorokin, MJ, Metallurgizdat, 1944, pp' 76-79) Les inconvénients de ces plaques de refroidissement résident enleurs poids excessif, le caractère non uniforme du travail thermique et mécanique des parties différentes de la plaque et de ses saillies d'appui, d'o résultent des contraintes thermiques considérables et des fissures qui nuisent à la durée de vie de la plaque. Parmi les inconvénients de ces plaquo Ede refroidis- sement, notamment de celles pourvues de saillies d'appui, on peut citer d'autre part le grand nombre d'ouvertures ser- vant à l'amenée et à l'évacuation du réfrigérant, ainsi que les difficultés relatives à la recherche et au débran- chement des tuyaux éventuellement troués, situés dans les saillies d'appui/ainsi que l'éventualité d'entréoesd'eau dans l'espace opératoire du four et)es perturbations qui en résultent dans le fonctionnement normal du four. On s'est donc proposé de mettre au point un procédé de fabrication de plaques de refroidissementépour les fours métallurgiques, qui permettrait d'empêcher l'apparition de tensions de coulée dans les tuyaux ainsi que la carburation de ceux-ci, et de mettre ces tuyaux refroidisseurs à l'abri des contraintes thermiques, ainsi que de mettre au point une plaque de refroidissement de conception nouvelle, douée d'une meilleure tenue en service et permettant un meilleur échange thermique. Ce problème est résolu à l'aide d'un procédé de fabrication de plaques de refroidissement de four métallur- giques, du type consistant à mouler séparément les différentes parties d'une plaque comportant des tuyaux refrddisseurs en métal présentant un coefficient de dilata- tion linéaire différent de celui du métal de la plaque, caractérisé en ce qu'avant la coulée dans le moule on place dans ce moule des cloisons de manière à former des empreintes pour l'obtention, respectivement, de la partie intermédiaire de la plaque et de ses parties comportant les sorties des tuyaux refroidisseurs, on coule le métal dans l'empreinte pourl'obtention de ladite partie intermédiaire de la plaque et, après le refroidissement du moulage obtenu jusqu'à une température sensiblement égale à la température ambiante, on admet le métal dans les empreintes pour l'obtention des parties comportant les sorties des tuyaux refroidisseurs, et, avant de couler le métal dans les empreintes pour l'obtention des parties comportant les sorties des tuyaux refroidisseurs, on place aux interfaces entre ces empreintes des garnitures de compensation. Ce procédé à l'avantage de permettre d'éviter l'apparition de contraintes dans les tuyaux, surtout aux endroits de courbure de ceux-ci; d'éviter la carburation des tuyaux là o ils sortent de la plaque, grâce à la faible quantité de fonte nécessaire au moulage des parties comportant les sorties des tuyaux, et par conséquent, grâce à la courte durée de solidifica- tion de la fonte coulée (réduction de la durée de contact des tuyaux avec la fonte liquide); de supprimer l'influence des contraintes thermiques apparaissant dans la plaque de refroidissement lors de son exploitation. Tout cela permet d'élever la tenue en service des plaques de refroidissement et de prolonger le temps de fonctionnement du haut fourneau entre les révisions. Il est possible, avant le moulage de la partie intermédiaire de la plaque, de partager l'empreinte correspondante, à l'aide de cloisons pourvues de garnitures de compensation, en au moins deux empreintes. Il est aussi possible de couler dans au moins l'une des empreintes de la partie intermédiaire un métal présentant des propriétés physiques et chimiques différentes de celles du métal admis dans les empreintes voisines. Ceci s'applique surtout au cas o la partie intermé- diaire à saillie d'appui doit être constituée par un métal à caractéristiques de résistance élevées. Le problème exposé plus haut est d'autre part résolu à l'aide d'une plaque de refroidissement pour four métal- lurgique,du type comportant une plaque métallique proprement dite et un tuyau refroidisseur incorporé dans celle-ci, laquelle plaque de refroidissement est caractériséeen ce que la plaque métallique proprement dite comporte trois parties aux interfaces desquelles sont disposées des garnitures de compensation, ces interfaces étant situées entre les sorties des tuyaux refroidisseurs, en formant ainsi la partie intermédiaire de la plaque, et au voisinage desdites sorties. Cette conception de la plaque de refroidissement permet à chacune de ses parties de fonctionner d'une manière indépendante dans des conditions de fortes varia- tions des charges thermiques, les contraintes thermiques apparaissant dans la plaque se relaxant ainsi aux endroits de jonction de toutes les parties formant la plaque, c'est-à-dire dans le plan des cloisons. Il est rationnel que la partie intermédiaire de la plaque soit à son tour divisée en au moins deux zones, une garniture de compensation étant disposée à leur interface. Il est aussi possible -que la plaque de refroidissement soit réalisée de manière qu'une partie de l'une desdites zones de ladite partie intermédiaire fasse saillie au-delà de la surface frontale de la plaque dans l'espace opéra- toire du four, ladite zone dont une partie dépasse ainsi la surface frontale de la plaque comportant au moins un tuyau refroidisseur individuel incorporé dans cette zone. Il est aussi rationnel de réaliser la plaque de refroidissement de manière qu'au moins un tuyau refroidis, seur de Jadite zone dont une partie dépasse au-delà ladite surface frontale soit en forme de boucle se refermant sur elle-même dans les limites de cette zone, de façon à for. mer un circuit de circulation fermé dont la partie S umise à refroidissement se trouve dans la zone d'action du tuyau refroidisseur de la plaque. Il est préférable que la zone comportant ladite partie dépassant au-delà ladite surface frontale soit munie de deux tuyaux refroidisseurs en boucle fermée, disposés dans les plans diagonaux de ladite surface frontale. Une telle conception de la plaque assure un refroidis- sement fiable des saillies d'appui et diminue le risque de fissuration du corps de ladite saillie et, par là même, l'éventualité d'une destruction de celle-ci D'autre part, la meilleure tenue de toutes les parties de la plaque de refroidissement accroît la durée de vie de celle-ci et par conséquent la période de fonctionnement du haut fourneau entre les révisions. Il convient aussi de noter que cette conception de la plaque de refroidissement permet d'éviter les travaux pénibles de recherche et de débranchement des tuyaux refroidisseurs éventuellement troués de la saillie d'appui, car ceux-ci ne communiquent avec aucun système d'alimentation en eau extérieur, ainsi que d'empêcher 2 es arrivées d'eau dans l'espace opératoire du four en cas d'endommagement des tuyaux de refroidissement incorporés dansla saillie d'appui. L'invention sera mieux comprise et d'autres buts, détails et avantages de celle-ci apparaîtront mieux à la lumière de la description explicative qui va suivre de diffé- rents modes de réalisation donnés uniquement à titre d'exemples non limitatifs avec références aux dessins non limitatifs annexés dans lesquels: la figure 1 est une vue du côté arrière d'une plaque de refroidissement conforme à ltinvention; la figure 2 est une vue en coupe suivant II-II de la figure 1; la figure 3 représente un autre mode de réalisation de la plaque de refroidissement conforme à l'invention (vue du côté arrière de la plaque); la figure 4 est une vue en coupe suivant IV-IV de la figure 3; la figure 5 est une vue latérale de la plaque conforme à l'invention, suivant un autre mode de réalisation de celle-ci; la figure 6 est une vue latérale d'une plaque de refroidissement selon l'invention, munie d'une saillie d'appui; la figure 7 est une vue latérale d'une partie de plaque de refroidissement munie d'une saillie d'appui suivant une variante de réalisation; la figure 8 est une vue en coupe suivant VIII-VIII de la figure 7; la figure 9 est une vue latérale d'une partie de plaque de refroidissement munie d'une saillie d'appui suivant une autre variante de réalisation; la figure 10 est une vue suivant la flèche A de la figure 9. Le procédé de fabrication de plaques de refroidissement de four métallurgique consiste, selon l'invention, à couler le métal liquide, par exemple la fonte, séparément pour obtenir les différentes parties de la plaque. A cet effet, on dispose des tuyaux refroidisseurs dans un moule approprié Ensuite on place dans ce moule des cloisons munies de garnitures de compensation constituées par exemple d'amiante On obtient ainsi des empreintes ou enceintes de moulage destinées, respectivement, au moulage de la partie intermédiaire de la plaque et de sa partie comportant les sorties des tuyaux refroidisseurs. Chaque empreinte servant à mouler la partie intermédiaire de la plaque peut, d'autre part, être divisée à l'aide de cloisons muniesde garnitures en amiante à effet compensa- teur Ces empreintes peuvent être au moins au nombre de deux. Dans le moule ainsi préparé on coule de la fonte liquide à une température de 1180 à 12200 C D'abord on coule la fonte dans l'empreinte servant à l'obtention de la partie intermédiaire de la plaque On obtient cette empreinte en bourrant les empreintes voisines d'une matière appropriée Après refroidissement de la fonte admise dans l'empreinte mentionnée jusqu'à une température non supérieure à 2000 C, on l'extrait de l'empreinte et, après avoir éliminé la matière de bourrage des empreintes voi- sines, on coule dans celles-ci de la fonte liquide Avant de couler la fonte dans lesdites empreintes voisines (c'est-à-dire dans les empreintes pourle moulage des parties de la plaque de refroidissement comportant les sorties des tuyaux refroidisseurs), on place -à l'interface desdites empreintes des garnitures en amiante à effet compensateur. Si l'empreinte pour l'obtention de la partie intermédiaire de la plaque a été divisée au préalable en au moins deux empreintes, au moins l'une de celles-ci peut être remplie d'un métal présentant d'autres caractéristiques physiques et chimiques que celui coulé dans les empreintes voisines. Le procédé décrit permet de fabriquer des plaques de refroidissement sensiblement conformes aux dessins annexés. Comme représenté sur les figures 1 à 4, la plaque de refroidissement comporte une plaque métallique 1 proprement dite dans laquelle est incorporé un tuyau refroidisseur 2 ' A l'aide de garnitures en amiante 3 à effet compensateur, la plaque métallique 1 est divisée en trois parties 4, 5 et 6, les garnitures 3 étant disposées entre les sorties 7 des tuyaux refroidisseurs 2, au voisinage de celles-cide manière à délimiter la partie intermédiaire 5 de la plaque Le tuyau refroidisseur 2 incorporé dans la plaque de refroidissement peut être droit (figure 1 et 2) ou bien en serpentin (figures 3 et 4) Les figures 1 et 2 représentent une plaque de refroi- dissement comportant des tuyaux refroidisseurs 2 de forme droite Les garnitures de compensation 3 disposées, comme déjà mentionné, entre les sorties 7 des tuyaux refroidis- seurs 2, au voisinage de celles-ci,divisent la plaque de refroidissementen trois parties rectangulaires 4, 5 et 6 Les figures 3 et 4 représentent une autre plaque de refroidissement dont les tuyaux refroidisseurs sont disposés en serpentin 2 Comme dans le cas précédent, les garnitures de compensation 3 divisent la plaque de refroidissement en trois parties rectangulaires 4, 5 et 6 Cependant, compte tenu de la forme qu'ont les tuyaux refroidisseurs dans ce cas particulier, les garnitures sont courbées sous un angle en vue de diminuer les tensions de coulée au voisinage des sorties des tuyaux refroidisseurs. La figure 5 représente une plaque de refroidissement dont la partie intermédiaire 5 est partagée en une première zone 5 a et une deuxième zone 5 b;' Une garniture de compen- sation 8 est disposée à l'interface de ces deux zones. La figure 6 représente une plaque de refroidissement munie d'une saillie d'appui 9 Cette plaque de refroidis- sement est réalisée sensiblement de la même manière que celle représentéesur la figure 5 Cependant, une partie de la zone 5 b se prolonge en saillie au-delà de la face frontale de la plaque, dans l'espace opératoire du four, et sert de saillie d'appui 9 Dans la zone 5 b est incorporé un tuyau refroidisseur individuel 10 Les figures 7 et 8 représentent une plaque de refroidissement munie d'une saillie d'appui 9 et réalisée d'une manière sensiblement analogue à celle illustrée sur la figure 6 Cependant, le tuyau refroidisseur incorporé dans la zone 5 b et indiqué par le chiffre de référence il es un tuyau en boucle se referment sur lui-même dans les limites de cette zone de manière à y former un circuit de circulation fermé La partie à refroidir de ce tuyau se trouve dans la zone d'action du tuyau refroidisseur 2 de la plaque. Les figures 9 et 10 représentant une plaque de refroidissement munie d'une saillie d'appui 9 et réalisée d'une manière sensiblement analogue à celle illustrée sur la figure 6 Cependant, la zone 5 b présentant la saillie d'appui 9 contient deux tuyaux en boucle fermée 12 qui sont disposés dans des plans diagonaux passant par les diagonales de la surface frontale de la zone 5 b présentant la saillie d'appui 9. Le procédé conforme à l'invention permet de fabriquer des plaques de refroidissement de conception nouvelle douées de meilleures caractéristiques d'exploitation, à savoir: fonctionnement indépendant de chacune des parties de la plaque de refroidissement dans des conditions de fortes variations des charges thermiques: une relaxation des contraintes thermiques a lieu aux endroits de jonction de toutes les parties formant la plaque, c'est-à-dire dans le plan des cloisons; refroidissement fiable des saillies d'appui, diminution du risque de fissuration du corps de la saillie et, par conséquent, de destruction de celle-ci Cette cir- constance, ainsi que la meilleure résistance à la chaleur de toutes les parties de la plaque, prolongent la durée de vie de la plaque et par conséquent la période de fonc- tionnement entre les révisions du haut fourneau. Il convient de noter que l'emploi des plaques de refroidissement conformes à la figure 7 permet d'éviter les travaux pénibles de recherche et de débranchement de tuyaux refroidisseurs éventuellement troués situés dans la saillie d'appuicar ces tuyaux ne sont reliés à aucun système extérieur d'alimentation en eau De telles plaques de refroi- dissement excluent aussi l'arrivée incontrôlée d'eau dans l'espace opératoire du four en cas d'endommageoent desdits tuyaux. R E V E N D I C A T I O N S 1 Procédé de fabrication de plaques de refroidissement de four métallurgique, du type consistant à mouler séparé- ment différentes parties d'une plaque contenant des tuyaux refroidisseurs constitués d'un métal présentant un autre coefficient de dilatation linéaire que celui du métal de ladite plaque, caractérisé en ce qu'avant la coulée en moule on place dans celui-ci des cloisons de manière à former des empreintes ou enceintes de moulage 4.5,6 pour l'obtention, respectivement, de la partie inter- médiaire ( 5) de la plaque et de ses parties ( 4 et 6) comportant les sorties des tuyaux refroidisseurs ( 2), on coule lemétal liquide dans ladite empreinte pour l'obten- tion de ladite partie intermédiaire de la plaque et, après refroidissement du moulage ainsi obtenu jusqu'à une température sensiblement égale à la température ambiante, on admet le métal liquide dans les empreintes pour l'obtention des parties de plaque comportant les sorties des tuyaux refroidisseurs, après avoir placé des garni- tures de compensation ( 3) aux interfaces de ces empreintes. 2 Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'avant le moulage de la partie intermédiaire ( 5) de la plaque, l'empreinte pour l'obtention de cette partie inter- médiaire est divisée, à l'aide de cloisons munies de garnitures de compensation ( 8), en au moins deux empreintes ( 5 a, 5 b), 3 Procédé selon l'une des revendications 1 et 2, caractérisé en ce qu'on coule dans au moins l'une desdites deux empreintes ( 5 a, 5 b) de ladite partie intermédiaire de la plaque un métal présentant des propriétés physiques et chimiques différentes de cellesdu métal admis dans les empreintes voisines. 4 Plaque de refroidissement de four métallurgique, obtenue par le procédé selon l'une des revendications 1, 2 et 3, du type comportant une plaque métallique ( 1) proprement dite et un tuyau refroidisseur ( 2) incorporé dans celle-ci, caractériséeen ce que la plaque métallique ( 1) comprend au moins trois parties ( 4), ( 5) et ( 6) aux interfaces desquelles sont disposées des garnitures de com- pensation ( 3), ces interfaces étant situées entre les sorties ( 7) des tuyaux refroidisseurs ( 2), de manière à former une partie intermédiaire ( 5), et au voisinage desdites sorties ( 7). Plaque de refroidissement selon la revendication 4, caractérisé en ce que sa partie intermédiaire ( 5) est divisée en au moins deux zones ( 5 a) et ( 5 b) à l'interface desquelles est disposée une garniture de compensation ( 3)- 6 Plaque de refroidissement selon l'une des reven- dications 4 et 5, caractérisée en ce qu'une partie de l'une ( 5 b) desdites zones de la partie intermédiaire ( 5) se prolonge en saillie audelà de la surface frontale de la plaque de refroidissement dans l'espace opératoire du four, ladite zone ( 5 b) comportant au moins un tuyau refroi- disseur individuel ( 10) incorporé dans son corps-. 7.e Plaque de refroidissement selon la revendication 6, caractérisée en ce qu'au moins l'un des tuyaux refroi- disseurs ( 11) situés dans ladite zone ( 5 b) dont une partie se prolonge au-delà deladite surface frontale de la plaque, est en forme de boucle se refermant sur elle-même dans les limites de cette zone de façon à former un circuit de circulation fermé dont la partie soumise à refroidissement se trouve dans la zone d'action du tuyau refroidisseur ( 2) de la plaques; 8 Plaque de refroidissement selon la revendication 7, caractérisée en ce que ladite zone ( 5 b) comporte deux tuyaux refroidisseurs en boucle fermée ( 12) disposés dans les plans diagonaux passant par les diagonales de ladite surface frontale.