Brevet FR2518244A1 — publié le 19830617

ELEMENT DE GARNISSAGE POUR RECUPERATEURS. La présente invention concerne un élément de garnissage pour des récuperateurs. Pour utiliser la chaleur contenue dans des gaz produits dans des installations industrielles opérant à température élevée, on utilise essentiellement des récupérateurs fonctionnant suivant le principe de régénération. Les récupérateurs contiennent des chambres de régénération qui sont constituées d'eléments de garnissage; les éléments de garnissage sont formés de materiaux à point de fusion élevé, et des canaux sont etablis entre les éléments de garnissage. Les différentes chambres de régénération fonctionnent de façon cyclique. Au cours d'une période, les produits de combustion passez dans les canaux et chauffent les éléments de garnissage tandis qu'au couy de l'autre période, on fait passer dans les canaux, soit de l'air de combustion froid, soit le combustible, qui sont alors échauffés par la chaleur emmagasinée dans les éléments de garnissage. Les éléments de garnissage des installations servant à la récupération de la chaleur, c'est-à-dire les régénérateurs, sont fabriqués, en fonction de la température, de la composition des gaz et de leur action corrosive et érosive :en chamotte, en mullite, en corindon, en magnésite, en magnésite de chrome ou en un autre materiau réfracta ire fabriqué par calcination. Par suite de l'augmentation sensible de la durée des installations industrielles et de l'augmentation des températures de service, l'élément de garnissage fabriqué par compression ou calcination ne permet en aucune manière de garantir, pour les chambres de régénération, la récupérationde la chaleur avec l'efficacité nécessaire et, en conséquence, il faut utiliser des matériaux plus resistants, ou bien il faut surdimensionner les chambres. Dans la demande de brevet de la République Fédérale d'allemande publiée sous le No. 2 229 656, on décrit la fabrication d'une pierre de garnissage, qui est fabriquée à partir de corindon-baddeleyit, ou bien de corindon contenant comme additif de l'oxyde de sodium. L'avantage des éléments de garnissage coulés a partir d'une masse en fusion consiste en ce que ces éléments permettent de récupérer la chaleur de façon uniforme avec un bon rendement pendant toute la periode de fonctionnement du four et de rendre pratiquement inutile un remplacement complet ou partie du garnissage de la chambre. En tenant compte du fait que les profilés coulés ont une plus grande conductibilité thermique que des profilés cal ci nés, il est possible d'obtenir un meilleur rendement de recuperation de chaleur, ce qui conduit à une économie d'énergie. Les éléments de garnissage fabriqués conformément a la demande de brevet citee ont une section en forme de croix ou d'etoile. Un inconvénient de la solution précitée consiste, cependant, en ce que les éléments de garnissage disposés en rangée ne s'adaptent pas exactement les uns par rapport aux autres, de sorte qu'il existe entre les différents éléments une zone morte où se dépose la poussière. L'adaptation mutuelle des rangées disposées l'une au-dessus de l'autre est obtenue par des bossages ou des creux formés aux extrémités des éléments de remplissage. Il en résulte que ces éléments sont assez coûteux en ce qui concerne la production, le montage et l'entretien du fait qu'ils sont extrêmement sensibles à des détériorations. L'invention a pour but de permettre la production d'un élément cou-lé à partir d'une matière réfractaire fondue, cet élément permettant de mieux satisfaire aux impératifs de fabrication par comparaison aux solutions connues et étant ainsi moins sensible à des dommages en cours de production, de montage et d'entretien et, en outre, permettant une construction et une utilisation plus simple, plus sûre et plus rapide; ledit élément permet d'obtenir en outre une plus grande surface spécifique d'échange de chaleur et possédant, pour un volume de chambre identique, une meilleure capacité thermique et, en outre, une plus grande résistance que les éléments de garnissage utilisés jusqu'à maintenant. Selon la présente invention, le problème posé est résolu en utilisant comme éléments de garnissage des profilés en H, en T ou en U, pourvus de surfaces planes de liaison, la section du profile en H se composant de deux ailes pouvant s'inscrire dans un carre et de même épaisseur et d'une partie centrale reliant les deux ailes en leur milieu et qui a une épaisseur double de celle des ailes, tandis que la section des profilés en T ou en U correspond à la section du profilé en H divisée en deux par l'unoul'autre plan de symétrie longitudinale. L'espacement entre les ailes du profile en H est avantageusement compris entre 100 et 170 mm. Dans la mise en oeuvre du procédé conforme à l'invention, on coule des oxydes ayant un point de fusion éleve, notamment une masse fondue formée de corindon de Baddeleyit, de corindon-alpha ou de mullite dans un moule, et on assure le refroidissement à une vitesse de 20 à 320C/h. D'autres buts et avantages de la presente invention apparaîtront à la lecture de la description suivante et des figures jointes, données à titre illustratif mais non limitatif. La Figure 1 est une vue en coupe et laterale du profilé en H. La Figure 2 est une vue en coupe et latérale du profilé en T La Figure 3 est une vue en coupe et latérale du profilé en U. La Figure 4 est une vue partielle des rangées impaires formées à partir des éléments de garnissage; et la Figure 5 est une vue partielle des rangées paires formées des éléments de garnissage. Comme le montre la Figure 1, la section du profilé en H se com pose des deux ailes 4, 5 pouvant s'inscrire dans un carré et de même épaisseur, et de la partie centrale 6 assurant la liaison des ailes 4, 5 au milieu et qui a une épaisseur double de celle des ailes. L'espacement entre les ailes 4, 5du profilé en H a une valeur double de la longueur des ailes 4, 5, calculée à partir de la partie centrale 6 De cette manière, des canaux de section droite carrée peuvent être formés par des profilés 1 en Hdisposes l'un à côté de l'autre Le profilé en H comporte des plans de symétrie 7 et 8. La section droite du profilé 2 en T- comme le montre la Fig. 2 correspond à la section du profile en H divisee en deux par le plan de symétrie 7. La section du profilé en U de la Fig. 3 correspond à la section du profilé en H divisee en deux par le plan de symétrie 8. Sur les Fig. 4 et 5, on a representé des rangées impaires et paires qui ont été formées à partir des éléments de garnissage conformes à l'invention dans la chambre de régénération. Les rangées impaires sont constituées de profiles en H, tandis que les rangées paires comportent, en plus des profilés 1 en H, des profilés 2en T et des profilés 3 en U Les canaux 9 ont une section droite de forme carrée. A partir des éléments de garnissage - c'est-à-dire en fonction de leurs dimensions - on peut former des canaux verticaux et horizontaux qui sont séparés l'un de l'autre et qui ont des sections différentes. Les impuretés existant dans les produits de combustion se déposent, par l'intermédiaire des canaux verticaux, dans la partie inférieure des chambres, à partir desquelles elles sont enlevées périodiquement, ou bien elles peuvent être éliminées par fusion en cas de besoin. Dans la mise en oeuvre du procédé conforme à l'invention, la masse en fusion constituée par des oxydes à haut point de fusion, notamment de corindon de Baddeleyit, de corindon-alpha ou de mullite, est coulée dans un moule et est refroidie de façon programmée. EXEMPLE 1 Un mélange homogénéisé se composant de 48 S en poids d'argile, de 48X en poids de sable de zirconium et de 4% en poids d'un additif formant du verre a éte fondu dans un four à arc électrique triphasé sous une tension de 307V et avec une puissance de 1,8 MW. On a coulé la masse en~fusion dans des moules ayant des dimensions interieures de 210 210 x 250 mm, à 1860 C, les moules ayant la forme d'un H comportant un espacement entre ailes de 150 mm, ou bien des formes de U et de T obtenues par division en deux de la forme en H. On a choisi les méthodes de moulage ou de coulée de manière que la tubulure d'admission ne se trouve pas sur les surfaces de liaison. Par refroidissement ou par isolation, on a réglé le refroidissement des profilés moules de façon que la vitesse de refroidissement reste uniforme dans la plage comprise entre 20 et 240C/heure. La densité moyenne des profilés démoulés et nettoyés a été de 3,3 kg/dm3. Les profilés en H et en U comprimés entre deux tôles d'acier parallèles avec une force de 34 kN n'ont subi aucun dommage. EXEMPLE 2 Un mélange contenant 99% en poids d'argile et 1% en poids d'additif a eté fondu dans un four à arc électrique triphasé sous une tension de 230V et avec une puissance de 2,0 ;W et a éte coulée dans des moules de la manière décrite dans l'Exempte 1. Le refroidissement des profiles a été réglé de telle sorte que la vitesse de refroidissement soit comprise entre 28 et 32 Cfheure. La densité moyenne des profilés s'est élevée à 3,2 kg/dm3. La résistance des profilés a concordé avec celle des profilés de exemple l. EXEMPLE 3 Le mélange homogénéisé se composant de 71,9% en poids d'argile, de 18,7% en poids de sable de quartz, de 7,9% en poids de sable de zirconium et de 1,5% en poids d'additif a été fondu dans un four a arc électrique, sous une tension de 237V, et avec une puissance de 1,4 tN et a été coulé à 18400C,en utilisant la méthode décrite dans l'Exempte l,dans des moules formés d'un matériau réfractaire. Le refroidissement des profilés moulés a été réglé de telle sorte que la vitesse de refroidissement soit comprise entre 24 et 28"C/heure. Au cours du contrôle de résistance, conformément a l'Exempte 1, les profilés se sont rompus sous une charge supérieure à 25 kN, ou bien il s'est produit un dommage mécanique sous l'effet de cette charge. Par comparaison aux éléments de garnissage coulés a partir d'une masse en fusion et utilises jusqu'a maintenant, les éléments de garnissage conformes à l'invention présentent de nombreux avantages. Par suite de leur forme géométrique, les profilés conformes à l'invention satisfont mieux qu'auparavant aux impératifs de production car ils sont moins sensibles à un dommage en cours de fabrication, de montage et d'entretien. Les surfaces de jonction parfaitement planes permettent un assemblage et une mise en service extrêmement rapides et sûrs. Aux points de jonction, il ne se forme aucune zone morte, de sorte qu'on élimine le risque d'accumulation des poussières. Par comparaison aux profilés connus, les éléments de garnissage conformes à l'invention comportent des surfaces spécifiques d'échange de chaleur qui sont plus favorables; en tenant compte du fait que le poids de remplissage est supérieur, la capacité calorifique rapportée au volume unitaire est également supérieure. Du fait de leur géométrie et de leur mode de refroidissement, les profilés ont une résistance bien supérieure, de sorte qu'il est possible de réaliser dans le domaine industriel des chambres de régénération à très haut rendement avec le maximum de sécurité à partir des profilés conformes a l'invention. En cas d'alternance entre l'agent de chauffage et l'agent de refroidissement, les profilés ne sont soumis à aucun dommage sous l'effet de la sollicitation thermique. Avec les profilés proposés, les canaux servant à la récupération de la chaleur peuvent etre disposés aussi bien avec un axe vertical qu'avec un axe horizontal et ils peuvent être pourvus d'une section carrée. REVENDICATIONS 1.- Elément de garnissage pour récupérateurs, notamment pour utiliser la chaleur contenue dans des gaz produits dans des installations fonctionnant à température élevée, l'élément de remplissage étant fabriqué par coulée a partir d'oxydes ayant un point de fusion élevé, principalement à partir d'une masse fondue constituée de corindon de Baddeleyit, de corindon-alpha ou de mullite, caractérisé en ce qu'il présente la forme d'un profile en H, en T ou en U (1, 2, 3) comportant des surfaces planes de liaison, en ce que la section du profilé en H (1) se compose de deux ailes (4, 5) pouvant être inscrites dans un carré et de même épaisseur, et d'une partie centrale (6) reliant les deux ailes entre elles en leur milieu, l'épaisseur de cette partie centrale étant le double de celle des ailes (4, 5), et en ce qu'en outre la section des profilés en T ou en U correspond à la section du profilé en H (1) divisée en deux par l'un ou l'autre des plans longitudinaux de symétrie (7, 8). 2.- Procédé de fabrication de l'élément de garnissage conforme à la revendication 1, au cours duquel la masse fondue formée d'oxydes à point de fusion élevé, notamment de coridon de Baddelyit, de corindon-alpha ou de mullite, est coulée dans un moule et est ensuite refroidie, caractérisé en ce que la vitesse de refroidissement est située dans la plage comprise entre 20 et 32 C/heure.