Brevet FR2528554A1 — publié le 19831216

Panneau de refroidissement pour fours électriques à arc et procédé de fabrication dudit panneau de refroidissement La présente invention concerne un panneau de refroidissement pour fours électriques à arc, ainsi qu'un procédé pour fabriquer ledit panneau. I1 est déjà connu de faire usage dans les fours électriques à arc de revêtements en matériau réfractaire, de préférence de la brique réfractaire, sur le fond, les parois et la voûte desdits fours. Ledit matériau de revêtement se trouve consommé pendant que le four est en fonctionnement, par suite du rayonnement intense et de la température élevée qui règnent dans le four. La durée de vie en service du matériau de revêtement est en conséquence courte, en particulier au-dessus de la surface du bain fondu, si bien que ledit matériau doit être par suite remplacé à intervalles réguliers, ce qui à la fois, est coûteux et entraine des pertes de temps.Pour diminuer la nécessité de regarnir complètement les parois du four à arc, on récemment diffusé des panneaux de refroidissement spéciaux destinés à être appliqués sur les surfaces définissant l'intérieur du four au-dessus du bain de scorie. Des panneaux de refroidissement ont été ainsi à la fois disposés autour de la surface des parois, de même qu'incorporés dans la voûte du four. Lesdits panneaux de refroidissement sont ensuite recouverts d'un composé d'estampage, que l'on peut appliquer par pulvérisation et qui sert ainsi de "couche d'usure" et peut être régénérée par addition après un certain temps d'utilisation.Comme la chaleur accumulée par le composé d'estampage peut être continuellement évacuée par l'intermédiaire des panneaux de refroidissement, une couche relativement mince dudit composé est suffisante sur la surface du panneau en regard de l'intérieur du four et la durée de vie en service de ladite couche se trouve accrue par suite du refroidissement continu par l'intermédiaire des panneaux et du fait de la ciculation de l'agent réfrigérant dans ces derniers. Les panneaux de refroidissement utilisés jusqu'ici sont constitués par plusieurs tuyaux, réunis par l'intermédiaire de coudes soudés à leurs extrémités ou par des sections en U conjointement soudées de façon à former des canaux rectangulaires pour la circulation de l'agent réfrigérant. Lesdits panneaux de refroidissement se sont avérés économiques en dépit de leur coût relativement élevé et malgré le fait que leur durée de vie en service est limitée. La durée de vie en service est fortement limitée par la présence des nombreux joints soudés dans les panneaux de refroidissement, lesdits joints étant soumis à des contraintes de fatigue et commençant graduellement à fuir. La vapeur d'eau qui peut être produite lorsque l'agent réfrigérant (de préférence de l'eau) circule dans la zone à température élevée du four, peut avoir des résultats désastreux et il existe même un risque avec les températures élevées qui règnent, que l'eau soit scindée en hydrogène et oxygène, provoquant ainsi une explosion immédiate. Il est par suite vital d'empêcher une fuite de l'agent réfrigérant dans la zone à haute température. Le but principal de l'invention est de réaliser un panneau de refroidissement pour fours électriques à arc dans lequel le risque de fuite soit éliminé dans une grande mesure. Un autre but de l'invention est de réaliser un panneau de refroidissement qui ait une durée de vie en service considérablement augmentée par comparaison avec les panneaux de refroidissement connus. Encore un autre but de l'invention est de réaliser un panneau de refroidissement dont la fabrication soit moins coûteuse que celle des panneaux de refroidissement connus. Un quatrième but de l'invention est de réaliser un panneau de refroidissement dans lequel la circulation de l'agent réfrigérant se produit avec la plus faible résistance possible à l'écoulement. Un but supplémentaire de l'invention est de permettre de disposer d'un procédé de fabrication dudit panneau de refroidissement, à partir d'un flan sensiblement plat dans lequel sont prévus des canaux pour la circulation de l'agent réfrigérant. Les objectifs précités, ainsi que d'autres qui apparaitront mieux dans ce qui suit sont atteints par le panneau de refroidissement de l'invention et par le procédé de fabrication de ce dernier. Par l'utilisation d'un flan sensiblement plat dans lequel sont percés des canaux passants, les orifices des canaux à chaque extrémité du corps débouchant respectivement dans des cavités obturées de l'extérieur, on obtient des canaux de circulation ou d'écoulement d'une manière simple et pratique, qui permettent un écoulement unidirectionnel continu de l'agent.réfrigérant à travers tous les canaux percés dans ledit flan. L'agencement des tuyaux d'alimentation et d'évacuation de l'agent réfrigérant dans la même partie du panneau à l'arrière de celui-ci, offre des voies de pénétration pratiques des tuyaux dans la paroi du four ainsi que dans la voûte de celui-ci, même si les panneaux de refroidissement sont également disposés à l'intérieur dudit four. Pour des panneaux de refroidissement destinés à être utilisés pour les parois du four, il est préférable d'utiliser un plan plat rectangulaire, dans lequel on aménage des canaux de perçage horizontaux. On peut faire varier la longueur desdits flans rectangulaires. Toutefois, une longueur convenable ne doit pas être supérieure à trois mètres c'est-à-dire que pour un four électrique à arc classique d'un diamètre de six mètres, on doit utiliser six ou sept panneaux de refroidissement de l'invention. Suivant la. longueur du panneau de refroidissement, on prévoit au moins un cintrage de ce dernier pour permettre de le mettre en place étroitement contre la paroi du four. Les panneaux de refroidissement destinés à être incorporés à la voûte du four ou à être utilisés avec ce dernier, sont de préférence constitués par des flans plats conformés en segments de cercle, dans lesquels ont été percés des canaux. Le fait que la longueur des canaux de perçage diminue successivement vers le.centre du four n'affecte pas de façon appréciable la capacité d'échange de chaleur desdits panneaux, de même qu'il ne pose aucun problème dans l'obturation ou recouvrement des extrémités desdits panneaux par des feuilles métalliques dans lesquelles ont été aménagées des cavités d'écoulement. Lesdits panneaux de refroidissement destinés à être utilisés dans la voûte du four peuvent également être cintrés pour permettre de les adapter étroitement contre la surface définissant l'intérieur de la voûte du four. Les cavités permettant l'écoulement d'un canal à un canal adjacent du panneau sont aménagées de façon à s'adapter étroitement sur les orifices des canaux de chaque côté du panneau, et, par suite seuls les côtés des panneaux ont besoin d'être recouverts d'une feuille de métal pour assurer un écoulement continu de l'agent réfrigérant dans lesdits canaux. Les cavités entre des canaux adjacents peuvent également être aménagées dans les plaques latérales de couverture ou d'obturation, dans lequel cas aucune cavité ne doit être nécessairement prévue dans le panneau lui-même et une courbure convenable peut être conférée auxdites cavités pour diminuer la résistance à l'écoulement dans le système de canaux des panneaux. Il est naturellement également possible de combiner un creusement ménagé dans les côtés du panneau communiquant avec les orifices des canneaux, avec une cavité arrondie aménagée dans les plaques latérales de couverture ou obturation. Comme le panneau de refroidissement peut être réalisé à partir d'un flan homogène dans lequel sont percées une pluralité de canaux de préférence parallèles, le nombre des joints soudés nécessaires est extrêmement réduit par comparaison avec les panneaux de refroidissement classiques. Les cavités autorisant une communication entre des canaux adjacents au voisinage des extrémités de la plaque peuvent être aisément aménagées par fraisage aux extrémités de ladite plaque entre des canaux adjacents et/ou dans l'élément de couverture fixé aux extrémités du flan pour former le panneau de refroidissement final. Le cintrage requis pour réaliser une adaptation étroite du panneau le long des surfaces de délimitation intérieure du four peut être aisément effectué une fois que les canaux ont été percés. Le nombre des cintrages et leur angle sont déterminés par la longueur et le diamètre du panneau de refroidissement, ou par la courbure de la voûte du four à l'endroit où les panneaux sont destinés à être utilisés. D'autres caractéristiques et avantages de l'invention ressortiront plus clairement à la lecture de la description qui va suivre de quelques modes de réalisation donnés à titre d'exemples indicatifs mais nullement limitatifs, en référence aux dessins annexés, dans lesquels La Figure 1 représente une vue en perspective d'un four électrique à arc pourvu de panneaux de refroidissement conformes à l'invention La Figure 2 représente une vue en plan d'un panneau de refroidissement séparé qui a été cintré pour lui conférer un bon contact avec la paroi du four La Figure 3 représente une vue de côté d'un panneau de refroidissement conforme à l'invention, dans laquelle on peut voir différentes connexions entre des canaux de communication et la plaque de couverture extérieure;; La Figure 4 représente une vue de dessous d'une calotte de four, munie des panneaux de refroidissement conformes à l'invention ; et La Figure 5 représente une vue en coupe verticale d'une calotte de four selon la Figure 4, faisant apparaître la façon dont les panneaux de refroidissement ont été cintrés pour s'adapter à la surface intérieure de ladite calotte de four. En se référant à la Figure 1, on peut voir un four électrique à arc 1 dont la calotte est ôtée, faisant apparaître les panneaux de refroidissement 2 conformes à l'invention' disposés le long de la surface intérieure 4 de la paroi 3 du four. Les panneaux de refroidissement représentés dans la Figure 1 ont été cintrés une fois pour assurer leur bon contact le long de la surface intérieure 4 de la paroi 3 du four. Les panneaux de refroidissement 2 se terminent juste au-dessus du bain fondu ou ligne de scorie 5, et recouvrent ainsi la plus grande partie de la paroi 3 au-dessus de la ligne de scorie. Les panneaux de refroidissement sont de préférence suspendus le long du bord du four de façon que la surface de délimitation supérieure du panneau 2 se trouve alignée avec le bord supérieur de la paroi du four.Les canaux d'écoulement ménagés dans le panneau de refroidissement sont indiqués par des lignes en traits interrompus 6, tandis que les plaques latérales de couverture ou d'obturation des canaux sont désignées par le repère numérique 7. La Figure 2 représente un panneau de refroidissement 2' qui a été cintré deux fois de façon à lui conférer une bonne adaptation contre la paroi 3' du four. Les canaux d'écoulement 6' du panneau de refroidissement sont ainsi recouverts pas les plaques 7', soudées aux extrémités du panneau 2'. Comme il est souhaitable que l'entrée d'alimentation dans le panneau et la sortie à partir de celui-ci traversent la paroi du four sensiblement au même emplacement, un boîtier de recouvrement 8 est de préférence disposé derrière le panneau de refroidissement, la sortie 9 étant disposée à son sommet, et peut par suite être abaissée à l'arrière du panneau 2' le long de celui-ci jusqu'à la position de l'entrée 10. Celle-ci n'a pas besoin d'être située à l'endroit le plus bas. A la place, un tuyau d'alimentation peut être disposé à l'arrière du panneau le long de celui-ci. L'entrée et la sortie sont par suite bien protégées derrière le panneau de refroidissement. La Figure 3 représente différents agencements de la couverture pour l'extrémité du panneau de refroidissement 2, utilisant une plaque de couverture- 7 dans laquelle sont formées des cavités 17a et llb destinées à assurer une communication entre des canaux adjacents. L'agencement au sommet montre les canaux s'ouvrant complètement dans la surface d'extrémité du panneau, la cavitée lia étant disposée de façon à maintenir la connexion d'écoulement entre les canaux.En-dessous d'une cavité 12 se trouve réalisée, entre les canaux d'écoulement 6 du panneau de refroidissement effectif, une communication avec les orifices des canaux, tandis que l'agencement situé le plus bas dans la Figure 3 représente un autre mode de réalisation dans lequel une cavité 12b et une cavité llb de la plaque 7 assurent toutes deux une connexion d'écoulement entre les canaux. La Figure 4 représente une vue de dessous d'une voûte ou calotte de four avec des panneaux de refroidissement 2" en position. Le principe des canaux d'écoulement 6" percés est appliqué dans ce cas en conformité avec ce qui est décrit ci-dessus, de même que la disposition des plaques de couverture aux extrémités des panneaux. La Figure 5 représente un panneau de refroidissement cintré deux fois pour obtenir une forme convenable propre à s'adapter sur la surface intérieure de la calotte du four. Il est entendu que l'on peut mettre en oeuvre l'invention selon de nombreuses modifications et variantes, sans toutefois s'écarter de son cadre et de son esprit. REVENDICATIONS 1. Panneau de refroidissement pour fours électriques à arc, comprenant des canaux d'écoulement pour un agent réfrigérant, caractérisé par le fait qu'il comprend un flan (2) au moins partiellement plat dans lequel ont été percés des canaux passants (6), des cavités (11, 12) recouvertes ou obturées extérieurement ayant été aménagées de façon à communiquer avec les orifices de canaux de perçage (6) adjacents à chaque extrémité du corps, de façon à constituer des canaux d'écoulement pour un agent réfrigérant unidirectionnel, s'écoulant de façon continue à travers tous les canaux de perçage. 2. Panneau selon la revendication 1, caractérisé par le fait que des tuyaux (9, 10) pour l'alimentation et l'évacuation de l'agent réfrigérant sont disposés en communication avec une seule et même section de l'arrière du panneau (2). 3. Panneau selon 1 'une quelconque des revendications l et 2, caractérisé par le fait que ledit panneau est sensiblement rectangulaire et est pourvu de canaux de perçage (6) horizontaux pour être mis en place sur la surface (4) définissant l'intérieur d'un four électrique à arc (1). 4. Panneau selon l'une quelconque des revendications 1 et 2, caractérisé par le fait que ledit panneau est conformé sensiblement en segments de cercle pourvus de canaux passants, pour être mis en place sur la surface intérieure de la voûte d'un four. 5. Panneau selon l'une quelconque des revendications l à 4, caractérisé par le fait que le panneau (2) est pourvu d'au moins une section cintrée permettant audit panneau (2) d'être placé étroitement contre la surface définissant l'intérieur du four électrique à arc. 6. Panneau selon l'une quelconque des revendications l à 5, caractérisé par le fait que les cavités (12) sont aménagées dans le panneau lui-même, en communication directe respective avec les orifices de canaux de perçage (6) adjacents, entre ces derniers de chaque côté dudit panneau. 7. Panneau selon l'une quelconque des revendications 1 à 5, caractérisé par le fait que les cavités (11) entre des canaux d'écoulement (6) adjacents sont aménagées dans la feuille métallique de couverture (7). 8. Panneau selon l'une quelconque des revendications 1 à 5, caractérisé par le fait que les cavités (1 lob, 12b) sont aménagées à la fois dans le panneau (2) lui-même et dans la feuille métallique de couverture (7). 9. Procédé de fabrication d'un panneau de refroidissement comprenant des canaux d'écoulement pour un agent réfrigérant selon la revendication 1, caractérisé par le fait qu'on perce une pluralité de canaux longitudinaux dans une plaque d'acier homogène, que l'on aménage des cavités au voisinage de la plaque entre des canaux adjacents, après quoi on fixe des éléments de couverture à chaque extrémité du panneau. 10. Procédé selon la revendication 9, caractérisé par le fait qu'après avoir percé les canaux, on cintre la plaque au moins une fois suivant un angle dépendant à la fois de la longueur de la plaque et du diamètre du four ou de la courbure de la voûte du four, pour lequel le panneau de refroidissement est destiné.