Brevet FR2533680A1 — publié le 19840330

R$FROIDISSEUR POUR lES FOURS VR?lfCAUX la présente invention est relative aux refroidisseurs pour les fours verticaux. On connai't un refroidisseur pour les hauts fourneaux (voir le brevet d'invention du Japon n.45-14642) du type comportant des tubes de refroidissement métalliques, qui sont distancés les uns des autres et disposés en sorte que, une fois le refroidisseur est mise en place, ils se retrouvent au voisinage du blindage du four et sensiblement parallèles à la~génératrice longitudinale de ce blindage, ces tubes étant reliés entre eux par linter- médiaire d'éléments en feuilles métalliques qui leurs sont fixés par soudage les espaces libres entre les tubes de refroidissement et entre les éléments reliants ces derniers étant remplis de matériau réfractaire. les tubes de refroidissement équipant le refroidisseur consiX déré présente une longueur égale à la hauteur de la zone de refroidissement du four vertical et sont reliés les uns aux autres, dans le plan diamétral par les éléments susmentionnés, suivant toute la hauteur et suivant le périmètre du four, tout en formant une structure rigide. Cette structure rigide subit en permanence des fortes charges thermiques qui se font sentir aussi bien suivant la hauteur que suivant le périmètre du four et qui varient brusquement. Dans ces conditions, la structure ri guide, reliant les tubes les uns aux autres de la manière décrite ciZessus, devient le siege de contraintes therari- ques considérables dont lseffet se traduit normalement par le fait que les éléments reliant les tubes de refroidissement se séparent de ceux--ci, ce qui nuit à ltétanchéité aux gaz du refroidisseur et conduit à la surchauffe du blindage, pouvant causer la déformation et la destruction de celui-ci. D'autre part, le refroidisseur en question est, de par sa conception, difficile à réaliser car il exigc que tousses paramètre géométriques soient strictement observés. Cet inconvénient résulte aussi du fait que le refroidisseur considéré ne peut être construit qutà l'intérieur du four lors de la révision générale ou de la construction du four, ce qui donne un prolongement à la période de réparation (ou de construction) et né ne'oessite un qui- pement spécial pour la mise en oeuvre de ces travaux. Il ne faut pas oublier encore les conditions bien resteintes dans lesquelles on est tenu d'opérer. Notons aussi que, face à des soudures aussi longues que celles dont il s'agit en ce cas, tout un nombre de contraintes supplémentaires vient affecter la structure rigide. ors de l'exploitation du four le matériau réfractaire se désintègre et, en chutant vers le bas, met à nu les tubes de refroidissement d'où des pertes calorfiques et une consommation exagérée de carburant. ;i à nu, les tubes de refroidissement s'expdsent à l'usure par abrasion sous l'effet du courant gazeux poussiéreux et de la charge. L'invention a donc pour but de mettre au point un refroidisseur pour les fours verticaux, qui, simple au point de vue technologie de fabrication, constituerait une protection fiable du blindage de four contre lteffet nuisible de l'atmosphère reignant dans le four, grace à un nouveau mode de liaison des tubes de refroidissement en son sein, permettant d'élever sa résistance aux charges mécaniques et thermiques. Selon l'invention, le refroidisseur pour les fours verticaux comporte au moins deux tubes de refroidIssement qui sont places à distance l'un,de l'autre et sont disposés en sorte que, une fois le refroidisseur mis en place, ils se retrouvent au voisinage du blindage de four sensiblement carallèles à la généra trice lonbituoinale de celui-ci, ces tubes de refroidissement étant reliés l'un à l'autre par l'intermédiaire d'éléments en feuilles métalliques, qui leur sont fixés par snudnSe, les espaces libres entre les tubes de refroidissement et entre les éléments reliant ceu3-ci- étant remplis de matériau réfractaire, lequel-refroidisseur est caractérisé en ce que chacun des éléments susmentionnés a au moins une des ses parties terminale soudée à l'un desdits tubes de refroidissement voisins, suivant la tangente et le long de la génératrice de la surface de ce tube du côté blindage de celui-ci, et en ce que les alements, voisins l'un de 11 autre suivant la hauteur du refroidisseur, sont séparés l'un de l'autre par un intervalle le long de toute la longueur de l'élément, considérée suivant la largeur dudit refroidisseur, ce dernier étant entouré, suivant son périmètre, d'un cadre métallique dont les parois qui sont disposées le long de tubes de refroidissement, présentent des fentes ménagées sur toute la largeur de la paroi pour compenser la dilatation thermique. Cette structure permet une meilleure protection du blindage de four du fait que sa résistance aux charges mécaniques et thermiques s'est augmentée grace à la nouvelle liaison entre les tubes de refroidissement, qui fait que chacun des éléments susmentionnés a au moins une de ses parties terminales soudée au tube suivant la tangente à la génératrice de la surface de ce tube, ainsi que grace à la présence des intervalles et des fentes, respectivement, entrez les éléments en question et dans les parois dù cadre. De ce fait, la structu re du refroidisseur est devenue moins rigide mais, en revanche, elle présente une meilleure caractéristique de résistance grâce à la compensation des contraintes ther miq.ues et à l'absence de contraintes causées'par soudage. Cette conception est aussi plus commode sur le plan de fabrication du fait qu'il est plus facile d'ajusteur les éléments reliant les tubes refroidisseurs suivant la tangente que dans le plandiamétral de ces tubes, alors que les intervalles séparant lesdits éléments l'un de l'autre interrompt d'une façon naturelle le cheminement de la soudure, ce qui facilite la fabrication du refroidisseur même à l'intérieur du four. Notons ici que le refroidisseur revendiqué se Drete facilement à la fabrication hors du four dans lequel il peut ensuite etre mis en place. Cet davantage est du à l'encadrement des tubes de refroidissement c'est-à-dire au fait de les réunir en un ensemble refroidi.Il est bien évident pour l'homme de l'art que les ensembles refroidis de ce type peuvent avoir différentes dimensions dépendant des conditions d'exploitation particulieres. Tout un nombre de modifications peuvent être apportées dans le refroidisseur conforme à l'invention sans sortir du cadre de celle-ci. Par exemple, une deuxième partie terminale de chacun des éléments reliant les tubes peut être soudée à l'autre desdits tubes suivant la tangente du coté four de ce tube ou bien du côté blindage, de même que dans une zone délimitée par les tangentes tracées à partir du point de soudage d'au moins une première partie terminale vers la circonférence délimitant la surface extérieure dudit autre tube. D'autre part, les éléments reliant les tubes peuvent être. munis, du côté four, de nervures orientées dans le volume opératoire du four, ces nervures pouvant être plates aussi bien que courbées à la rencontre de la charge en descente. Il est aussi avantageux que les tubes de refroidissement soient munis eux aussi de nervures et que ces nervures soient disposées au travers de l'axe desdits tubes de refroidissement et entourent plus que la moitié de leur pourtour. Ces nervures peuvent être disposées hori zontalement, sous un angle par rapport aux tubes de refroidissement et à la rencontre de la charge en descente de nême qu' elles peuvent être courbées à la rencontre de cette charge.Cette conception a l'avantage de permettre un meilleur refroidissement du matériau réfractaire et de mieux retenir sur place la garniture et les restes du matériau réfractaire cn cas de sa destruction éventuelle, ce qui permet, dans son ensemble, de réduire les pertes calorifiques et, par conséquent, d'économiser le carburant. Il est avantageux que les nervures soient réalisées sur les éléments reliant les tubes de refroidissement et sur les tubes eux-mêmes avec un jeu entre elles permettant de compenser les contraintes thermiques. En conformité avec un autre mode de réalisation les tubes de refroidissement peuvent présenter des nervures qui, fixées par soudage, sont disposées le long de la génératrice de chacun desdits tubes, plusieurs nervures pouvant être disposées l1une après l'autre, suivant la génératrice de chacun des tubes, avec un jeu entre elles. En ce cas, on arrive à améliorer le refroidissement du matériau réfractaire. Une forme de réalisation préférée consiste en ce que les nervures disposées le long de la génératrice de chacun des tubes de refroidissement présente une section en l'T". Ces nervures permettent de réduire 11 effet destructeur exercé par les charges sur le matériau réfractaire et les tubes de refroidissement et, par là même, d'éleveur la résistance à l'usure du dispositif tout entier. es modes de réalisation qui viennent dsêtre décrits peuvent être modifiés par le fait que des tenons viennent garnir, du côté four, les éléments reliant les tubes et les nervures (ces dernières peuvent en disposer aussibien du côté four que du côté blindage). Ie fait de garnir les éléments reliant les tubes et les nervures de tenons susmentionnés contribue à l'efficacité de refroidissement et, par là même, à la tenue en service du refroidisseur. D'autre part, ces tenons permettent de retenir, partiellement1 le matériau réfractaire désintégré. l'invention sera mieux comprise et d'autres buts, détails et avantages de celle-ci apparaltront mieux à la lumière de la description explicative qui va suivre de différents modes de réalisation donnés uniquement à titre d'exemples non limitatifs avec référence aux dessins annexés dans lesquels:: 12 figure 1 est une projection frontale du refroidisseur conforme à l'invention, le matériau réfractaire ne figure pas sur cette représentation pour permettre de mieux voir les particularités de conception du refroidisseur; la figure 2 eft une coupe suivant la ligne Il-Il de la figure 1; la figure 3 est une coupe suivant la ligne III-III de la figure 1; la figure 4 est une vue analogue à celle de la figure 3 illustrant cependant un autre mode de réalisation; les figures 5, 6 et 7 représentent d'autres modes de réalisation de l'invention; la figure 8 est une vue en coupe verticale, analogue à celle de la figure 2, mais illustrant toujours un autre mode de réalisation; la figure 9 est une vue en coupe transversale du refroidisseur conforme à l'invention, établi suivant un autre mode de réalisation;; la figure 10 est un développement de la structure représentée dans la figure 9. Ia figure 1 représente un refroidisseur serv-ant à refroidir le blindage de fours verticaux, de préférence1 des hauts fourneaux. Tel qu'il est représenté en projec- tion frontale figurant ici, le refroidisseur est vu du côté regardant dans le volige opératoire du four, dit côté four, et comnolte des tubes de refroidissement en acier 1 reliés par l'intermédlaire de tubulure 2 à une source de fluide refroidisseur en circulation (non représentée). Ia figure 1 représente un refroidisseur comportant quatre tubes de refroidissement 1 ce qui n'empêche ce pensant ras ce qu'ils se présentent en nombre de deux et en forme de "X" renversé tout en coarortanb deux tronçons la et lb dont l'un, normalement le tron çon la, est disposé verticalement et l'autre, le tronçon lb, est disposé horizontaleyent. En formant sensiblement un rectangulaire fermé, ces tubes de refroidissement oer- mettent de protéger -très efficacement le blindage de four. D'autre part, les tubes de refroidissement 1, aussi bien oue les autres éléments métalliques constituant le refroidisseur, peuvent être réalisés à partir d'un autre métal ou alliage , qui convient au mieux aux conditions thermiques ou chimiques de chaaue four particulier. les tubes de refroidissement 1 sont reliés l'un à l'autre par l'intermédiaire d'éléments 3 en feuilles d'acier. Chacun des éléments 3 reliant les tubes a une première partie terminale 4 (dans le cas considéré, c'est l'extrémité du feuille formant -élément) et une deuxième partie terminale 5 qui est lRextrémité opposée de la même feuille.Comme il ressort de la figure 3, la partie terminale 4 et la partie terminale 5 de chacun des éléments 3 sont soudées chacune au tube de refroidissement 1 respectif suivant la tangente et le long de la génératrice de la surface de ce tube du coté du blindage 6 du four v les éléments 3 reliant les tubes sont disposés en sorte que -ceux qui sont voisins suivant la hauteur du refroidisseur, se voient séparés l'un de l'autre par un intervalle 7 le long de toute la longueur de chacun desdits éléments, considérée suivant la largeur du refroidisseur. Ainsi assemblés, les tubes de refroidissement 1 et les éléments 3 reliant ces tubes sont emprisonnés dans un cadre métalliaue 8 de forme sensiblement rectangulaire, qui est composée parois horizontales 9 et de parois verticales 10. les parois 9 et 10 du cadre 8 sent disposées, par rapport aux tubes de refroidissement 1, en sorte que chacune d'elles s'étend le long du tube 1 respectif ou du tronçon respectif de ce tube.En cas considéré, les parois verticales 10 s'ét-endent le long des tronçons 7a, pendant que les parois horizontales 9 le font le long des tronçons lb. les parois 9 orésentent des fentes il menagees sur toute leur largeur. les figures 1, 2 et 3 représentent un mode de réalisation du refroi disseur conforme à l'invention, caractérisé en ce qu' un intervalle vient séparer les tronçons la des tubes et les parois verticales 10; et que les éléments 3 en feuilles relient ces tronçons de tubes à ces parois. les fentes 11 (figure 1) sont disposées entre les intervalles 7, ce qui n'empêche cependant pas une réalisation où ces fentes co-incident avec lesdits intervalles.Dans ce dernier cas, on dispose d'une structure à rigidité un peu plus faible. les tubes de refroidissement 1, les éléments 3 en feuilles et le cadre 8 délimitent un volume devant recevoir du matériau réfractaire, par exemple, du béton réfractaire. Assemblé conme décrit et rempli de matériau réfractaire, le refroidisseur constitue un ensemble refroidi indépendant auquel on peut donner des dimensions indispensables et qu'on peut utiliser en tant que partie constitutive d'un plus grand refroidisseur. Fabriqués hors du four, ces ensembles refroidisseurs, dont l'obtention est de ce fait plus commode, se facilement au montage, dans le four, en vue de la construction d'un plus grand refroidisseur. Pour l'espace libre entre le refroidisseur et le blindage 6 de four, on le remplit de la manière connue. En conformité avec un autre mode de réalisation, dont la représentation est faite à la figure 4 des dessins, la deuxième partie terminale 5 de chacun des éléments 3 reliant les tubes est soudée suivant la tan gente au tubes de refroidissement 1 respectif, au côté four de ce tube. Dans ce cas, la paroi 10 du cadre 8 peut être soudée au tronçon la de la rsanière recrésentée à la figure 4. la description faite ci-dessus fait ressortir ce que la deuxième partie terminale 5 de l'élément 3 peut être soudée au tube respectif dans une zone délimitée par les tangentes tracées à partir du point de soudage de la prenière partie terminale 4 vers la circonférence délimitant la surface extérieure de ce tube, c'est-à-dire entre l'endroit de soudage de l'élément à ce tube du côté blindage (figure 3) et l'endroit de soudage du côté four (figure 4). A condition que la première partie terminale 4 soit soudée elle aussi suivant la tangente, l'assemblage de ce refroidisseur dans le four ne présentera pas de problème. En conformité avec un des modes de réalisation de l'invention, les éléments 3 reliant les tubes sont munis, du côté four, de nervures 12 (figures 1-4). l'es nervures 12 peuvent se présenter également sur les tubes de refroidissement 1, tout comme représenté à la figure 1, ou bien sur les éléments et suer les tubes reliés, comme il ressort de la figure 4. Comme il ressort de la figure 3, les nervures 12 sont disposées en travers des tubes de refroidissement 1 et entourent plus que la moitié du périmètre de ces tubes. Les nervures 12 sont disposée, dans le plan vertical, de préférence en échiquier (figure 1), ce qui permet de rendre plus efficace le, refroidissement du matériau réfractaire, la teneur en métal du refroidisseur étant relativement faible. les nervures 1? peuvent se présenter en forme de feuilles plates orientées horizontalement dans le volume opératoire du four dans les limites de l'épaisseur de ce refroidisseur (figures 1-3). Ces nervures peuvent aussi être disposées avec un anale nar rapport aux tubes des refroidissement 1 et à la rencontre de la charge en descente (figure 5) ou bien en combinaison avec les nervures horizontales (figure 6). Une autre forme de réalisation des nervures 12 est représentée à la figure 7 où elles sont courbées à la rencontre de la charge en descente. la figure 8 des dessins donne un autre mode de réalisation de l'invention, selon lequel des nervures 13 longitudinales sont soudées aux tubes de refroidissement 1, notamment à leurs tronçons verticaux la, en sorte qu'elles s'étendent en longueur le long de la génératrice des tronçons la et, an largeur, dans le volume opératoire du four. Chacun des tubes de refroi dissement 1 peut etre muni de plusieurs nervures 13 disposées avec un jeu de dilatation 14 entre elles ou bien d'une seule nervure qu'on découpe ensuite transversalement aux endroits convenables.Un des modes de réalisation prévoit la présence des nervures 13 en forme de "N" en section transversale (figure 9) ou, en d'autres termes, la ou les nervures 13 portent une planche 15 formant ailes qui leur est fixée par soudage et qui peut être découpée transversalement ou formée de plusieurs planches similaires disposées an sorte qu'un jeu 16 sépare les planches voisines (figure 8). Les coupures ou jeux 16 peuvent colncider avec les jeux 14 ou non (figure 8). Si l'on examine la figure 9, où est représenté en coupe transversale une nartie du refroidisseur conforme à 11 invention rempli de matériau réfractaire 17, on voit que les tubes de refroidissement 1 sont reliés par les éléments en feuilles 3 dont les parties terminales sont soudées à ces tubes suivant la tangente du côté blindage. Chacun des tubes de refroidissement 1 présente une nervure 13 (ou plusieurs vervures analogues disposées l'une après l'autre le long de la génératrice de la surface de ce tube en sorte qu'un jeu sépare les nervures voisines). les nervures 13 sont munies d ailes formées par les planches 15 dont les faces orientées vers le blindage présentent des tenons 18. D'autres part, des tenons analogues peuvent tre réalisés, du côté four, sur la surface des éléments 3 (figure 9). Il est aussi possible que chacun des tubes de refroidissement 1 soit muni de plusieurs nervures radiales en T ou de nervures 13 avec ailes formées par les planches 15. En fonctionnement, tir fluide refroidisseur passe par les tubulures 2 qui (figlffles 1 et 2) sont disposées en bas du refroidisseur et arrive dans les tubes de refroidisserent 1 pour recevoir la chale-ur arnonee nar le matériau réfractaire 17 sous l'effet des charges et du gaz de four. îlnsi rechauffé, le fluide refroidisseur s'évacue par les tubulure 2 disposées en haut du refroidisseur (figures 1 et 2). les tubes de.refroidissement 1 s'allongent sous l'effet de la chaleur, mais aucune contrainte ne s' fait sentir du fait des jeux 7 ménagés entre les éléments 3 et les fentes 11 pratiquées dans les parois du cadre 8. les nervures 12 i d'une part, servent d'armature pour le matériau réfractaire 17, dont l'effet est celui de réduire son usure par abrasion, et, d'autre part, elles servent dtéléments refroidisseurs réduisant la température de ce matériau et contribuant à son résistance (aptitude au travail). La forme en T des nervures longitudinales 13 permet de mieux protéger le matériau réfractaire 17 contre l'usure et de diminuer la surface de contact entre ce matériau, d'une part9 et la charge et le courant gazeux, de l'autre. Ie fait de courber les nervures 12 à-la rencontre de la charge en descente ou bien de les disposer avec un angle par rapport aux tubes de refroidissement 1 contribue à mieux retenir sur place la garniture ou, en abaence de celle Ci 9 à mieux retenir certains éléments de la charge ce qui pennet, dans le cas général de diminuer 1usure par abrasion des tubes de refroidissement 1 et.délever l'aptitude au fonctionnement du refroidisseur les tenons 18 servent eux aussi d'armature pour le- matériau réfractaire et, en même temps, exercent la fonction dl éléments extracteurs de la chaleur. Bien entendu, l'invention ngest nullement limitée aux modes de réalisation décrits et représentés qui n'ont été donnés qu'à titre d'exemple. En particulier, elle comprend tous les moyens constituant des équivalents techniques des moyens décrits ainsi que leurs combinaisons, si celles-ci sont exécutées suivant son esprit et mises en oeuvre dans le cadre des revendications qui suivent. REREIZICATIOlIS 1. Refroidisseur pour fours verticaux; comportant au moins deux tubes de refroidissement (1)- qui sont à distance l'un de l'autre et sont disposés de sorte que, une fois le refroidisseur mis en place, ils se retrouvent au voisinage du blindage (6) du four sensiblement parallèles à la génératrice longitudinale de ce blindage, ces tubes de refroidissement étant reliés l'un à l'autre par soudage par l'intermédiaire d'éléments (3) en feuilles métalligues, les espaces libres entre les tubes de refroidissement (1) et entre les éléments (3) reliant ceux-ci étant remplis de matériau réfractaire (17), c a r a c t é r i s é en ce que chacun des éléments (3) susmentionnés a au moins une de ses parties terminales soudés à l'un desdits tubes de refroidissement (1) voisins, suivant la tangente et le long de la génératnice de la surface de ce tube du côté blindage de celui-ci et en oe ç e les éléments (3) , qui sont voisins l'un de l'autre suivant la hauteur du refroidisseur, sont séparés l'un de l'autre par un intervalle (7) le long de toute la longueur de l'élément (3) considérée suivant la largeur dudit refroidisseur, ce dernier étant entouré , suivant son périmètre, d'un cadre métallique (8) dont les parois (10), qui sont disposées le long des tubes de refroidissement (1), présentent. des fentes (îî) ménagées sur toute la largeur de la paroi (10) pour compenser la dilatation thermique. 2. Refroidisseur suivant la revendication 1, c a r a c t é r i s é en ce qu'une deuxième partie terminale de chacun des éléments (3) en feuille est soudée suivant la tangente à l'autre desdits tubes de refroidissement (1) voisins,du côté blindage de celui-ci. 3. Refroidisseur suivant la revendication 2, c a r a c t é r i s é en ce aue les éléments (3) en feuille présentent, du côté four, des tentons (18). 4. Refroidisseur suivant la revendication 1, c a r a c t é r i s é en ce qu'une deuxième partie terminale de cka- cun des éléments (3) en feuille est soudée suivant la tanente à l'autre desdits tubes de refroidissement (j) du côté four de celui-ci. 5. Refroidisseur suivant la revendication 1, c a r a c t é r i s é en ce qu'une deuxième partie terminale de chacun des éléments (3) en feuille est soudée à- chacun des autres tubes de refroidissement (1) voisins dans une zone délimitée par les tangentes reliant le point de soudage de ladite partie terminale de chacun des éléments (3) à la circonférence délimitant la surface extérieure de cet autre tube de refroidissement voisin. 6. Refroidisseur suivant l'une des revendications 4 ou 5, c a r a c t é r i s é en ce que les éléments (3) sont munis, du coté four, de nervures (12). 7. Refroidisseur suivant la revendication 6, c a r a c t é r i s é en ce que les nervures (12) sont courbées à la rencontre de la charge en descente. 8. Refroidisseur suivant la revendication 1, c a r a c t é r i s é en ce que les tubes de refroidissement (1) présentent, du côté four1 des nervures (12) disposées en travers desdits tubes de refroidissement et entourent plus que la moitié de leur périmètre. 9. Refroidisseur suivant la revendication 8, c ar a c t é r i s e en ce,gue les nervures (12) sont disposées horizontalement. 10. Refroidisseur suivant la revendication 8, c a r a c t é r i s é en çe que les nervures (12) sont disposées avec un angle par rapport aux tubes de refroidissement (1) et sont orientées à la rencontre de la car- 0e en descente. 11. Refroidisseur suivant la revendicaion 8, c a r a c , é r i s é en ce que les nervures i12) ont courbées à la rencontre de la charge en descente. 12. Refroidisseur suivant la revendication on 1, c a - r a c t é r i s é en ce que les tubes de refroidissement (1) sont munis de nervures (13) qui sont soudées à ces tubes le long de leur génératrice, en sorte qu'un jeu de dilatation (14) les sépare. 13. Refroidisseur suivant la revendication 12, c a r a c t é ri s é en ce que les nervcres (13) présentent en section transversale une forme en T. 14 . Refroidisseur suivant la revendication 12 ou 13, c a r a c t é r i s é en ce que les nervures (13) sont munies de tenons (18).