Brevet FR2532399A1 — publié le 19840302

*-1 - PREFORMES ISOLANTS POUR LE GAINAGE DE TUBES REFROIDIS DANS DES INSTALLATIONS DE CHAUFFAGE La présente invention se rapporte à des préformés isolants pour le gainage de glissières tubulaires, de tubes porteurs ou de tubes transversaux refroidis, dans les ins- tallations de chauffage, ces préformés isolants étant cons- titués par des pièces profilées fixées sur les tubes, di- visées radialement et réalisées en différents matériaux ré- fractaires. L'aménagement de constructions servant au support et au transport et qui sont nécessaires dans les foyers, les chambres de combustion, les zones de chauffage et les carneaux de gaz de fumée des installations de chauffage de différents types nécessite dans la plupart des cas un re- froidissement des éléments de construction par circulation d'air, d'eau ou de vapeur Ainsi, par exemple, les foyers des fours de réchauffage chauffés par en dessus ou par en dessous de l'industrie de l'acier (fours à longerons mobi- les, fours poussants, etc) sont formés de tubes ronds ou rectangulaires quisl ils sont horizontaux, sont appelés glissières tubulaires, tubes porteurs ou tubes transversaux, et s'ils sont verticaux, tubes droits Pour le refroidis- sement de ces tubes, on distingue entre le refroidissement par un réfrigérant ou le refroidissement par vaporisation selon le type de refroidissement, on envoie de l'eau, ou de la vapeur surchauffée dans l'ensemble du système tubulaire. Pour réduire les pertes de chaleur élevées du four en résultant et par conséquent augmenter son rendement, et aussi pour empêcher autant que possible les effets négatifs du refroidissement des tubes sur le produit à réchauffer (brames, lingots, lorgets, billettes, etc), il faut que les tubes soient en général gainés, c'est-à-dire isolés Il y a toutefois lieu de tenir compte à cet égard, qu'en plus des sollicitations thermiques il se produit également des sollicitations mécaniques plus ou moins fortes qui peuvent -2- être constituées par des attaques de calamine ou de lai- tier ou provoquées par des dilatations, des flexions et des vibrations du système tubulaire Par ailleurs, il est ab- solument indispensable de diminuer autant que possible l'épaisseur de l'enveloppe isolante du tube, en particulier dans le cas des tubes porteurs et des glissières tubulaires, afin de réduire à un minimum la surface d'ombre de la face inférieure chauffée du produit à réchauffer. Les brevets américains 2 693 352 et 3 781 167, le brevet allemand 2 125 885 et la demande de brevet autri- chien 552/1979 décrivent des préformés isolants de ce type. Les pièces profilées sont réalisées en matériaux compacts et réfractaires dans lesquels sont noyées des armatures en acier Ces préformés, en raison de la grande conductibili- té thermique des matériaux compacts et réfractaires, ont de faibles valeurs d'isolation thermique Par ailleurs, les vibrations provenant du système tubulaire et se réper- cutant sur l'armature en acier provoquent fréquemment la rupture des pièces profilées inélastiques à joints rigides. Pour améliorer les coefficients d'isolation ther- mique, on a essayé d'utiliser des préformés isolants for- més de mats de fibres céramiques Ces minces mats insérés en tant que couches intermédiaires entre le tube et la pièce profilée rigide constituent toutefois, d'une part, un affaiblissement de la pièce profilée et provoquent d'autre part, une augmentation de la surface d'ombre pro- jetée sur le produit à réchauffer Les mats en fibres cé- ramiques seuls n'assurent pas une résistance adéquate ni une stabilité suffisante aux vibrations. L'invention a par conséquent pour objet de réali- ser des préformés isolants du type précité qui soient en mesure de répondre aux diverses sollicitations régnant dans les différentes zones périphériques du tube et soient faciles à monter et à démonter. Avec des préformés isolants du type précité, ce 3- résultat est atteint selon l'invention par le fait que les pièces profilées inférieures sont-préfabriquées en un ma- tériau fibreux céramique et les pièces profilées supéri- eures en un matériau-céramique à haute résistance, et que les pièces profilées supérieures recouvrent par en haut les pièces profilées inférieures Les pièces profilées, côté inférieur du tube, ont une faible conductibilité th'er- mique, une faible capacité thermique, une grande résistan- ce aux variations de température et un faible poids Les pièces profilées inférieures assurent donc une grande iso- lation thermique Par ailleurs, leur structure n'est pas rigide, mais présente une certaine flexibilité, Elles sont donc assez insensibles aux vibrations du tube Les pièces profilées côté supérieur sont par contre résistantes aux attaques de calamine et de laitier et protègent donc les pièces profilées inférieures contre de telles attaques, Les pièces profilées supérieures sont de préférence réali- sées en matériaux réfractaires à base de silicate d'alumine, de carbure de silicium, de magnésite, etc. Dans un mode de réalisation préféré, de l'invention, les pièces profilées inférieures s'étendent sur plus de 1800, cependant sur moins de 2700, de préférence sur envi- ron 2400,-autour de la périphérie du tube et les pièces pro- filées supérieures s'étendent jusqu'aux tangentes vertica- les des pièces profilées inférieures On arrive ainsi à ce que les pièces profilées inférieures particulièrement ther- miquement isolantes s'étendent sur une grande partie de la périphérie du tube et que les pièces profilées supérieures recouvrent toutefois entièrement les pièces profilées in- férieures et les protègent ainsi efficacement contre les attaques de calamine ou de-laitier Pour améliorer l'iso- lation thermique dansla zone des pièces profilées supé- rieures, celles-ci comportent des nervures tournées vers le tube et entre lesquelles sont inséréesdes bandes de fi- bres céramiques ou analogues. -4- Dans un mode de réalisation préféré de liinvention, des consoles en tôle servant de surfaces d'appui aux piè-. ces profilées supérieures sont soudées-sur les tubes Les pièces profilées supérieures ne fatiguent donc pas les pièces profilées inférieures et peuvent être remplacées indépendamment de celles-ci. Comme elles ne doivent supporter que leur propre poids qui est faible les pièces profilées inférieures peuvent par conséquent être appliquées sur les tubes au moyen de colles ou de ciment réfractaire durcissant à froid. Elles peuvent aussi être assujetties au moyen d'étriers de retenue fixés sur les tubes. Selon une autre particularité de l'invention, des armatures sont noyées dans les pièces profilées inférieures. Dans ce cas, il est préférable que l'armature comporte des crochets qui, pour la fixation des pièces profilées sur le tube, s'engagent dans des pattes ou lamelles fixées sur ce dernier. Les pièces profilées inférieures sont de préférence soumises à un traitement thermique avant le montage afin qu'elles ne se contractent pas ou peu sous l'effet des sol- licitations dues aux températures On exclut ainsi la dis- location des joints et-les ponts thermiques Les pièces profilées supérieures sont de préféren- ce réalisées en forme de-pignon pour empêcher les détério- rations provoquées par le produit à réchauffer ou les col- lages de laitier. Selon une autre caractéristique de l'inventions deux pièces profilées supérieures symétriques et deux piè- ces profilées inférieures également symétriques sont pré- vues dans le sens de la périphérie du tube. L'invention sera mieux comprise à l'aide de la des- cription de modes de réalisation pris comme exemples, mais non limitatifs, et illustrés par le dessin annexé, sur le- quel -5- la figure 1 représente en coupe partielle un tu- be avec préformés isolants; la figure 2 représente des pièces profilées su- périeures vues par en dessous dans le sens de la flèche A selon la figure 3; la figure 3 représente une coupe des pièces pro- filées supérieures; - la figure 4 représente une pièce profilée infé- rieure moulée sous vide;- la figure 5 représente une pièce profilée selon la figure 4 avec armatures incorporées; la figure 6 représente une pièce ptofilée infé- rieure formée de bandes de matériau fibreux céramique la figure 7 représente une pièce profilée infé- rieure analogue à la figure 6, mais avec autre disposition des bandes et armatures incorporées; la figure 8 représente un moyen de fixation pos- sible d'une pièce profilée inférieure sur le tube; la figure 9 représente un-moyen de fixation pos- sible d'une pièce-profilée inférieure avec armatures incor- porées; la figure 10 représente une vue agrandie du moyen de fixation selon la figure 9; la figure 11 l représente un moyen de fixation pos- sible de pièces profilées inférieures, en particulier celle de la figure 7. Un tube 1 disposé horizontalement dans un foyer com- porte des cavaliers 2 servant-à supporter le produit à chauf- fer Le tube 1 est parcouru par un réfrigérant. Sur la surface externe du tube 1 sont fixées des consoles radiales 3 qui sont respectivement placées sous un angle W d'environ 30 (voir figure 1) par rapport à l'axe horizontal du tube 1 Sur les consoles 3 reposent des pièces profilées supérieures 4 et 5 Les deux pièces profilées 4 et 5 forment ensemble un recouvrement en forme de pignon -6- (voir figure 3) Dans la zone des cavaliers 2, les pièces profilées 4, 5 sont munies d'évidements correspondants 6 et 7 (voir figure 2) Les pièces profilées supérieures 4 et 5 comportent des nervures 8, 9 et 10, sur leur face in- férieure Entre ces nervures 8, -10 et 9, 11 est insérée une couche isolante 1-2 formée de bandes de fibres cérami- ques (voir figure 1) - Les pièces profilées 4 et 5 sont réalisées en ma- tériaux réfractaires, denses et résistants à l'usure à base de silicate d'alumine, de carbure de silicium, de magnésite ou analogues. Les préformés isolants comprennent en outre des pièces profilées inférieures 13 et 14 Celles-ci sont réa- lisées en un matériau fibreux céramique Par rapport aux pièces profilées 4 et 5, elles présentent donc une conduc- tibilité thermique particulièrement faible et une faible capacité thermique. Les pièces profilées inférieures 13 et 14 sont res- pectivement fabriquées d'une seule pièce par un procédé de moulage sous videpuis soumises à un traitement thermique et revêtues d'une couche de peinture protectrice sur leur surface extérieure sujette aux sollicitations (voir figu- res 4 et 5) La couche de peinture protectrice peut être à base de carbure de silicium, d'alumine ou autres produits de remplissage Dans chaque cas elle est durcissable à froid. Les pièces profilées inférieures 13 et 14 peuvent aussi être préfabriquées en bandes individuelles 15 (voir figures 6 et 7) Dans ce cas, le traitement thermique est supprimé Les surfaces extérieures sujettes aux sollicita- tions sont revêtues d'une couche de peinture protectrice du type déjà décrit. Les pièces profilées inférieures 13 et 14 se tou- chent au niveau du joint 16 La pièce profilée inférieure 13 jouxte la pièce profilée supérieure 4 au niveau du joint 17 La pièce profilée inférieure 14 jouxte la pièce profi lée supérieure 5 au niveau du joint18 Pour que les joints 17 et 18 soient aussi étroits que possible, les pièces profilées 13 et 14 présentent des décrochements 19 et 20 destinés à recevoir les consoles 3. Pour recouvrir complètement par en haut les pièces profilées 13 et 14, les bords 4 ' et 5 ' des pièces profilées supérieures 4 et 5 s'étendent jusqu'aux tangentes verti- cales T des pièces profilées 13 et 14 - Le joint 16 et le joint supérieur 21 entre les deux pièces profilées 4 et 5 ainsi que les joints formés entre les évidements 6 et 7 et les cavaliers 2 et les joints des pièces profilées, vus dans le sens longitudinal du tubes sont scellés avec un ciment'réfractaire. La longueur des différentes pièces profilées 4, 5 t 13, 14 est de préférence calculée pour qu'à chaque fois trois pièces profilées soient utilisées par mètre courant de tube. Pour augmenter la stabilité des pièces profilées inférieures 13 et 14, des armatures métalliques 22 sont in- sérées dans celles représentées dans les exemples de réali- sation suivant les figures 1, 5," 7. Les pièces profilées 13 et 1 4 peuvent être collées directement sur le tube au moyen d'un adhésif durcissable à froid Elles peuvent cependant être aussi assujetties au tube 1 au moyen de fixations mécaniques De telles fixa- tions sont représentées sur-les figures 8-à 11. Dans les exemples de réalisation selon les figures 8 à 10, des lamelles 23-, dans lesquelles peuvent s'engager des cornières en tôle 24, sont soudées sur le tube 1. Dans l'exemple de réalisation de la figure 8, la cornière 24 comporte des pointes 25, 26 disposées dans le- sens longitudinal du tube Ces pointes 25 et 26 s'enfoncent dans le matériau des pièces profilées 13 et 14 De cette façon, chaque cornière 24 maintient respectivement deux pièces profilées 13 et 14 au niveaux de leurs bords tournés l'un vers l'autre; La possibilité de déplacement des cor- nières 24 dans les lamelles 23 permet de compenser les to- lérances de longueur. Dans l'exemple de réalisation des figures 9 et-10, sur la cornière 24 est fixé un manchon tubulaire 27 faisant saillie des deux côtés dans le sens de la longueur du tube. Le manchon 27 est conçu de façon que dans chacune de ses extrémités puissent s'engager les armatures métalliques 22 en forme de barres des pièces profilées voisines 13 et 14. Ce mode de fixation est surtout recommandé lorsque les pré- formés isolants sont exposés à des vibrations particulière- ment fortes. Dans le mode de réalisation selon la figure 11-, des crochets 28 sont disposés sur la surface extérieure du tube 1 Sur ces crochets on peut fixer des pièces profilées 13 et 14 qui, sur leur face interne, comportent un revêtement métallique constitué par un métal déployé 29, une tôle per- forée ou analogue rigide à la flexion. En cas d'usure, les pièces profilées supérieures 4 et 5 et les pièces profilées inférieures 13 et 14 peuvent être remplacées indépendamment les unes des autres Les pièces profilées supérieures 4 et 5 ne reposent pas sur les pièces profilées inférieures 13 et 14, mais sur les conso- les 3 On peut par conséquent les enlever facilement des consoles 3 et les remplacer sans avoir à démonter les piè- ces profilées inférieures 13 et 14 De'la même-façon, les pièces profilées inférieures 13 et 14 peuvent être rempla- cées séparément. Les pièces profilées supérieures 4 et 5 sont extrê- mement résistantes aux attaques par le laitier Elles pro- tègent les pièces profilées inférieures 13 et 14 contre de telles attaques Les pièces profilées inférieures 13 et 14 assurent principalement l'isolation thermique du tube 1. 9- REVENDICATIONS 1. Préformés isolants pour le gainage d'une glis- sière tubulaire, d'un tube porteur ou d'un tube transver- sal refroidi, d'une installation de chauffage, ces préfor- més isolants étant constitués par des pièces profilées fi- xées sur le tube, divisés radialement et réalisées en un matériau réfractaire, caractéresés par le-fait que les pièces profilées inférieures ( 13, 14) sont préfabriquées en un matériau fibreux céramique tandis que les-pièces pro- filées supérieures ( 4, 5) sont préfabriquées en un matériau céramique à haute résistance et recouvrent par en haut les pièces profilées inférieures ( 13-, 14): = 2. Préformés isolants selon la revendication 1, caractérisés par le fait que les pièces profilées inféri- eures ( 13, 14) s'étendent sur plus de 180 , cependant sur moins de 270 , de préférence sur environ 240 , autour de- la périphérie du-tube ( 1) et que les pièces profilées su- périeures ( 4, 5) s'étendent jusqu'aux tangentes verticales (T) des pièces profilées inférieures ( 13, 14). 3 Préformés isolants selon la revendication 1 ou 2, caractérisés par le fait que les pièces profilées supé- rieures ( 4, 5) sont sans armature métallique, 4 o Préformés isolants selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisés par le fait que les pièces profilées supérieures ( 4, 5) comportent des ner- vures ( 8 à 11) tournées-vers le tube ( 1) et entre lesquelles sont insérées des bandes de fibres céramiques ( 12). Préformés isolants selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisés par le fait que les pièces profilées supérieures ( 4, 5) sont réalisées en forme de pignon. 6 Préformés isolants selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisés par le fait que deux pièces profilées supérieures symétriques ( 4, 5) sont prévues dans le sens de la périphérie du tube. - 7. Préformés isolants selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisés par le fait que le tube ( 1) comporte des consoles ( 3) servant de surfaces d'ap- pui aux pièces profilées supérieures ( 4, 5). 8 Préformés isolants selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisés par le fait que les pièces profilées inférieures ( 13, 14) en matériau fi- breux sont des pièces moulées sous vide. 9. Préformés isolants selon la revendication 8, earactérisés par le fait que les pièces profilées ( 13, 14) sont soumises à un traitement thermique. 10. Préformés isolants selon l'une quelconque des revendications 1 à 7, caractérisés par le fait que les pièces profilées inférieures ( 13, 14) sont constituées par des bandes ( 15) en matériau fibreux. 11. Préformés isolants selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisés par le fait que deux pièces profilées inférieures symétriques ( 13, 14) sont prévues dans le sens de la périphérie du tube. 12 Préformés isolants selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisés par le fait que les pièces profilées inférieures ( 13, 14) comportent une armature métallique ( 22, 29). 13. Préformés isolants selon la revendication 12, caractérisés par le fait que le tube ( 1) comporte des mo- yens de fixation ( 23, 24, 27, 28) qui s'accrochent à l'ar- mature métallique ( 22, 29). 14. Préformés isolants selon l'une quelconque des revendications 1 à 12, caractérisés par le fait que les pièces profilées inférieures ( 13, 14) sont collées sur le tube ( 1). 15. Préformés isolants selon l'une quelconque des revendications 1 à 12, caractérisés par le fait que les pièces profilées inférieures ( 13, 14) sont fixées sur le tube ( 1) au moyen de pointes ( 25, 26) disposées sur ce der- nier.