Brevet FR2539144A1 — publié le 19840713

L'invention concerne d'une manière générale la fabrication de chenaux d'écoulement du type utilisé dans des installations à hauts fourneaux pour en évacuer le laitier fondu L'invention concerne plus particuliè- rement des chenaux d'écoulement de ce type, caractéri- sés par le fait qu'ils sont d'une construction creuse et équipés de moyens destinés à introduire un milieu de refroidissement tel que de l'eau, afin d'amener par refroidissement le laitier fondu à une température souhaitée. Il est courant de construire des chenaux en matière réfractaire, afin de former une rigole condui- sant d'un haut fourneau à un véhicule dans lequel du laitier s'écoule du haut fourneau La matière fondue provenant du haut fourneau comprend généralement à la fois de la fonte et du laitier Ces matières sont sépa- rées l'une de l'autre après leur sortie du haut fourneau. On utilise une matière réfractaire en raison du fait que les chenaux s'usent rapidement sous l'effet d'abrasion de la matière fondue sur leurs surfaces. Il est évident que, dans certains domaines de l'indus- trie de l'acier, on utilise des réfractaires et des moyens préparés spécialement, rendus très coûteux par la nécessité d'être remplacés fréquemment Même dans ce cas, les dispositifs actuellement utilisés ne donnent pas totalement satisfaction, car l'impossibilité de refroidir la matière fondue dans des conditions maîtri- sées avec précision a pour résultat la formation de particules étrangères dans le laitier et, évidemment, dans la fonte brute. Le laitier, bien que considéré fondamentalement comme un résidu, convient à de nombreuses utilisations dans d'autres industries. Par exemple, dans l'industrie de la verrerie, le laitier peut être combiné, dimensionné et mélangé de manière spéciale pour former un ingrédient important des matières de production du verre Ceci est décrit, par 25391 44 exemple, dans le brevet des Etats-Unis d'Amérique n O 3 822 799 qui indique un procédé permettant d'obte- nir un produit à base de laitier de haut fourneau et conçu pour être utilisé dans la production de verre, par dépôt de chargessuccessivesde laitier ayant chacune une composition comprise dans une plage prédéterminée. Cependant, pour produire des compositions de ce type, il est souhaitable que le laitier soit aussi exempt que possible de pierres et d'autres matières étrangères s'y formant s'il est incorrectement refroidi en s'écoulant du haut fourneau vers les véhicules utilisés pour le transporter vers un lieu de déversement. Il existe donc au moins deux raisons pour améliorer le refroidissement commandé du laitier à son passage dans la rigole ou le canal défini par les chenaux disposés bout à bout: (a) le souhait de réduire la fréquence de remplacement des chenaux; et (b) la minimisation de la formation de "pierres" et d'autres particules étrangè- res dures qui peuvent par la suite entraver la réduction en granulés de dimension demandée, par exemple, par l'industrie de la verrerie. Jusqu'à présent, on a conçu des chenaux d'écoulement du métal dont les parois renferment des tubes agencés en un circuit sinueux pour faire circuler de l'eau de refroidissement Cependant, il ne semble pas que ces chenaux aient eu un grand succès, peut-être en raison du fait que l'agencement des tubes et des canaux sinueux ne permettait pas de refroidir le laitier fondu d'une manière commandée, efficace et progressive. L'invention concerne donc un chenal perfec- tionné, ou plus précisément un tronçon de chenal de coulée qui est conçu pour être relié bout à bout à d'autres tronçons de réalisation similaire, pour former un ensemble complet à chenal de coulée qui s'étend du haut fourneau jusqu'à, généralement, un véhicule de transfert de laitier Le chenal selon l'invention est parcouru d'un bout à l'autre par une rigole par laquelle le laitier fondu peut s'écouler, et il est par ailleurs réalisé sous la forme d'un élément totalement creux, formant une chemise de refroidissement pour le laitier fondu Le chenal est réalisé en métal et comporte des parois qui, bien qu'étant de préférence aussi minces que possible pour favoriser la transmission de la cha- leur entre le laitier fondu et le milieu de refroidisse- ment, possèdent néanmoins la solidité requise pour résister aux ruptures dans les conditions difficiles de travail auxquelles des chenaux de ce type sont norma- lement soumis. Un tube passe à l'intérieur de la chambre de refroidissement du chenal et il comporte une entrée et une sortie dépassant à l'extérieur du chenal Le tube comporte donc une entrée située à une première extré- mité du chenal et dans laquelle de l'eau est introduite sous pression Le tube s'étend le long du chenal, à proximité immédiate de la rigole d'écoulement du laitier, le long d'une première paroi latérale du chenal, jusqu'à un point adjacent à l'autre extrémité de ce dernier. En ce point, le tube passe transversalement au-dessous et à proximité immédiate de la rigole à laitier, puis il continue le long de l'autre côté du chenal, sensible- ment d'une extrémité à l'autre de celui-ci L'extrémité de sortie du tube est située à l'intérieur de la cham- bre dans laquelle le tube est monté, afin que le milieu de refroidissement, après avoir parcouru la lonigueur du tube, s'écoule à présent dans la chambre qu'il remplit, puis revienne à travers la chambre en-suivant sensible- ment le même trajet que celui suivi par l'eau à son passage dans le tube A proximité de' l'extrémité d'en- trée du tube, la chambre présente une sortie pour le milieu de refroidissement. Tous les tronçons d'un chenal complet peuvent être reliés séparément à un collecteur commun par lequel de l'eau est introduite sous pression dans ces tronçons de-chenal De cette manière, tous les tronçons reçoivent de l'eau à la même température L'eau sortant des divers tronçons est dirigée de façon similaire vers un collecteur de sortie conduisant à un réservoir de vidange ou autre o la température de l'eau peut être mesurée en continu pour assurer constamment l'unifor- mité du refroidissement et une commande tout à fait précise du milieu de refroidissement En surveillant ou mesurant la température de l'écoulement de sortie, on peut également régler, vers le haut ou vers le bas, la température de l'eau se trouvant dans le collecteur d'entrée afin de maintenir le milieu de refroidissement dans une plage de températures souhaitable et choisie à l'avance. L'invention sera décrite plus en détail en regard du dessin annexé à titre d'exemple nullement limitatif et sur lequel:- la figure 1 est une élévation d'un chenal d'écoulement selon l'invention dont une partie est représentée avec coupe et d'autres parties sont repré- sentées avec arrachement partiel; la figure 2 est une vue de dessus du chenal de la figure 1; les figures 3, 4, 5 et 6 sont des coupes transversales suivant respectivement les lignes 3-3, 4-4, 5-5 et 6-6 de la figure-1; et la figure 7 est un schéma d'un système complet à chenal d'écoulement et circuit de refroidisse- ment selon l'invention. La référence numérique 10 est appliquée d'une façon générale à un tronçon unique de chenal d'écoule- ment selon l'invention Ainsi qu'on peut le voir sur la figure 7, plusieurs tronçons de chenal d'écoulement sont montés bout à bout pour former un chenal continu par lequel un laitier de haut fourneau peut s'écouler à sa sortie du haut fourneau. Par conséquent, la description d'un chenal unique 10 suffit et s'applique à tous les tronçons de chenaux illustrés sur la figure 7. Le tronçon de chenal 10 conforme à la présente invention peut être généralement décrit comme étant un corps allongé, totalement creux, indiqué en 12 et compor- tant des parois latérales 14 et un fond 16 Le corps ainsi formé définit, d'une extrémité à l'autre, une rigole 18 d'écoulement du laitier fondu S. L'ensemble du corps est constitué d'une paroi relativement mince, formé entièrement en métal dans une forme préférée de réalisation A l'intérieur du corps ainsi formé se trouve donc une chambre ou chemise 20 de refroidissement dans laquelle, ainsi qu'il apparal- tra ci-après, de l'eau s'écoule en tant que milieu de refroidissement du laitier, dans des conditions choisies à l'avance avec précision, le laitier étant refroidi pendant qu'il s'écoule dans la rigole 18. A cet effet, il est prévu, sur une première paroi latérale 14, à proximité d'une première extrémité du corps, un raccord 22 d'entrée faisant saillie latéra- lement vers l'extérieur et destiné à être relié à une source d'eau sous pression d'une manière qui sera décrite plus en détail ci-après Le raccord 22 est monté sur l'extrémité d'entrée d'un tube allongé de refroidissement indiqué globalement en 23 Ce tube 23 commence donc à proximité d'une extrémité du corps, à l'emplacement du raccord d'entrée 22 et il comporte, à cette extrémité, un tronçon 24 d'entrée qui descend du raccord 22 et aboutit, par son extrémité inférieure, à un premier tronçon longitudinal 26 de tube. Comme représenté sur la figure 2, le premier tronçon longitudinal 26 part du tronçon 24 d'entrée du tube et s'étend sur presque toute la longueur de la paroi latérale 14 à l'intérieur de laquelle il est monté. Ainsi qu'on peut le voir sur les diverses figures du dessin, le tronçon longitudinal est totalement renfermé à l'intérieur de la chambre 20 de refroidissement, à distance des parois de cette chambre, mais à proximité de la rigole 18 Ceci favorise la transmission de-la chaleur entre le laitier fondu et le milieu de refroi- dissement circulant dans le tube 23. Comme montré également sur la figure 2, le tronçon longitudinal 26 aboutit à peu de distance, vers l'intérieur, de l'autre extrémité du chenal, et est relié en ce point à un tronçon transversal 28 qui est montré d'une façon particulièrement avantageuse sur la figure 3 et qui, ainsi qu'on peut le voir, s'étend en travers de la seconde extrémité du chenal en restant à une distance égale de la paroi de la rigole 18 Dans la forme de réalisation illustrée à titre d'exemple, la rigole 18 est représentée comme ayant un fond incurvé, mais il est évident que ceci n'est pas essentiel à l'in- vention et que, dans de nombreux cas, le fond peut être plat. Le tronçon transversal 28 est alors également plat de façon à rester à une distance constante du fond de la rigole 18 d'écoulement du laitier. Grâce à la présence du tronçon transversal 28, le tube traverse le chenal vers la paroi latérale oppo- sée 14, ainsi qu'on peut de nouveau mieux le voir sur la figure 3, et il rejoint alors un second tronçon longitu- dinal 30 qui est identique au tronçon 26 et qui part de la seconde extrémité du chenal, représentée à gauche sur les figures 1 et 2, sur presque toute la longueur de la paroi latérale 14 à l'intérieur de laquelle il est monté. Le second tronçon longitudinal 30 aboutit à peu de distance de la première extrémité citée du chenal, représentée à droite sur les figures 1 et 2. En ce point, le tube 30 se prolonge par un tronçon 32 de sortie faisant saillie vers le haut, qui débouche directement dans la chambre 20 de refroidissement. L'eau ayant parcouru toute la longueur du tube, c'est-à-dire les tronçons 24, 26, 28, 30 et 32 du tube, s'écoule à présent directement dans la chambre 20, comme montré sur la figure 6. Une cloison 33 s'étend le long et au centre du chenal et divise la chambre en moitiés gauche et droite. La cloison longitudinale 33 s'étend totalement de l'extrémité de droite du chenal, tel que vu sur la figure 2, jusqu'à un point situé à peu de distance du tronçon transversal 28 du tube, c'est-à-dire à peu de distance de l'extrémité de gauche du chenal, de façon à présenter, au- delà de son extrémité, une ouverture 35 faisant communiquer entre eux les côtés opposés de la chambre La cloison s'étend sur toute la distance comprise entre le fond de la rigole et le fond du corps du chenal et, par conséquent, l'eau s'écoulant du tron- çon 32 de sortie change de sens, s'écoulant alors vers la gauche dans l'orientation des figures 1 et 2, le long du tronçon 30 de tube, et elle passe par l'ouver- ture 35 vers le côté opposé de la chambre Dans le côté opposé de la chambre, l'eau revient vers la sortie 34 de la chambre d'o elle est évacuée. On voit donc que le milieu de refroidissement s'écoule d'abord dans un premier sens dans un tube renfermé à l'intérieur de la chambre de refroidissement. Puis, une fois qu'il est sorti du tube, il revient en arrière à travers la chambre et à l'extérieur du tube,en sens opposé. Ceci élève au maximum l'effet de refroidisse- ment de l'eau en circulation, favorisant un échange de chaleur efficace entre le milieu de refroidissement et le laitier fondu pour refroidir ce dernier pendant qu'il s'écoule dans la rigole 18. La figure 7 représente schématiquement un système destiné à introduire de l'eau dans les tubes des divers chenaux 10 lorsqu'ils sont assemblés bout à bout pour former un ensemble à chenal d'écoulement complet Ainsi, de l'eau peut arriver dans un collec- teur d'entrée 36 par une entrée 38 reliée à une source d'eau sous pression Le collecteur 36 distribue l'eau vers les divers raccords d'entrée 22 afin que de l'eau de même température soit refoulée simultanément dans tous les tubes de refroidissement des divers chenaux. De la même manière, l'eau sortant des divers chenaux par les raccords 34 d'évacuation pénètre dans un collecteur commun 40 de sortie relié aux divers raccords 34 et elle est évacuée du collecteur 40 par un conduit 42 de sortie vers un réservoir convenable de vidange ou autre, représenté en 44, dans lequel la température de l'eau est surveillée en continu pour assurer des opérations de refroidissement uniformes. Un thermomètre 45, monté dans chaque conduit 39 de sortie, est utilisé pour détecter l'apparition de conditionsthermiqu E anormalesdans chacun des chenaux, par exemple des poches de vapeur d'eau, ou bien tout échauffement excessif résultant d'un amincissement progressif de la paroi du chenal par suite de l'effet abrasif de l'écoulement de la matière fondue sur cette paroi Dans ces conditions, des robinets 46 commandant l'écoulement dans les conduites 48 d'entrée reliées au raccord 22 d'entrée, peuvent être utilisés pour moduler l'écoulement dans les conduites 48 On peut ainsi augmenter ou diminuer le débit d'écoulement dans chaque conduite individuelle d'entrée pour abaisser ou élever la température de l'eau mise en circulation dans le chenal affecté 10. Il est évident, sans que cela nécessite une illustration propre,qu 'il est possible de prendre des décisions quant à une plage particulière de températures prisesà l'emplacement du réservoir de vidange Par exemple, on peut considérer que si la température prise en ce point dépasse une valeur maximale prédéterminée, la température de l'eau dirigée vers le collecteur d'entrée doit être abaissée suffisam- ment pour que la température de l'eau usagée redescende à une valeur comprise dans la plage souhaitée De cette manière, on peut réaliser un refroidissement uniforme d'une extrémité à l'autre du chenal d'écoulement Le refroidissement ainsi commandé du laitier permet donc de réduire l'usure des chenaux et de minimiser simulta- nément la formation de "pierres" ou autres corps étran- gers qui tendent, jusqu'à présent, à empêcher une utili- sation avec le maximum d'efficacité du laitier pour des opérations telles que la formation de compositions spé- ciales de laitier à utiliser dans la production 'de verre. Il va de soi que de nombreuses modifications peuvent être apportées au chenal décrit et représenté sans sortir du cadre de l'invention. REVENDICATIONS 1 Chenal d'écoulement de laitier fondu (S) provenant d'un haut fourneau, caractérisé en ce qu'il comporte un corps creux ( 12) délimitant une chambre intérieure ( 20) à travers laquelle de l'eau peut être mise en circulation en tant que milieu de refroidisse- ment, le corps présentant une rigole extérieure ( 18) s'étendant d'une extrémité à l'autre et permettant le passage du laitier en relation d'échange de chaleur avec la chambre, et un tube ( 23) de refroidissement dont une première extrémité est destinée à être reliée à une source d'eau sous pression, ce tube s'étendant le long des deux côtés de la rigole, en relation d'échange de chaleur avec elle, et son autre extrémité ( 32) débou- chant dans la chambre afin que de l'eau circule d'abord dans le tube, puis à travers la chambre, extérieurement au tube, la chambre présentant un orifice ( 34) de sortie par lequel l'eau peut être évacuée après avoir ainsi circulé. 2 Chenal selon la revendication 1, caracté- risé en ce que le corps est en métal. 3 Chenal selon la revendication 1, caracté- risé en ce que la chambre renferme des moyens ( 33,35) destinés à faire circuler l'eau, après sa sortie du tube, suivant un trajet qui est sensiblement l'inverse de celui qu'elle a suivi en circulant dans le tube. 4 Chenal selon la revendication 1, caracté- risé en ce que le tube comporte des premier et second tronçons longitudinaux ( 26,30) s'étendant le long des côtés opposés de la rigole et reliés, à une extrémité, par un tronçon transversal ( 28) qui s'étend en travers et au-dessousde la rigole. Chenal selon la revendication 4, caracté- risé en ce que l'entrée ( 24) et la sortie ( 32) du tube sont situées aux autres extrémités des tronçons longitu- dinaux du tube. 6 Chenal selon la revendication 5, caracté- risé en ce que le tronçon transversal du tube est adjacent à une première extrémité du corps et en ce que l'entrée et la sortie du tube sont adjacentes à l'autre extrémité du corps. 7 Chenal selon la revendication 6, caracté- risé en ce que la chambre est divisée longitudinalement en deux moitiés disposées côte à côte, un premier tron- çon longitudinal du tube s'étendant dans une première moitié de la chambre et l'autre s'étendant dans l'autre moitié de la chambre. 8 Chenal selon la revendication 7, caracté- risé en ce que les moitiés de la chambre ne sont en communication qu'à ladite première extrémité du corps afin que l'eau soit recyclée à l'intérieur de la cham- bre, après être sortie du tube, dans un sens opposé à celui dans lequel elle a parcouru le tube. 9 Chenal selon la revendication 8, caractér- risé en ce qu'il comporte une cloison ( 33) qui s'étend longitudinalement et centralement à la rigole à laitier, à l'intérieur du corps, et qui aboutit à peu de dis- tance de ladite première extrémité du corps, afin de diviser la chambre en deux moitiés et d'établir une communication entre ces deux moitiés. 10 Chenal d'écoulement de laitier fondu (S) provenant d'un haut fourneau, caractérisé en ce qu'il comporte un corps creux métallique ( 12) en forme de gouttière présentant une rigole ( 18) s'étendant d'une extrémité à l'autre pour établir un trajet d'écoulement de laitier fondu, le corps creux délimitant intérieure- ment une chambre ( 20) de refroidissement qui s'étend sur toute la longueur de la rigole, en relation d'échange de chaleur avec elle, une cloison ( 33), située à l'intérieur du corps, s'étendant longitudina- lement à ce dernier et divisant la chambre en première et seconde moitiés qui s'étendent respectivement le long des côtés opposés de la rigole, une ouverture ( 35) étant située à une première extrémité du corps pour établir une communication entre les moitiés de la chambre, un tube ( 23), de forme -sensiblement en U, étant monté à l'intérieur de la chambre, à peu de dis- tance de la rigole, ce tube comportant des premier et second tronçons longitudinaux ( 26,30) disposés respec- tivement dans les première et seconde moitiés de la chambre, et un tronçon transversal ( 28) reliant les tronçons longitudinaux et s'étendant en travers de la chambre, dans la zone de l'ouverture de communication, le premier tronçon longitudinal du tube ayant une entrée ( 24) et le second tronçon longitudinal ayant une sortie ( 32) qui sont toutes deux disposées à l'autre extrémité du corps, l'entrée pouvant être reliée à une source d'eau sous pression et la sortie débouchant directement à l'intérieur de la chambre afin que l'eau entrant dans le tube s'écoule suivant un trajet sensi- blement en U, autour de la rigole, dans un premier sens et, après avoir été déchargée de la sortie du tube, s'écoule à l'intérieur de la chambre, pour la remplir, et sur l'extérieur du tube, autour de la rigole, suivant un trajet de forme en U inversé, la chambre présentant une ouverture ( 34) de vidange adjacente à l'entrée du tube et par laquelle l'eau peut être évacuée de la chambre après avoir parcouru le trajet inversé. 11 Chenal selon la revendication 10, caracté- risé en ce qu'il comporte un fond ( 16) situé àune certaine distance audessous de la rigole, la cloison s'étendant longitudinalement et centralement à la rigole et étant montée entre cette dernière et le fond. 12 Chenal selon la revendication 10, caracté- risé en ce que les tronçons'longitudinaux et transversal du tube sont totalement logés à l'intérieur de-la chambre. 13 Chenal selon la revendication 12, caracté- risé en ce que les tronçons longitudinaux et transversal du tube sont placés à une certaine distance des parois de la rigole à laitier et de la chambre de refroidisse- ment. 14 Chenal d'écoulement de laitier fondu (S) provenant d'un haut fourneau, caractérisé en ce qu'il comporte un corps ( 12) en forme de gouttière, qui est creux pour délimiter une chambre ( 20) destinée à être parcourue par un liquide de refroidissement, un tube ( 23) s'étendant à l'intérieur de la chambre, ayant la forme d'au moins un "U" et relié à une source dudit liquide, ce tube ayant une ouverture ( 32) d'évacuation afin de vider le liquide directement dans la chambre après qu'il a parcouru le "U" dans un premier sens, un élément ( 33) faisant circuler le liquide ainsi déchargé à l'intérieur de la chambre par un trajet suivant ledit "U", en sens contraire du précédent, la chambre présentant une ouverture ( 34) de vidange permettant au liquide de refroidissement d'être évacué après qu'il a parcouru le trajet de forme en "'", sur toute sa longueur, dans ledit sens contraire.