Brevet FR2560215A1 — publié le 19850830

La présente invention concerne,notamment,les cow- pers de hauts-fourneaux,c'est à dire les appareils à inver- sion dans lesquels s'effectue le réchauffage de l'air en- voyé aux tuyères des hauts-fourneaux. Un tel appareil comprend une paroi latérale cons- tituée de plaques de tôle soudée,surmontée d'une coupole également en tôle soudée. L'enceinte formée par la paroi latérale et la coupole abrite une chambre de combustion et une chambre deruchage. Les conditions qui règnent dans les cowpers et en particulier les conditions de température (cette der- nière pouvant dépasser 1300 dans certaines zones) provo- quent fréquemment des incidents au niveau de leurs parois métalliques.On constate en effet après quelques années de fonctionnement l'apparition de fissures,en particulier au niveau du dôme et du puits de combustiorCes fissures se développent à partir de la face interne de la paroi métallique,principalement à proximité des souduresparal- lèlement ou transversalement à ces dernières.Elles sont dues à l'action corrosive - des nitrates produits par les oxy- des d'azote formés à haute température, dans des zones o les contraintes de traction subies par l'enveloppe métal- lique sont importantes. Il s'agit donc d'un phénomène de corrosion fissurante sous tension. De tels incidents peuvent prendre des propor- tions importantes et nécessiter le remplacement complet de ces appareils, ce qui d'une part,représente un coût extrêmement élevé et, d'autre part,entraîne une immobili- sation pouvant avoir pour conséquence l'arrêt complet du haut-fourneau qu'ils desservent. Le but de cette invention est de proposer un agencement qui permette de remédier à cet inconvénient, soit en réalisant dès l'origine un appareil dont l'enve- loppe métallique présente une conception telle que les phénomènes de corrosion sous tension ne puissent mettre en péril la tenue de l'ouvrage, soit en aménageant un appareil déjà existant pour augmenter sa durée dd'utilisa- tion. A cet effet,l'invention a pour objet une enveloppe pour cowper ou appareil analogue,comprenant une paroi réa- lisée en tôle soudée,caractérisée en ce qu'elle comporte une deuxième paroi en tôle soudée,extérieure et parallèle à la première,ces deux parois délimitant un espace rempli 3'un matériau de remplissage comportant de la grenaille /a d'un métal ou d'un alliage léger,par exemple de l'alumi- nium ou un alliage d'aluminium,noyée dans un liant à base de résine thermo-durcissable. L'invention a également pour objet un procédé de fabrication d'une telle enveloppe,caractérisé en ce qu'on double une paroi intérieure en tôle par une deuxième paroi extérieure en tô1e,parallèle à la première et délimitant avec elle un espace,et l'on remplit cet espace avec un ma- tériau de remplissage comprenant de la grenaille d'un métal ou d'un alliage léger noyée dans un liant à base de ré- sine thermo-durcissable. Suivant d'autres cractéristiques: - les particules métalliques ont des dimensions comprises entre 0,2 et 2 mm environ et de préférence entre - 0, 5 et 1,5 mm; - on utilise de l'aluminium ou un alliage à base d'aluminium. L'invention va être décrite plus en détail en se référant au dessin annexé donné uniquement à titre d'exem- ple et sur lequel: - la Fig.1 est une vue en coupe de l'envelop- pe d'un cowper,réalisée suivant l'invention; - la Fig.2 est également une vue en coupe montrant un exemple de réalisation dans le cas d'épaisseurs variables des parois. On voit sur la Fig.1 une partie d'une enveloppe de cowper ou appareil analogue comprenant une paroi inté- rieure métallique 1 réalisée en tôle soudée dont l'épais- seur peut être comprise,par exemple entre 15 et 30 mm. Sur la face de cette paroi dirigée vers l'intérieur de l'ap- pareil se trouve un revêtement réfractaire 2. Sur la face extérieure de cette tôle sont ap- puyées des bandes de tôle 3 disposées horizontalement et verticalement et qui sont soudées à une deuxième série de tôles constituant une paroi extérieure 4. Entre les deux parois et les entretoises 3 sont délimités des alvéoles 5 remplis d'un matériau de remplissage 6. La paroi extérieure est de préférence réalisée dans la même nuance d'acier que la paroi intérieure et pré- sente une épaisseur à peu près comparable. A cet égard,dans le mode de réalisation de la Fig.2 on aperçoit une zone de l'enveloppe dans laquelle les parois intérieures et extérieures ont des épaisseurs variables.La paroi intérieure comporte par exemple une par- tie inférieure 1a présentant une épaisseur de 24 mm et une b partie supérieure 1 présentant une épaisseur de 17mm. L'épais- seur de la paroi extérieure 4a,4b peut varier en conséquen- ce,comme représenté sur le dessin. De même,l'épaisseur de l'intervalle 5a,5b délimité entre les deux parois peut va- rier entre par exemple 3 et 30 mm,une épaisseur de l'ordre de 10mm étant cependant préférée. Le matériau de remplissage de l'intervalle- délimité entre les parois est,suivant l'invention,constitué par de la grenaille d'aluminium ou d'un alliage d'alumi- nium dont les particules ont de préférence les dimensions comprises entre 0,2 et 2mm,par exemple,une dimension de l'ordre de 0,5 ou 1,5 mm étant particulièrement favorable. En fait,la dimension moyenne des granules métalliques est choisie de façon à obtenir un remplissage optimal des alvéo- les et est,en tout état de cause,inférieure à la largeur minimale de l'intervalle entre les deux.parois. En ce qui concerne la composition de cette gre- naille métallique,on utilisera de l'aluminium ou de préfé- rence un alliage à base d'aluminium ou un autre métal ou alliage léger à conductivité thermique élevée. Les interstices entre les granules métalliques sont remplis par un liant à base de résine ou d'un mélange de résine thermo-durcissable résistant à une température égale ou supérieure à 1100C.Cette résine peut être par exem- ple une résine polyuréthane phénolique en poudre ou sous for- me de gel liquide,contenant les adjuvants nécessaires à son durcissement et éventuellement une charge ainsi que cela est classique dans les techniques de moulage ou de coulée de telles résines. Suivant un mode de mise en oeuvre,le remplissage des alvéoles peut être effectué de la façon suivante: on réalise tout d'abord dans un malaxeur un enrobage des par- ticules métalliques,en utilisant la résine en poudre ou sous forme de gel liquide. Puis,on effectue la mise en place du mélange ainsi préparé,par injection ou par coulée,éventuellement sous gaz neutre tel que de l'azote,par des orifices 7 dans lesquels sont introduits par exemple par vissage,des tubulures telles que 8. Des trous d'évents sont prévus,si nécessaire dans cette même paroi 4.Cette mise en place du mélange peut s'ef- fectuer à froid. Pendant cette opération de remplissage ou immédiatement après on effectue une opération de vibration de façon à obtenir un excellent remplissage des alvéoles. Cette opération peut être effectuée au moyen d'un vibreur unidirectionnel haute fréquence. Le durcissage de la résine s'effectue entre 20 minutes et une heure environ après la mise en place du mélange,cette durée dépendant bien entendu des proportions de durcisseur contenues dans le mélange. Ce durcissement peut éventuellement être accéléré par une légère augmentation de la température. Les orifices tels que 7 sont ensuite obturés, par exemple au moyen de bouchons vissés ou soudés,de façon à rétablir la continuité de la paroi extérieure 4. Ce type de remplissage est particulièrement intéressant.En effet: - sa bonne conductivité thermique permet d'évi- ter la formation d'un gradient de température élevé entre les deux parois et par conséquent de limiter les contrain- tes d es à une dilatation différentielle; - les alvéoles entre les parois étant entière- ment remplis en particulier du fait de la présence d'une résine qui comble les interstices entre les granules métal- liques,on empêche la mise en pression de l'espace entre les parois et le passage de tout agent gazeux ou liquide agressif venant de l'enceinte du cowper vers la nouvelle enveloppe; - le produit de remplissage utilisé n'est pas attaqué par les nitrates de sorte que la paroi extérieure se trouve isolée de ces derniers,même après fissuration de la paroi intérieure; - le mélange introduit entre les parois a une faible densité, par exemple comprise entre 1 et 1,5,ce qui limite les charges et les efforts de traction exercés sur les tôles,ne nécessitant pas une augmentation de l'épais- seur des parois pour résister aux pressions et tempéra- ture régnant dans l'enceinte du cowper; - le procédé de mise en place est particuliè- rement simple puisque il n'est pas nécessaire de chauffer les parois ou si un tel chauffage est réalisé,il n'est ef- fectué qu'à une température relativement faible de quel- ques dizaines de C au-dessus de zéro. En variante,les entretoises 3 peuvent être sup- primées,le procédé étant cependant mis en oeuvre dans les mêmes conditions - REVENDICATIONS - 1 - Enveloppe pour cowper ou appareil analogue comprenant-une paroi (1) réalisée en tôle soudée,caracté- risée en ce qu'elle comporte une deuxième paroi (4) en tôle soudée, extérieure et parallèle à la première,ces deux parois délimitant un espace (5) rempli d'un matériau de remplissage (6) à base de grenaille d'un métal ou d'un al- liage léger,noyée dans un liant à base de résine thermo- durcissable. 2 - Enveloppe suivant la revendication 1,ca- ractérisée en ce que le matériau de remplissage comprend principalement de la grenaille d'aluminium ou d'un alliage à base d'aluminium. 3 - Enveloppe suivant l'une quelconque des revendications 1 et 2,caractérisée en ce que les particu- les métalliques ont des dimensions comprises entre 0,2 et 2mm environ et de préférence entre 0,5 et 1,5mm. 4 - Enveloppe suivant la revendication 1,ca- ractérisée en ce que la paroi extérieure (4) est appuyée sur la première paroi par l'intermédiaire d'un réseau d'entretoises métalliques t3),ces deux parois délimitant un espace (5). - Procédé de fabrication d'une enveloppe suivant l'une quelconque des revendications 1 à 4,carac- térise en ce qu'on double une paroi intérieure (1) en tôle par une deuxième paroi extérieure en tôle (4),parallèle à la première,cette deuxième paroi délimitant avec la pre- mière paroi un espace (5),et l'on remplit cet espace avec un matériau de remplissage (6) comprenant de la grenail- le d'un métal ou d'un alliage léger et un liant à base de résine thermo-durcissable. 6 - Procédé suivant la revendication 5,carac- térisé en ce qu'on mélange préalablement la grenaille mé- tallique et le liant à base de résine. 7 - Procédé suivant l'une quelconque des re- vendications 5 et 6,caractérisé en ce que le matériau de remplissage est mis en place à la température ambiante ou à une température légèrement supérieure. 2560215' 8 - Procédé suivant l'une quelconque des revendi- cations 5 à 7,caractérisé en ce qu'on effectue,après le remplissage des alvéoles,une opération de vibration de l'enveloppe. 9 - Cowper ou appareil analogue,comprenant une enveloppe suivant l'une quelconque des revendications 1 à 3.