Brevet FR2552105A1 — publié le 19850322

La présente invention est relative à des plaques de refroidissement pour hauts fourneaux. Ces plaques de refroidissement sont des éléments disposés contre la face interne du blindage et remplissent une double fonction de refroidissement du réfractaire et d'écran au passage du flux thermique vers le blindage. L'utilisation de telles plaques de refroidissement disposées entre la paroi interne du blindage et le revêtement réfractaire a été rendue nécessaire en raison des variations des flux de chaleur inhérents aux techniques modernes d'exploitation des hauts fourneaux,ces variations pouvant être localisées, rapides et aléatoires dans le temps. Les plaques de refroidissement sont constituées d'éléments en fonte parcourus dans leur masse par un réseau de tubes dans lesquels circule un fluide de refroidissement qui est en général de l'eau Ces tubes de refroidissement débouchent sur une 20 face des plaques de refroidissement et traversent le blindage, à l'extérieur duquel ils sont reliés à des tubes de refroidissement d'une plaque adjacente supérieure ou inférieure Les tubes ainsi reliés déterminent des lignes de circulation du fluide s'élevant dans un plan sensiblement vertical le long de la paroi du haut fourneau,ces lignes étant raccordées à un circuit extérieur de circulation et de refroidissement du fluide. Les plaques de refroidissement doivent être conçues de façon telle: qu'elles résistent aux déformations thermomécaniques résultant des flux de chaleur élevés; qu'elles assurent un bon échange thermique avec le réfractairece qui implique de disposer côté face chaude des formes favorisant un accrochage efficace de ce dernier. Or,les plaques de refroidissement connues jusqu'à présent ne satisfaisaient pas pleinement à ces conditions et présentaient des défauts qui conduisaient, à la suite des contraintes thermiques répétées, à la formation de fissures dans leur masse et, par voie de conséquence à un risque de fuites du fluide échangeur ou caloporteur à l'intérieur du haut fourneau,ainsi qu'à une sollicitation mécanique des tubes de refroidissement au niveau de leur sortie des plaques de refroidissement et de leur traversée du blindage. Pour remédier à ces difficultés,on a décrit 15 au brevet FR 2 493 871 une plaque de refroidissement constituée d'un élément en fonte de forme sensiblement parallélépipédique,dans lequel sont noyés des tubes longitudinaux disposés parallèlement les uns aux autres,ces tubes débouchant sur une même face prin20 cipale, respectivement aux parties haute et basse de la plaque de refroidissement, dans un fourreau protecteur,dont l'une des caractéristiques originales réside dans la forme gaufrée de la face opposée à celle o débouchent les tubes de refroidissement. 25 La présente invention a trait à un perfectionnement de ce type de plaque permettant d'accroitre la fiabilité de fonctionnement, en particulier grâce à un meilleur équilibre des contraintes thermomécaniques engendrées dans la masse de la plaque de 30 refroidissement. La présente invention a ainsi pour objet une plaque de refroidissement constituée d'un élément en fonte sensiblement parallélépipédique,dans lequel sont noyés des tubes longitudinaux disposés parallèlement les uns aux autres et débouchant sur une même face de la plaquela face de la plaque opposée à celle o débouchent les tubes de refroidissement étant gaufrée,caractérisée en ce que les tubes longitudinaux sont noyés dans la plaque aux endroits o son épaisseur est maximale. Selon une autre caractéristique, le gaufrage est constitué de rangées de bossages régulièrement espacées transversalement dont les surfaces externes sont des portions de cylindres dont les axes sont alignés longitudinalement. Les axes des tubes longitudinaux coincident avec les axes des cylindres. Suivant une variante, les entrées et/ou les sorties de certains tubes longitudinaux sont décalées latéralement par rapport aux parties longitudinales de ces tubes et sont de préférence disposées au voisinage' des angles de la plaque. L'invention est exposée ci-après plus en détail à l'aide des dessins annexés donnés à titre d'exemples. Sur ces dessins: la Fig 1 est une vue en perspective d'une plaque de refroidissement selon l'invention correspon25 dant à une application particulière ayant trait au dernier rang d'un système de refroidissement dit par "stave-cooler"; la Fig 2 est une vue en coupe transversale, approximativement en son milieu de la plaque de la Fig 1; - la Fig 3 est une vue en élévation latérale de la plaque de la Fig 1; la Fig 4 est une vue en élévation d'une plaque suivant une variante de réalisation; les Fig 5 et 6 sont respectivement des vues en élévation des deux faces de la plaque de la Fig 4. Sur la Fig 1,la plaque de refroidissement 1 est vue selon sa face 2 a exposée vers l'intérieur du haut fourneau et qui reçoit le revêtement réfractaire. Sur sa face opposée 2 b débouchent les entrées 3 a et sorties 3 b de tubes de refroidissement longitudinaux 3 noyés dans le corps de la plaque 1 Les extrémités 3 a et 3 b de chaque tube de refroidissement débouchent de la plaque 1 aux parties haute et basse respectivement, à travers des fourreaux 4 a et 4 b qui sont noyés dans la masse de fonte de la plaque de refroidissement et servent également à la fixation de cette dernière sur 15 le blindage,non représenté, du haut fourneau. La plaque de refroidissement 1 comporte, à sa partie supérieure,une margelle 5 refroidie par un tube transversal 6 disposé horizontalement, dont l'extrémité d'entrée 6 a voisine de la sortie 3 b du tube 3,est également enserrée par un fourreau 7 ayant une extrémité noyée dans la plaque de refroidissement. La plaque de refroidissement 1 comporte sur sa face 2 a un ensemble de bossages 8 a,8 b,8 c etc identiques, transversalement espacés les uns des autres et alignés longitudinalement pour former des rangées. Ces bossages distincts présentent des surfaces externes 9 faisant saillie sur la face 2 a de la plaqueen forme de portions de cylindres Les faces transversales d'extrémité 10 de ces bossages sont biseautées Les axes des portions de cylindres formant les surfaces 9 sont alignés longitudinalement,tandis que les faces transversales 10 en regard de deux bossages adjacents forment une rainure transversale à profil en V Comme on peut le constater à la Fig 2, les tubes de refroidissement 3 sont noyés dans le corps de la plaque 1 en fonte et coincident avec les axes des surfaces cylindriques 9 formant bossages, de sorte qu'ils sont placés aux endroits o l'épaisseur de section droite transversale de la plaque est maximale. Sur la Fig 3,apparait clairement le profil en V déterminé par les faces transversales en regard 10 de deux bossages adjacents On peut également constater sur cette Figure,le trajet longitudinal du tube 3 de refroidissement reliant les entrées 3 a et sorties 3 b.Lorsque cette plaque est en position dans le haut fourneau,les tubes 3 sont sensiblement verticaux,alors 15 que le tube de refroidissement transversal 6 de la margelle 5 est sensiblement placé horizontalement On peut faire varier l'entraxe des tubes représentés à la Fig 1 en veillant à ce que l'axe du tube 3 coincide avec l'axe de la portion cylindrique que constitue la 20 surface 9 Le tube 3 est ainsi entouré d'une épaisseur de fonte constante égale au rayon R, dans laquelle peut s'établir un gradient de température qui permet d'équilibrer les contraintes thermomécaniques engendrées par l'échange thermique entre le flux de chaleur 25 issu de l'intérieur du haut fourneau et les tubes de refroidissement noyés dans la plaque de refroidissement. Dans la variante des Fig 4 à 6, la plaque représentée 101 a une margelle 105 disposée dans sa 30 partie centrale, dans laquelle est disposé un tube transversal 106 disposé horizontalement Elle comporte sur sa face 102 a dirigée vers l'intérieur du hautfourneau, cinq rangées de bossages - 108 délimitant comme précédemment des portions de cylindres 109 et séparés par des parties en biseau 110 A ces cinq rangées de bossages correspondent cinq tubes de refroidissement longitudinaux 103 ( 1), 103 ( 2), 103 ( 3), 103 ( 4) et 103 ( 5) L'entrée et la sortie du tube central 103 ( 3) sont disposées dans le plan de symétrie de la plaque; par contre les entrées et les sorties des autres tubes sont regroupées au voisinage des angles et des bords longitudinaux de la plaque Ce résultat est obtenu, par exemple en coudant les extré10 mités des tubes 103 ( 2) et 103 ( 4) pour les amener audessous et au-dessus, respectivement, des entrées et des sorties des tubes extrêmes 103 ( 1) et 103 ( 5). Cet agencement est particulièrement avantageux car il permet d'augmenter le refroidissement dans 15 la zone des coins des plaques qui est habituellement particulièrement vulnérable. REVENDICATIONS 1 Plaque de refroidissement ( 1) constituée d'un élément en fonte de forme sensiblement parallélépipédique dans lequel sont noyés des tubes longitudinaux ( 3; 103) disposés parallelement les uns aux autres etdébouchant sur une même face ( 2 b; 102 b) de la plaque, dans un fourreau protecteur ( 4 a,4 b), la face ( 2 a; 102 a) de la plaque opposée à celle o débouchent les tubes de refroidissement étant gaufrée, caracté10 risée en ce que les tubes longitudinaux ( 3; 103) sont noyés dans la plaque aux endroits o son épaisseur est maximale. 2 Plaque selon la revendication 1, caractérisée en ce que le gaufrage est constitué de rangées de bossages ( 8; 108) régulièrement espacées transversalement, les bossages d'une rangée délimitant des surfaces { 9; 109) en saillie comportant des portions de cylindres à peu près alignées. 3 Plaque selon la revendication 2, caracté20 risée en ce que les axes des tubes longitudinaux ( 3) coïncident à peu près avec les axes desdites portions de cylindres. 4 Plaque selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisée en ce que les bos25 sages ( 8; 108) sont délimités le long de leurs côtés transversaux par des faces ( 10; 110) en biseau, les faces ( 10; 110) en regard de deux bossages adjacents délimitant une rainure transversale à profil en V. Plaque selon l'une quelconque des reven30 dications 1 à 4, caractérisée en ce que les entrées et les sorties de certains tubes ( 103 ( 2), 103 ( 4)) sont décalées latéralement par rapport aux parties longitudinales de ces tubes. 6 Plaque selon la revendication 5, caract- risée en ce que lesdites entrées et sorties sont regroupées dans une zone située au voisinage de chacun des angles de la plaque.