Brevet FR2582083A1 — publié le 19861121

La présente invention concerne l'industrie métallurgique et elle se rapporte plus particunièrement aux surfaces de chauffe des chaudières de récupération. L'invention peut être appliquée avec une efficacité maximale aux refroidisseurs des fumées de convertisseurs. A l'heure actuelle, le problème de l'élévation de la fiabilité de la surface de chauffe des chaudières de récupération est d'actualité, car leurs pannes fréquentes, dues à la perforation des tubes, à l'obstruction des rondelles d'étranglement par les dépôts, etc., entraînent des immobilisations des convertisseurs et, par conséquent, une diminution de la quantité d'acier produite, alors que la demande d'acier croit de jour en jour. Les tentatives visant la résolution de ce problème ont abouti à l'apparition d'une surface de chauffe pour chaudière de récupération sur fumée de convertisseurs faisant l'objet du certificat d'auteur d'invention d'URSS NO 315 868. Ladite surface de chauffe est essentiellement une surface cylindrique, coupée par un plan incliné du côté du convertisseur, et constituée par des tubes de descente et de montée. Ces tubes sont destinés à la circulation du fluide de refroidissement. Les tubes de descente et de montée sont disposés verticalement, chaque tube de descente étant placé coaxialement à l'intérieur d'un tube de montée de diam & tre plus grand. Les orifices d'entrée des tubes de descente sont connectés à un collecteur de distribution du fluide de refroidissement. Les orifices de sortie des tubes de montée sont connectés à un collecteur de réception du fluide de refroidiss-ement. Chaque tube de montée comporte à sa partie inférieure un fond sphérique qui lui est soudé. Le collecteur de distribution est disposé audessus et dans l'alignement du collecteur de réception. Les tubes de descente'passent à travers le collecteur de réception. Chaque paire de tubes, l'un intérieur et l'autre extérieur, constitue une boucle individuelle de circulation, branchée en parallèle aux collecteurs. Pour que la distribution du fluide de refroidissement aux tubes de descente soit uniforme, il est prévu dans ces tubes, des rondelles d'étrar.glement, dont l'orifice est mis en communication avec un filtre monté dans le collecteur de distribution. Toutefois, la surface de chauffe de conception connue n'assure pas la marche fiable de la chau dière de récupération, par suite du grand nombre de joints soudés se trouvant dans la zone chauffée par le rayonnement du convertisseur, la qualité de ces joints se prêtant difficilement à un contrôle par méthodes non destructives, par suite des perforations fréquentes des tubes de montée, résultant de l'obstruction de l'é- cartement entre le tube de descente et celui de montée des boucles, la valeur de cet écartement se prête difficilement au contrôle par les méthodes connues. La perforation des tubes provoque des fuites de fluide de refroidissement, ce qui implique des arrêts imprévus du convertisseur. La fabrication de la surface de chauffe de chaudière de récupération décrite précédemment requiert un grand engagement de main-d'oeuvre, par suite de la présence de'rondelles d'étranglement à petit orifice, de filtres et d'éléments d'étanchéité dans les filtres, de l'emploi de tubes de différents assortiments et de la complexité d'exécution des collecteurs de distribution et de réception en forme de tore et de diamètres relativement réduits, par exemple de 800 mm. Une telle conception de la surface conditionne de basses performances économiques de la chaudière de récupération, car la grande section totale de passage des boucles branchées en parallèle prédétermine un grand débit d'eau de chaudière pour assurer la circulation forcée dans les boucles avec des vitesses optimales dans les tubes de montée. On s'est proposé de créer une surface de chauffe pour chaudière de récupération de conception telle qu'elle simplifie la fabrication, accroisse la fiabilité et élève les performances économiques de la surface de chauffe, grâce a son sectionnement rationnel et à une disposition appropriée des tubes de montée et de descente. La solution consiste en une surface de chauffe pour chaudière de récupération, ayant une forme proche de celle d'un cylindre, coupé par un plan incliné du côté du convertisseur, et constituée par des tubes de desdente et des tubes de montée disposés suivant une circonférence et couplés en sections, lesquelles sont branchées en parallèle pour le fluide de refroidissement, surface de chauffe, caractérisée en ce que les tubes de montée et les tubes de descente de chaque section sont couplés entre eux de façon à former un serpentin héli cotidal, lesdits tubes de descente et de montée étant disposés suivant deux circonférences-concentriques dans le plan perpendiculaire à l'axe vertical, de façon que les tubes de montée soient à l'intérieur, et les tubes de descente, à l'extérieur. I1 est avantageux que chaque paire de tubes, comprenant un tube de descente et un tube de montée, soit constituée par un élément tubulaire de forme proche de celle d'un C, pivoté de 1800, dont l'un des bouts, réalisé court, est connecté au bout long de l'élément tubulaire précédent dans le circuit du fluide de refroidissement, et l'autre bout, réalisé long, est connecté au bout court de ltélément tubulaire suivant dans le circuit du fluide de refroidissement. Une telle conception de la surface de chauffe rend sa fabrication simple, ce qui se traduit par une diminution notable des dépenses de temps. La simplicité de la fabrication de la surface de chauffe résulte de l'emploi de tubes d'une seule référence pour l'amenée du fluide de refroidissement, la descente, la montée et l'évacuation du fluide de refroidissement. Le sectionnement de la surface de chauffe est effectué de telle façon que'les débits de fluide de refroidissement dans les sections constitutives soient a peu près égaux, par sélection des longueurs des portions verticales et du nombre de cintrages des tubes de montée et de descente, réalisée de sorte que les coefficients totaux de perte de charge aient à peu près les mêmes valeurs.Ceci permet de supprimer la fabrication et l'emploi des rondelles dtétran- glement et des filtres, ainsi que d'élever les performances économiques de la chaudière de récupération, grâce a la diminution notable du débit de fluide de refroidissement, résultant de la réduction de la section de passage totale du circuit de circulation. La réalisation de la surface de chauffe avec des tubes de descente et de montée à même rayon de courbure à la partie supérieure et à la partie inférieure, permet de supprimer la fabrication compliquée des fonds sphériques et des collecteurs toriques de distribution et de réception, ainsi que de diminuer le nombre de joints soudés, ce qui accroît la fiabilite de la surface de chauffe. Le couplage des tubes de montée et de descente entre eux, de façon a former un serpentin hélicoidal, diminue les dépenses de temps pour l'assemblage de toute la surface de chauffe. La disposition des tubes de montée suivant la circonférence intérieure, et la disposition des tubes de descente suivant la circonférence extérieure, permettent de simplifier l'exécution du soudage, grâce au fait que les joints rigides se trouvent du côté des tubes de descente. I1 est recommandé de disposer les entrées et les sorties de fluide de refroidissement des sections voisines de façon qu'elles soient respectivement tout près les unes des autres, afin de prévenir les'déformations entre les sections voisines, provoques par la forte différence entre les températures du fluide de refroidiszement à l'entrée et à la sortie. Il est necessaire que chaque tube de montée soit rigidement couplé au tube de descente, le joint étant situé du côté des tubes de descente, ce qui simplifie le contrôle de la qualité des joints soudés au cours de la fabrication et accroît la fiabilité de toute la surface de chauffe. Pour prévenir les fuites de fumées du convertisseur dans la halle, il est souhaitable que les tubes de montée soient rigidement reliés entre eux, d'une manière connue en soi, par un élément de liaison. La surface de chauffe conforme à l'invention, pour chaudière de récupération chauffée par les fumées d'un convertisseur, par exemple d'une capacité de 250 t, assure une marche fiable pendant 50-.000 coulées. Les autres objectifs et avantages de l'invention sont rendus plus compréhensibles par l'exemple de réalisation donné ci-après et par les dessins annexés, dans lesquels la figure 1 représente schématiquement une moitié d'une surface de chauffe conforme à l'invention, à savoir, trois sections d'une chaudière de récupération, la figure 2 représente une surface de chauffe enfermée dans un casing, à une plus petite échelle, la figure 3 représente la vue suivant la flèche A de la figure 2, la figure 4 représente trois éléments de la surface de chauffe à une plus grande échelle, la figure 5 représente la vue suivant la flèche B de la figure 1. La surface 1 (figure 1) de chauffe pour chaudière de récupération, réalisée selon l'invention et prévue, notamment, pour le passage de la lance, est constituée par des tubes 2 de descente et des tubes 3 de montée. Elle se présente essentiellement sous s la forme d'une surface cylindrique, coupée par un plan in cliné du côté du convertisseur (non représenté sur la figure). Les tubes 2, 3 sont fixés à une bride 4 (figure 2), qui est lié par un assemblage à filetages (non représenté sur la figure) a la bride 5 du casing 6, entourant la surface 1 (figure'3) de chauffe. Le casing 6 (figure 2) est rigidement fixé aux tubesécrans 7 de la chaudière de récupération Les tubes 2 (figure 1) de descente et les tubes 3 de montée sont prévus pour la circulation du fluide de refroidissement. Chaque paire de tube, comprenant un tube de descente et un tube de montée, est constituée par un élément tubulaire 8 (figure 4) ayant à peu près la forme d'un C, pivoté de lao0. Le premier bout 2a du tube 2 de descente, réalisé court, est rigidement connecté au long bout 2b' du tube 2 de descente de l'élément tubulaire 8 pré cédent dans le circuit du fluide de refroidissement, et le second bout 2b du tube 2 de descente, réalisé long, est connecté au bout 2a" court de l'élément tubulaire 8 suivant dans le circuit du fluide de refroidissement. Les éléments 8 sont couplés entre eux de façon à former un serpentin hélicoidal. Les joints des éléments 8 sont situés du côté des tubes 2 (figure 1) de descente. La surface 1 (figure 3) de chauffe comprend six sections 9, 10, 11, 12, 13, 14, chacune desquelles constitue une boucle de circulation. L'entrée 15 (figure 5) de la section 9, pour le fluide de refroidissement, et l'entrée 15a de la section 14 voisine sont disposées l'une tout près de l'autre. La sortie 16 de la section 9, pour le mélange vapeur-eau, et la sortie 16a de la section 10 voisine sont elles aussi disposées l'une tout près de l'autre.La disposition des entrées 15 et 15e et des sorties 16 et 16a des sections voisines, respectivement les unes tout près des autres, prévient les déformations entre les sections, provoquées par la forte différence entre les températures du fluide de refroidissement à l'entrée et à la sortie En outre, une telle disposition des entrées et des sorties permet de réduire la longueur des conduites d'amenée et d'évacuation du fluide de refroidissement. Les tubes 3 (figure 3t de montée et les tubes 2 de descente sont disposés dans le plan suivant deux circonf8rences concentriques, les tubes 3 de montée étant à l'intérieur, et les tubes 2 de descente, à l'extérieur. Les tubes 3 de montée sont rigidement reliés entre eux par un élément de liaison, par exemple par une bande 17 de métal d'épaisseur égale à l'épais- seur de paroi du tube. Une telle liaison prévirent la fuite des fumées du convertisseur dans la halle. Le fluide de refroidissement, par exemple de l'eau (montrée sur les figures par des flèches en trait continu), entre dans les sections 9, 10, 11, 12, 13, 14 (figure 3) de la surface 1 de chauffe, par les tubes d'entree 15, 15a, 15b, 15c, 15d, 15e, et parcourt les tubes 2 de descente et les tubes 3 de montée couplés en série en extrayant la chaleur rayonnée du convertisseur. Le mélange vapeur-eau (montré sur les figures par des flèches en trait interrompu) se formant dans la surface 1 de chauffe est évacué par les tubes de sortie 16, 16a, 16b, 16c, 16d, 16e. - REVENDICATIONS 1. Surface de chauffe pour chaudière de récu pération, ayant une forme proche de celle d'un cylindre, coupé par un plan incliné du côté du convertisseur, et constitué par des tubes de descente et des tubes de montée disposés suivant une circonférence et couplés en sections, lesquelles sont branchées en parallele pour le fluide de refroidissement, caractérisée en ce que les tubes (2) de montée. et les tubes (3) de descente de chaque section (9, 10, 11, 12, 13, 14) sont couplés entre eux de façon à former un serpentin hélicoidal, lesdits tubes (2) de descente et tubes (3) de montée étant disposés suivant deux circonférences concentriques dans le plan perpendiculaire a l'axe vertical, de façon que les tubes (3) de montée soient a l'intérieur, et les tubes ode descente, à l'extérieur. 2. Surface de chauffe selon la revendication 1, caractérisée en ce que chaque paire de tubes, comprenant un tube (2) de descente et un tube (3) de montée, est constituée par un élément tubulaire (8) de forme proche de celle d'un C, pivoté de 1800, dont l'un des bouts, le bout court (2a), est connecté au long bout (2bu) de l'élément tubulaire (8) précédent dans le circuit du fluide de refroidissement, et l'autre bout, le long bout (2b), est connecté au bout court (2a") de l'élément tubulaire (8) suivant dans le circuit du fluide de refroidissement. 3. Surface de chauffe selon les revendications 1, 2, caractérisée en ce que les entrées (15, 15e, 15a, 15b, 15c, 15d) et les sorties (16, 16a, 16b, 16c, 16d, 16e) de fluide de refroidissement des sections voisines sont disposées de façon qu'elles se trouvent respectivement tout près les unes des autres. 4. Surface de chauffe selon les revendications 1 à 3, caractérisée en ce que chaque tube (3) de montée est rigidement couplé à un tube (2) de descente, le joint étant situé du côté du tube (2) de descente. 5. Surface de chauffe selon les revendications 1 à 4, caractérisée en ce que les tubes (3)' de montée sont rigidement reliés entre eux, d'une manière connue en soi, par un élément (17) de liaison, afin de prévenir les fuites de fumées du convertisseur. à