Brevet FR2576403A1 — publié le 19860725

DISPOSITIF DE REFROIDISSEMENT D'UNE CONDUITE SUR LAQUELLE EST PIQUEE UNE CONDUITE SECONDAIRE D'AMENEE D'UN GAZ SURCHAUFFE La présente invention concerne un dispositif de refroidissement d'une conduite dite principale, sur laquelle est piquée en dérivation une conduite secondaire d'amenée d'un gaz surchauffé. Ce type de dispositif se rencontre notamment -quand la température d'un gaz est augmentée par mélange avec un gaz surchauffé, par exemple au moyen d'une torche à plasma. La réalisation technique de ce mélange se complique considérablement dans le cas où l'apport de gaz surchauffé doit être effectué latéralement. En cas de dérèglement du système (fluctuations du débit de gaz, par exemple), le jet de gaz surchauffé peut venir lécher les parois internes de la conduite principale servant au passage du gaz à réchauffer, ce qui peut conduire à la disparition locale du revêtement réfractaire qui tapisse l'intrados de cette conduite, voire, dans les cas graves, à la percée de l'enveloppe métallique de cette dernière. Différentes solutions ont été envisagées, notamment l'utilisation d'un dispositif de refroidissement externe de la conduite principale au moyen d'une chemise d'eau entourant la conduite. Néanmoins, cette dernière solution est insuffisante pour limiter les risques de caléfaction, en particulier dans la partie exposée au jet de gaz surchauffé, c'est-à-dire la partie de la conduite principale opposée à la sortie de la conduite secondaire. La présente invention a pour but d'apporter une solution aux problèmes précités, permettant de refroidir efficacement la conduite principale, et plus particulièrement la partie de cette conduite faisant face à la sortie de la conduite secondaire re, qui, même si elle ne reçoit pas directement le jet de gaz surchauffé, est malgré tout portée à des températures élevées. Plus précisément, l'invention préconise un refroidissement externe de la conduite principale, au moyen de la circulation d'un fluide réfrigérant, éliminant tout risque de caléfaction, en particulier au niveau de la partie de la conduite faisant face à la sortie de la conduite secondaire. A cet effet, l'invention a pour objet un dispositif de refroidissement externe d'une conduite principale, revêtue intérieurement d'un matériau réfractaire à haute résistance pyroscopique, sur laquelle est piquée latéralement une conduite secondaire d'amenée d'un gaz surchauffé, dispositif utilisant, au moins dans la zone de piquage, la circulation dirigée à grande vitesse, d'un fluide réfrigérant dans une canalisation prévue autour de la conduite principale, au moins dans sa partie en aval de la conduite secondaire, ladite canalisation étant reliée par ses extrémités à une alimentation en fluide réfrigérant, dispositif caractérisé en ce que ladite canalisation présente la forme d'une spirale déformée autour de la zone de piquage de la conduite secondaire avec la conduite principale, et en ce que l'extre- mité de la canalisation se trouvant à l'intérieur de la spirale est localisée sur la conduite principale à l'opposé de la sortie de la conduite secondaire. De préférence, l'extrémité de la canalisation se trouvant à l'intérieur de la spirale constitue l'orifice d'entrée du fluide réfrigérant. On entend par zone de piquage, le tronçon de conduite principale dont la surface intérieure est susceptible, en cas de dérèglement, de recevoir le jet de gaz surchauffé. Le dispositif selon l'invention permet de réaliser un excellent refroidissement de la conduite principale dans la zone de piquage. De plus, la circulation dirigée, à grande vitesse, de fluide réfrigérant sous la forme d'une spirale déformée dans la zone de piquage, permet de positionner l'extrémité intérieure de la spirale sur la partie de la conduite principale la plus exposée au jet de gaz surchauffé, et, en conséquence, garantit à cet endroit, le passage du fluide réfrigérant. En d'autres termes, le dispositif selon l'invention élimine tout -risque de caléfaction dans le dispositif de refroidissement situé dans la zone de piquage. L'invention sera bien comprise grâce à la description qui va suivre d'un mode de réalisation donné à titre d'exemple non limitatif sur la figure unique annexée. L'exemple illustré sur la figure s'inscrit dans le domaine de la sidérurgie et concerne plus précisément l'injection de vent chaud par les tuyères d'un haut fourneau, dont on élève la température à la sortie des cowpers, par mélange avec un vent surchauffé. Pour ce faire, le busillon 1, qui reçoit par son entrée 2 du vent chaud issu des cowpers, et qui est prolongé à sa sortie 3 par une tuyère non représentée sur cette figure, est équipée latéralement d'une conduite secondaire 4 d'amenée de vent surchauffé, l'angle d'incidence de la conduite 4 sur le busillon étant ici de 450. Le busillon 1, ainsi que la conduite 4 sont constitués d'un corps creux tubulaire en acier, référencé respectivement en 5 et 6, tapissé intérieurement avec un matériau réfractaire. Dans le cas du busillon 1, le matériau réfractaire 7 choisi présente une bonne résistance pyroscopique. Dans cet exemple, il s'agit d'un matériau réfractaire à base d'oxyde de chrome et d'alumine dont la température limite d'emploi est supérieure à 18500C. La surchauffe du vent dans la conduite 4 est réalisée au moyen d'une torche à plasma 8, placée dans cette conduite, cette dernière étant alimentée en amont de la torche par du vent prélevé des cowpers. De préférence et telle que représentée sur la figure, la torche à plasma 8 est disposée dans le voisinage de la zone de piquage 9 pour éviter de chauffer la conduite secondaire 4. Le jet de plasma issu de la conduite 4 est coaxial à cette dernière, La zone de piquage 9, qui est constituée par la partie du busillon 1 soumise aux températures les plus élevées, correspond donc à la zone qui reçoit le jet de plasma issu de la torche 8. Dans le but de s'opposer à la percée éventuelle du busillon, on prévoit, conformément à l'invention, un dispositif de refroidissement externe du busillon qui assure un refroidissement énergique de 11 enveloppe métallique 5 du busillon, en particulier de celle constituant la zone de piquage 9. Le dispositif de refroidissement illustré comprend une canalisation 10 présentant la forme d'une spirale 11 déformée dans la zone de piquage 9 et se poursuit en aval de cette zone autour du busillon 1 sous la forme d'une hélice. De façon avantageuse, et telle que représentée sur la figure, la partie de la canalisation 10 en forme de spirale, s'enroule autour de la conduite secondaire 4 juste au niveau de son raccord avec le busillon 1, et également s'étend sur le busillon 1 en amont de la conduite 4. De la sorte, le dispositif de refroidissement est capable de contrecarrer les éventuelles percées pouvant se produire dans le busillon, dans le cas où, par exemple suite à des fluctuations importantes de vent, le jet de plasma viendrait lécher l'intrados du busillon entourant l'arrivée de la conduite 4 dans ce dernier. Conformément à une autre caraetéristique de l'invention, l'extrémité 12 de la canalisation, intérieure à la spirale 11, est située à l'opposé de la sortie de la conduite 4 et localisée, dans cet exemple, dans l'axe de la conduite 4. Par ailleurs, cette extrémité 12 est reliée à une alimentation en fluide réfrigérant, et constitue dans cet exemple, l'orifice d'accès du fluide dans la canalisation 10. De la sorte, une circulation permanente de fluide réfrigérant est garantie à l'endroit du busillon le plus exposé au jet de plasma, et l'on n'a donc plus à craindre à cet endroit les phénomènes de caléfaction. L'orifice de sortie 13 de la canalisation, qui est également relié à l'alimentation en fluide de refroidissement, est situé à l'autre extrémité de la canalisation, dans sa partie en forme d'hélice. La réalisation technique de la canalisation 10 est réalisée dans cet exemple par spudage sur chant d'un ruban métallique 14 sur l'enveloppe métallique 5 du busillon 1. De cette manière, la circulation du fluide réfrigérant, qui ici est de l'eau, s'effectue avantageusement sur l'enveloppe 5. La fermeture de la canalisation 10 est assurée par une enveloppe métallique extérieure 15 formée de deux demi-coquilles rapportées contre le bord supérieur du ruban 14, et maintenues serrées à l'aide des vis de serrage 16. En outre, l'enveloppe 15 est pourvue de deux orifices correspondant respectivement aux extrémités 12 et -13 de la canalisation 10. Dans cet exemple, on impose une vitesse de circulation du fluide égale à 6 m/s, qui garantit un bon refroidissement externe du busillon. Bien entendu, l'invention nVest pas limitée à l'exemple décrit ci-dessus, mais s'étend à de multiples variantes ou équivalents dans la mesure où sont respectées les caractéristiques contenues dans les revendications jointes. Ainsi, en ce qui concerne la réalisation de la canalisation, on peut également songer à remplacer le ruban par un tube métallique fixé sur l'enveloppe métallique du busillon et dans lequel on peut avantageusement prévoir parallèlement à la canalisation une circulation d'un fluide réfrigérant. En ce qui concerne la poursuite de la canalisation sur le busillon, en aval de la zone de piquage, l'invention n'est pas limitée à l'exemple décrit, et on peut notamment songer à réaliser sur cette partie une canalisation en forme de spirale. REVENDICATIONS 1. Dispositif de refroidissement externe d'une conduite principale, revêtue intérieurement d'un matériau réfractaire à haute résistance pyroscopique sur laquelle est piquée latéralement une conduite secondaire d'amenée d'un gaz surchauffé, dispo situé utilisant, au moins autour de la zone de piquage, la circulation dirigée à grande vitesse d'un fluide réfrigérant dans une canalisation prévue à cet effet autour de la conduite principale, au moins dans sa partie se situant en aval de la conduite secondaire, ladite canalisation étant reliée par ses extrémités à une alimentation en fluide réfrigérant, dispositif caractérisé en ce que ladite canalisation (10) présente, en partie au moins, la forme d'une spirale déformée (11) autour de la zone de piquage (9) de la conduite secondaire (4) avec la conduite principale (1), et en ce que l'extrémité (12) delta canalisation (10) se trouvant à l'intérieur de la spirale (11) est localisée sur la conduite principale (1) à l'opposé de la sortie de la conduite secondaire (4). 2. Dispositif de refroidissement selon la revendication 1, caractérisé en ce que l'extrémité (12) de la canalisation (10) constitue l'orifice d'entrée du fluide réfrigérant. 3. Dispositif de refroidissement selon la revendication 1 ou 2, caractérisé en ce que la canalisation (10) est prolongée en aval de la zone de piquage (9) et présente sur cette partie la forme d'une hélice. 4. Dispositif de refroidissement selon la revendication 1 ou 2, caractérisé en ce que la canalisation (10) est prolongée en aval de la zone de piquage (9) de manière à avoir la forme d'une spirale déformée sur la conduite principale (1). 5. Dispositif de refroidissement selon l'une quelconque des revendications 1 à 4, caractérisé en ce que la canalisation (10) est réalisée à l'aide d'un ruban métallique (14) soudé sur chant autour de la conduite principale (1), la fermeture de la canalisation (10) étant assurée par une enveloppe métallique (15) rapportée contre le bord supérieur du ruban (14). 6. Dispositif de refroidissement selon l'une quelconque des revendications 1 à 4, caractérisé en ce que la canalisation (10) est réalisée à l'aide d'un conduit métallique fixé sur la conduite principale (1), la fermeture de la canalisation étant assurée par une enveloppe métallique (15) rapportée contre ce tube. 7. Dispositif de refroidissement selon la revendication 6, caractérisé en ce que le conduit métallique est creux et qu'il est relié à ses extrémités à une alimentation en fluide réfrigérant. 8. Dispositif de refroidissement selon l'une quelconque des revendications 1 à 7, caractérisé en ce que la surchauffe du gaz traversant la conduite secondaire (4) est réalisée au moyen d'une torche à plasma (8) localisée dans la conduite secondaire (4) aù voisinage de la zone de piquage (9).