Brevet FR2613052A1 — publié le 19880930

PROCEDE ET DISPOSITIF DE REFROIDISSEMENT D'UNE INSTALLATION DE CHARGEMENT D'UN FOUR A CUVE La présente invention concerne un procédé et un dispositif de refroidissement d'une installation de char- gement d'un four à cuve, comprenant un canal d'alimen- tation fixe disposé verticalement dans le centre de la tête du four, une virole rotative montée coaxialement autour dudit canal d'alimentation, une carcasse exté- rieure fixe montée coaxialement à l'extérieur de ladite virole et délimitant latéralement avec celle-ci une chambre sensiblement annulaire, cette chambre étant séparée, mais non isolée, de l'intérieur du four au moyen d'une cage rotative solidaire de la virole rotative, une goulotte de distribution montée de manière pivotante dans la cage rotative, un moyen d'entraînement pour faire tourner, en bloc, la virole et la cage autour de l'axe vertical du four et du canal d'alimentation, un bac annulaire d'alimentation fixé sur le bord supérieur de la virole rotative et dont les parois concentriques exté- rieure et intérieure glissent dans des rainures concen- triques d'un plateau fixe supérieur traversé par au moins une conduite d'admission d'eau de refroidissement alimentant le bac annulaire, plusieurs serpentins de refroidissement disposés autour de la cage rotative et reliés chacun par une conduite audit bac annulaire, un collecteur circulaire fixé à la carcasse extérieure et des conduites reliant chacun des serpentins au collec- teur, de façon que l'eau s'écoule entre le bac an:- laire et le collecteur à travers lesdites conduites et les serpentins. Le premier dispositif de refroidissement liquide de ce genre utilisé pour une installation de chargement d'un four à cuve est proposé dans le document EP-B1- 0116142. Malgré toutes les précautions et dispositions prises dans ce dispositif connu de refroidissement, on a 2 2613052 constate que de la poussière et de la saleté, certes en petites quantités, parvient a s'introduire dans le li- quide de refroidissement. On a constaté que la plupart des.saletés s'introduisent par les bords supérieurs du bac d'alimentation, soit en provenance du canal d'alimen- tation central, soit en provenance de la chambre annulaire autour de la cage rotative. Ces saletés se déposent dans les serpentins et réduisent forcément la section de ceux-ci. Ceci provoque non seulement une ré- duction de la vitesse de circulation du liquide de refroidissement et, par conséquent, une augmentation des risques de dépôt, mais également par la couche d'isola- tion que forment ces dépôts, une réduction du pouvoir de refroidissement. Le but de la présente invention est de perfec- tionner le dispositif connu de refroidissment liquide décrit ci-dessus de manière à réduire la pénétration de poussières et de saletés dans le circuit de refroi- dissement. Pour atteindre cet objectif, la présente inven- tion propose un procédé de refroidissement liquide qui est essentiellement caractérisé en ce que l'on injecte dans le bac annulaire d'alimentation un gaz inerte ou du gaz de haut fourneau épuré à une pression supérieure à celle régnant à l'intérieur du four et inférieure à la pression d'injection de l'eau dans le bac. Grâce à cette injection de gaz, on obtient un double résultat. En effet, en créant au dessus du niveau de liquide dans le bac une pression supérieure à celle régnant dans le four, on empêche, ou du moins on réduit la pénétration des gaz chargés de poussières dans c., bac. En outre, en créant une certaine pression au dessus du niveau supérieur de l'eau de refroidissement, on simule une augmentation de la hauteur d'eau, c.-à-d. qu'on aug- mente la vitesse de circulation dans les serpentins et il en résulte un meilleur refroidissement et une diminution des risques de formation de dépôts dans les serpentins. A titre de mesure auxiliaire, on réduit la péné- 3 2613052 tration des gaz chargés de poussières dans la chambre annulaire en utilisant le collecteur comme barrière liquide entre le four et cette chambre annulaire. En plus, on oblige les gaz du four, réussissant malgré tout à traverser ladite barrière liquide, à traverser un rideau d'eau qui sert à laver les gaz et à précipiter les particules solides. Il est avantageux de prévoir dans le circuit de refroidissement un réservoir de décantation pour provoquer le dépôt des particules solides du liquide de refroidissement et pour pouvoir réutiliser celui-ci. L'installation prévue pour la mise en oeuvre de ce procédé se caractérise en ce que le bac annulaire d'alimentation est raccordé à une conduite de gaz sous pression à travers un pot de répartition des gaz. La cage rotative comporte, de préférence, une lèvre périphérique descendant jusqu'au fond du collecteur et définissant avec la paroi intérieure de celui-ci un labyrinthe de passage des gaz. Selon un mode de réalisation avantageux, une garniture circulaire de gicleurs est prévue dans la carcasse au dessus du collecteur, ces gicleurs produisant chacun un jet d'eau en éventail ouvert, dirigé sur la lèvre de la cage rotative de manière à former un rideau d'eau ininterrompu au dessus du collecteur. Ce collecteur est, de préférence, relié au premier compartiment d'un réservoir de décantation, qui est séparé du deuxième compartiment de ce même réservoir par une cloison verticale s'étendant depuis le fond jusque dans la région supérieure du réservoir, ce second compartiment étant connecté à l'alimentation d'appoint en eau de refroidissement et au circuit de recyclage. D'autres particularités et caractéristiques res- sortiront de la descritpion détaillée d'un mode de réali- sation avantageux, présenté ci-dessous, a titre d'il- lustration, en référence aux dessins annexés dans lesquels: 4 2613052 la figure 1 montre une vue schématique de l'en- semble d'une installation de refroidissement du genre décrit dans le document précité et pourvue des perfec- tionnements proposés par la présente invention; la figure 2 montre, par une vue en coupe, les détails du bac d'alimentation en liquide de refroidis- sement; la figure 3 montre, par une vue en coupe,les détails du collecteur du liquide de refroidissement et la figure 4 montre une vue sur le rideau de liquide formé au dessus du collecteur. La figure 1 montre schématiquement le dispositif d'entraînement d'une goulotte de distribution d'une installation de chargement d'un four à cuve, munie d'un dispositif de refroidissement liquide du genre proposé dans le document précité. Ce mécanisme comporte essentiellement deux jeux d'engrenages 14 et 16 servant respectivement à la rota- tion d'une virole 18 autour de l'axe central du four en vue de la rotation de la goulotte de distribution, non représentée sur la figure, autour de l'axe longitudinal du four et à l'ajustement angulaire de cette goulotte par rapport à cet axe longitudinal. La transmission des mou- vements et la suspension des éléments mobiles sont réa- lises, de façon connue en soi, par l'intermédiaire de roulements 22, 28 (voir figure 2) et ne seront pas dé- crits en détail dans le contexte de cette demande. Une carcasse extérieure 24 délimite latéralement avec la virole rotative 18 une chambre annulaire 26. Cette chambre annulaire est séparée de l'intérieur du four par une cage de suspension 30 de la goulotte, cette cage étant solidaire de la virole rotative 18. Comme dans le dispositif de refroidissement liquide connu, la cage rotative 30 est garnie extérieu- rement de serpentins de refroidissement 32 pour éviter que cette cage 30 ne transmette, soit par conduction, soit par rayonnement, la chaleur à d'autres pièces, comme p.ex. les roulements et engrenages. Les différents ser- 2613052 pentins 32 sont reliés à travers des conduites de con- nection 38 à un bac d'alimentation annulaire 40 attaché à la partie supérieure de la virole 18 et tournant, par conséquent, avec celle-ci autour de l'axe vertical. Comme dans le dispositif de refroidissement connu, l'eau de refroidissement s'écoule, par gravité, à travers les serpentins 32 dans un collecteur circulaire prévu autour du fond de la cage rotative 30. De ce collecteur 60, l'eau de refroidissement est recirculée à travers un réservoir de décantation 80, un groupe de pompage 82, un filtre 84 autonettoyant et un circuit de refroidissement 86 dans des conduites 54 alimentant le bac annulaire 40. On se réferrera au document précité EP- B1-0116142 pour de plus amples renseignements au sujet des détails du circuit de refroidissement et de son fonctionnement. Comme on peut le voir sur la figure 2, les bords superieurs du bac d'alimentation 40 évoluent sans contact dans des rainures circulaires concentriques 46, 48 d'un plateau fixe supérieur 44 soudé à la carcasse 24. L'ali- mentation du bac 40 en eau de refroidissement est réa- lisee à travers une gorge circulaire 52 dans le plateau 44, dans laquelle débouche(nt) la ou les conduite(s) d'alimentation 54 (voir figure 1). Comme on peut le voir sur la figure 2, l'ouver- ture entre les bords supérieurs du bac 40 et les rainures 46, 48 a été conque volontairement sous forme de laby- rinthe pour réduire les risques de passage de gaz et de poussières dans le bac 40 et pour créer une perte de charge pour le gaz d'étanchéité décrit ci-dessous. Malgré ces ouvertures en forme de labyrinthe, on a constaté des pénétrations de poussières dans le bac 40, essentiel- lement en provenance des gaz remontant de l'intérieur du four à travers la virole 18. Conformément à la présente invention, on réduit les risques de pénétration de poussières dans le bac 40 en injectant dans celui-ci, à travers une ou plusieurs conduite(s) 56 un gaz inerte ou du gaz de haut fourneau 6 È613052 épuré sous pression, p.ex. de l'azote. Ce gaz est injecté une pression légèrement supérieure à celle régnant dans le four a cuve afin d'empêcher la pénétration de gaz à travers les rainures 46 et 48, et à une pression infé- rieure à la pression de l'eau dans les conduites d'admis- sion 54 afin de ne pas empêcher la pénétration de l'eau de refroidissement dans le bac 40. Ce gaz sous pression pénètre dans le bac 40 à travers un pot de répartition annulaire 58 à paroi perforée. La présente invention prévoit également des me- sures pour réduire la pénétration des poussières dans la chambre annulaire 26 afin de réduire également par cette voie l'accès de poussières dans le bac 40 et pour épar- gner les engrenages et roulements des dépôts de pous- sières. En effet, il doit nécessairement exister une fente circulaire entre la virole rotative et la carcasse fixe 24. Or,les fluctuations de pression à l'intérieur du four créent un effet de pompage entre la chambre 26 et l'intérieur du four à travers cette fente, ce qui favo- rise le passage de petites quantités de gaz chargés de poussières dans la chambre 26. Pour remédier à cet inconvénient, le collecteur est conçu sous forme d'un bac circulaire, à section rectangulaire intégré à la carcasse 24. Le bord inférieur de la cage rotative 30 comporte une lèvre périphérique verticale 62 qui s'étend par le dessus du bord intérieur du collecteur 60 jusqu'au fond de celui-ci, sans toute- fois être en contact avec ce collecteur 60. Le passage formé autour de la paroi intérieure du collecteur 60, d'une part, et le bord de la cage rotative 30 et sa lèvre 62, d'autre part, est en outre volontairement encombré par une lamelle circulaire périphérique 64 de la cage 30 qui évolue, lors de la rotation de cette cage 30, dans une rainure 64 aménagée sur la paroi intérieure du col- lecteur 60. Le labyrinthe défini par la forme de ce passage et par la lamelle 64 et la rainure 66 s'oppose, par conséquent, au passage des gaz et des poussières depuis l'intérieur du four jusque dans le collecteur 60. En outre, il est possible de prévoir des mesures pour assurer un niveau minimal de liquide dans le collecteur de manière à ce que le bord inférieur de la lèvre 62 se trouve à l'intérieur du liquide et que l'on forme, ainsi, une barrière liquide entre l'intérieur de four et la chambre 26. A titre de mesure complémentaire on prévoit, dans un mode de réalisation avantageux, au dessus du bord extérieur du collecteur 60 une garniture circulaire de gicleurs 68 à travers lesquels on injecte, à travers des conduites 72 branchées en dérivation sur le circuit prin- cipal (voir figure 1) de l'eau de refroidissement. Chacun des gicleurs 68 forme, comme le montre la figure 4, un jet d'eau 70 en forme d'un large éventail dirigé sur la lèvre 62. L'effet combiné de tous les gicleurs 68 permet ainsi de former un rideau d'eau ininterrompu recouvrant tout le collecteur 60 et assurant un rinçage efficace des gaz qui arrivent, malgré tout, à pénétrer par le laby- rinthe dans le collecteur 60. Le collecteur 60 est raccordé par des conduites 74 à un réservoir de décantation 80 (voir figure 1). Ce réservoir 80 est séparé au moyen d'une cloison verticale 92 s'étendant depuis le fond jusque dans la région supé- rieure, en deux compartiments 88 et 90. L'eau en prove- nance du collecteur 60 est introduite dans le compar- timent 88 o les particules solides peuvent se déposer au fond, tandis que l'eau décantée ne peut passer dans le second compartiment 90 que par dessus la cloison de séparation 92. Ce compartiment 90 est également raccordé à une conduite d'alimentation 94 pour l'approvisionnement du circuit en eau d'appoint en remplacement de l'eau évaporée. L'eau est extraite de la base du réservoir 80 par le groupe de pompes 82 et renvoyée, de manière connue en soi, dans le circuit de refroidissement en passant par le filtre 84. Les deux compartiments 88, 90 du réservoir de décantation 80 peuvent être vidangés par un groupe de vannes 96, notamment pour enlever les dépôts solides du compartiment 88. 8 2613052 Il reste à souligner que les perfectionnements proposés par la présente invention peuvent être adaptés facilement à des installations existantes du genre de celle décrite dans le document EP-B1-0116142. 9 2613052 REVENDICATIONS 1. Procédé de refroidissement d'une installation de chargement d'un four à cuve, comprenant un canal d'alimentation fixe (20) disposé verticalement dans le centre de la tête du four, une virole rotative (18) montée coaxialement autour dudit canal (20), une carcasse extérieure (24) montée coaxialement à l'extérieur de ladite virole (18) et délimitant latéralement avec celle- ci une chambre sensiblement annulaire (26), cette chambre (26) étant séparée, mais non isolée, de l'intérieur du four au moyen d'une cage rotative (30) solidaire de la virole rotative (18), une goulotte de distribution montée de manière pivotante dans la cage rotative (30), un moyen d'entraînement pour faire tourner, en bloc, la virole (18) et la cage (30) autour de l'axe vertical et du canal d'alimentation (20), un bac annulaire d'alimentation (40) fixé sur le bord supérieur de la virole rotative (18) et dont les deux parois concentriques extérieure et inté- rieure glissent dans des rainures concentriques (46, 48) d'un plateau fixe supérieur (44) traversé par au moins une conduite (54) d'admission de refroidissement alimen- tant le bac annulaire (40), plusieurs serpentins de re- froidissement disposés autour de la cage (30) et reliés chacun par une conduite (38) audit bac annulaire (40), un collecteur circulaire (60) fixé à la carcasse extérieure (24) et des conduites reliant chacun des serpentins audit collecteur (60), de façon que l'eau s'écoule entrele bac annulaire (40) et le collecteur (60) à travers lesdites conduites et les serpentins, caractérisée en ce que l'on injecte, dans le bac annulaire (40), un gaz inerte ou du gaz de haut fourneau épuré à une pression supérieure à celle régnant à l'intérieur du four et inférieure à la pression d'injection de l'eau dans le bac (40). 2. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que l'on utilise le collecteur (60) comme barrière liquide entre le four et la chambre annulaire (26). 3. Procédé selon la revendication 2, caractérisé 2613052 en ce qu'on oblige les gaz du four réussissant à passer ladite barrière liquide à traverser un rideau d'eau in- interrompu au dessus du collecteur (60). 4. Procédé selon l'une quelconque des revendi- cations 1 à 3, caractérisé en ce qu'on provoque une décantation de l'eau de refroidissement dans un réservoir de décantation (80). 5. Installation pour la mise en oeuvre d'un procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 4, O10 caractérisé en ce que le bac annulaire d'alimentation (40) est raccordé à au moins une conduite (56) de gaz sous pression à travers un pot de répartition des gaz (58). 6. Installation selon la revendication 5, caracterisee en ce que la cage rotative (30) comporte une lèvre périphérique (62) descendant jusqu'au fond du collecteur (60) et définissant avec la paroi intérieure de celui-ci un labyrinthe de passage des gaz. 7. Installation selon la revendication 6 carac- térisée par une garniture circulaire de gicleurs (68) prévue dans la carcasse (24) au dessus du collecteur (60) et produisant chacun un jet d'eau (70) en éventail ouvert dirigé sur la lèvre (62) de la cage rotative (30) de manière à former un rideau d'eau ininterrompu au dessus du collecteur (60). 8. Installation selon la revendication 6, carac- térisée en ce que le collecteur (60) est relié au premier compartiment (88) d'un réservoir de décantation (80), qui est séparé du deuxième compartiment (90) de ce même réservoir (80) par une cloison verticale (92) s'étendant depuis le fond du réservoir jusque dans la région supé- rieure de celui-ci et en ce que le second compartiment (90) est connecté à une alimentation d'appoint en eau de refroidissement et au circuit de recyclage de l'eau de refroidissement.