Brevet FR2677737A1 — publié le 19921218

La présente invention a pour objet un dispositif de refroidissement d'une paroi extérieure d'une enceinte soumise à haute température, notamment d'un creuset de haut fourneau. On sait que les hauts fourneaux comprennent notamment un creuset, contenant la fonte liquide. Ce creuset est donc soumis à des températures élevées et il est constitué de briques réfractaires en carbone et d'une enveloppe métallique appelée blindage qui est disposée autour des briques pour former la paroi externe sensiblement cylindrique du creuset. Compte tenu du flux thermique élevé circulant dans les réfractaires, une certaine fraction de cette chaleur est localisée dans le blindage. Or, si cette chaleur n'est pas suffisamment évacuée en surface, il se produit une élévation locale de température qui donne naissance à des contraintes thermomécaniques, celles-ci provoquant alors une déformation du blindage. L'élévation de température se produit également dans les réfractaires, induisant par la même des déformations et une usure prématurée des empilages de briques. Avec le temps, la fonte liquide traverse les réfractaires et perce le blindage. On comprend donc qu'il est indispensable de refroidir le blindage du creuset afin de le maintenir à une température appelée température de peau, suffisamment basse. En l'occurence, la température de peau doit être inférieure à 100"C et, plus particulièrement à 500C. A cet effet, on connait un dispositif de refroidissement du creuset qui est constitué de deux rampes circulaires de distribution d'eau qui sont disposées l'une en dessous de l'autre et qui entourent la paroi externe dudit creuset. Chacune de ces rampes est équipée de 6000 trous de diamètre égal à 6mm et ces trous sont tournés vers la paroi externe du creuset et orientés avec une alternance d'un sur deux à plus ou moins 450 par rapport à l'horizontale. Cependant, un tel dispositif présente de nombreux inconvénients. En effet, l'eau circulant dans les rampes et distribuée à travers les trous sur la paroi et retombe en pluie accompagnée d'un brouillard avec d'importantes projections sur l'environnement de la partie basse du haut fourneau. Ainsi, l'écoulement turbulent provenant des rampes détériore à la longue les appareils de contrôle, les armoires électriques et les canalisations autour du creuset, créant par là même une zone d'insécurité pour le personnel. De plus, il a été constaté que seule une fraction de 40% du débit d'eau circulant dans les rampes qui est de l'ordre de 1200mfh participe au refroidissement de la paroi externe. La présente invention vise à remédier à ces inconvénients en proposant un dispositif de refroidissement de conception simple, assurant un refroidissement amélioré et plus homogène de toute la paroi externe de l'enceinte et nécessitant un débit de fluide de refroidissement réduit. La présente invention a donc pour objet un dispositif de refroidissement d'une paroi exterieure d'une enceinte soumise à haute température, comprenant au moins une conduite d'alimentation en fluide de refroidissement fixée à un support à proximité de ladite paroi et en partie haute de celle-ci, ladite conduite étant munie de sorties de fluide de refroidissement régulièrement espacées et dirigées vers ladite paroi, caractérisé en ce que les sorties de fluide de refroidissement sont formées par des tubes dont les extrémités libres sont dirigées vers le bas de l'enceinte et dont les axes sont inclinés par rapport à ladite paroi suivant un angle compris entre 5 et 25". Selon d'autres caractéristiques de l'invention - l'angle d'inclinaison est de préférence égal à 150, - l'extrémité libre de chaque tube est placée à une distance de la paroi comprise entre 5 et llmm, de préférence égale à 8mm, - chaque tube comprend un élément d'axe longitudinal dont une première extrémité forme l'extrémité libre dudit tube et dont une seconde extrémité est raccordée à une première extrémité d'un élément coudé à 90 , la seconde extrémité dudit élément coudé étant fixée sur la conduite d'alimentation en fluide de refroidissement, - l'élément longidudinal a la forme d'un tronc de cône dont l'extrémité de plus grande ouverture constituant l'extrémité du tube est aplatie pour former un jet plat. Le dispositif selon la présente invention trouve plus praticulièrement son application au refroidissement d'un creuset de haut fourneau. L'invention sera mieux comprise à l'aide de la description qui va suivre donnée uniquement à titre d'exemple et faite en se référant aux dessins annexés, sur lesquels - la Fig. 1 est une vue schématique en demi-coupe d'un haut fourneau dont le creuset est muni du dispositif de refroidissement selon l'invention, - la Fig 2 est une vue en coupe transversale de la conduite d'alimentation et d'une sortie de fluide de refroidissement du dispositif selon l'invention, - la Fig. 3 est une vue en coupe selon la ligne 3-3 de la Fig. 2, - la Fig. 4 est une vue schématique de côté d'une sortie de fluide de refroidissement du dispositif selon l'invention, - la Fig. 5 est une vue schématique de face d'une sortie de fluide de refroidissement du dispositif selon l'invention. La Fig. 1 représente schématiquement un haut fourneau 1 comportant, de manière classique et de haut en bas, un gueulard 2, une cuve 3 et un creuset 4 perré d'un ou de plusieurs trous de coulée, non représentés, pour la fonte liquide. La cuve 3 est refroidie par des plaques de refroidissement 5, disposées sur la face interne du blindage 6 entre ce dernier et des briques réfractaires en carbone 5a et parcourue par un réseau de tubes, non représentés, dans lesquels circule un fluide de refroidissement. Ce réseau de tubes est raccorde à un ensemble de conduite d'alimentation 8 et à un ensemble de conduites de retour 9 du fluide de refroidissement. Le creuset 4 comporte également des briques réfractaires en carbone 7 disposées sur la face interne du blindage 6. Ce creuset 4 est équipé d'un dispositif de refroidissement 10 de la paroi externe du blindage 6. En se reportant aux Figs. 1 à 3, on voit que le dispositif de refroidissement 10 du blindage 6 du creuset 4 est constitué d'une conduite 11 d'alimentation en fluide de refroidissement, par exemple de I'eau sous pression à 3,5 bars, munie de sorties 12 de fluide de refroidissement disposées en regard dudit blindage 6 et régulièrement espacées. La conduite 11 entourant le creuset 4 est circulaire et fixée en partie haute dudit creuset aux conduites d'alimentation 8 en eau des plaques de refroidissement 5 par l'intermédiaire de plaques de support 13 et de colliers 14. La partie inférieure du creuset 4 est pourvue d'une goulotte 20 de récupération du fluide de refroidissement, circulaire et entourant ledit creuset (Fig. 1) Chaque sortie 12 de fluide de refroidissement est formée par un tube 15 dont l'extrémité libre 15a est dirigée vers le bas du creuset 4 et dont les axes sont inclinés par rapport à la paroi externe du creuset suivant un angle "a" compris entre 5 et 25". Un angle inférieur à 5 est inefficace car l'écoulement du fluide de refroidissement n'atteint pas le blindage 6 et tombe directement dans la goulotte 20. De même un angle supérieur à 25 provoque des projections de fluide de refroidissement importantes et, par conséquent, une consommation de fluide de refroidissement inutile et un refroidissement insuffisant. De préférence, l'angle "a" d'inclinaison des tubes 15 est égal à 15". Par ailleurs, l'extrémité libre 15a de chacun des tubes 15 est placée à une distance du blindage 6 comprise entre 5 et llmm. Au delà de llmm le risque de projections de fluide de refroidissement est élevé et l'écoulement dudit fluide de refroidissement ne permet pas le refroidissement souhaité De préférence, l'extrémité libre 15a de chacun des tubes 15 est placée à une distance du blindage 6 égale à 8mm. Comme représenté sur les Figs. 4 et 5, chaque tube 15 comprend un élément 16 d'axe longitudinal dont une première extrémité 16a forme l'extrémité libre 15a dudit tube 15 et dont une seconde extrémité 16b est raccordée, notamment par soudage, à une première extrémité 17a d'un élément 17 coudé à 90". La seconde extrémité 17b de cet élément coudé 17 est fixée, notamment par soudage, sur la conduite 11 d'alimentation en fluide de refroidissement Avantageusement, l'élément longitudinal 16 a la forme d'un tronc de cône dont l'extrémité 16a de plus grande ouverture constituant l'extrémité libre 15a du tube 15 est aplatie pour former un jet plat, permettant ainsi d'obtenir une section d'écoulement de fluide de refroidissement plus grande que celle d'un tube cylindrique et, par là même, une vitesse de sortie du fluide plus faible, de l'ordre de 1,5 m par seconde. Ainsi, l'écoulement de fluide de refroidissement obtenu en sortie des tubes 15 est de type laminaire. Un choix judicieux de l'angle d'inclinaison de chaque tube 15, de la distance de son extrémité libre 15a par rapport au blindage 6 et de la forme tronconique desdits tubes 15 permet d'obtenir un écoulement de fluide uniformément réparti sur le blindage 6, évitant par conséquent des points chauds et une déformation de celui-ci. Le dispositif 10 de refroidissement selon la présente invention procure donc un refroidissement efficace du blindage 6 du creuset 4 à une température de 50"C tout en réduisant la consommation excessive de fluide et les pertes par projection. Comme représenté à la Fig. 2, la conduite il est pourvue d'une alimentation 18 en fluide de refroidissement. Selon une variante, autour du creuset 4, la conduite 11 peut être divisée en huit secteurs comportant cinquante tubes 15 répartis selon un pas voisin de lOOmm Chaque secteur est pourvu d'une alimentation 18 en fluide de refroidissement. Dans les dispositifs de refroidissement utilisés jusqu'à présent, deux conduites véhiculant 1200 mfh à elles deux, étaient nécessaires pour obtenir le refroidissement du blindage. Grâce au dispositif selon la présente invention, une conduite convient parfaitement avec un débit de fluide de refroidissement véhiculé de l'ordre de 450math, ce qui simplifie le dispositif de refroidissement. De cette manière, en réduisant le débit de fluide, le dimensionnement des pompes, des moteurs et des tuyauteries de liaison est également réduit. Par ailleurs, les problèmes de corrosion et d'encrassement des sorties de fluide de refroidissement sont de ce fait également limités. Les projections de fluide et les brouillards occasionnés par les dispositifs selon la technique antérieure, ne risquent plus de se former, ainsi les appareils d'éclairage, de mesure et les armoires électriques sont moins sujet à des pannes. De plus, les charpentes métalliques et les tuyauteries ne sont pas exposées à la corrosion qui limitait leur durée de vie La propreté des sols situés en partie basse du haut fourneau est ainsi améliorée ce qui assure donc une meilleure sécurité pour le personnel d'exploitation. Par ailleurs, jusqu'à présent des déflecteurs étaient utilisés autour du creuset afin de canaliser le fluide projeté du blindage vers l'extérieur. Le dispositif selon la présente invention permet de manière avantageuse de supprimer ces déflecteurs. REVENDICATIONS 1. Dispositif de refroidissement d'une paroi extérieure (6) d'une enceinte (4) soumise à haute température, comprenant au moins une conduite (11) d'alimentation en fluide de refroidissement fixee à un support (8) à proximité de ladite paroi (6) et en partie haute de celle-ci, ladite conduite (11) étant munie de sorties (12) de fluide de refroidissement régulièrement espacées et dirigées vers ladite paroi (6), caractérisé en ce que les sorties (12) de fluide de refroidissement sont formées par des tubes (15) dont les extrémités libres (15a) sont dirigées vers le bas de l'enceinte (4) et dont les axes sont inclinés par rapport à ladite paroi suivant un angle compris entre 50 et 250. 2. Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce que l'angle d'inclinaison est de préférence égal à 15". 3. Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce que l'extrémité libre (15a) de chaque tube (15) est placée à une distance de la paroi (6) comprise entre 5 et llmm. 4. Dispositif selon la revendication 3, caractérisé en ce que l'extrémité libre (15a) de chaque tube (15) est placée à une distance de la paroi (6) de préférence égale à 8mm. 5. Dispositif selon les revendications 1 et 3, caractérisé en ce que chaque tube (15) comprend un élément (16) d'axe longitudinal dont une première extrémité (16a) forme l'extrémité libre (15a) dudit tube (15) et dont une seconde extrémité (16b) est raccordée à une première extrémité (17a) d'un élément (17) coudé à 90 , la seconde extrémité (17b) dudit élément coudé (17) étant fixée sur la conduite (11) d'alimentation en fluide de refroidissement. 6. Dispositif selon la revendication 5, caractérisé en ce que l'élément longitudinal (16) a la forme d'un tronc de cône dont l'extrémité (16a) de plus grande ouverture constituant l'extrémité libre (15a) du tube (15) est aplatie pour former un jet plat. 7. Application du dispositif de refroidissement selon l'une quelconque des revendications précédentes au refroidissement d'un creuset (4) de haut fourneau.