Brevet FR2685008A1 — publié le 19930618

La présente invention a pour objet un dispositif d'enlèvement de résidus solides formés dans une enceinte en surpression par rapport au milieu extérieur et soumise à haute température et notamment dans un conduit d'alimentation en vent chaud d'un haut fourneau. Dans les hauts-fourneaux on souffle, à contre courant, des produits solides chargés dans le gueulard, un vent chaud en partie basse à une température de l'ordre de 1200"C et à une pression à 3 bars, générant au contact du coke un gaz chaud réducteur. Le vent provient d'air froid chauffé durant son passage dans les empilages de briques réfractaires appelés "cowpers" et est injecté dans une canalisation circulaire qui entoure le blindage du haut-fourneau et qui est disposée dans un plan transversal au dessus des conduits d'alimentation en air chaud. Les conduits appelés busillons et qui sont par exemple au nombre de vingt-huit sur un haut-fourneau sont reliés à la canalisation circulaire par un canal incliné appelé descente de vent. Un busillon est une pièce horizontale sensiblement cylindrique ouverte à ses deux extrémités et dans laquelle débouche la descente de vent. Le busillon est partiellement encastré dans la paroi du haut-fourneau et l'extrémité débouchante est prolongée par une tuyère pénétrant dans le haut-fourneau, dirigée sur le coke et refroidie par une circulation d'eau à 12 bars. A l'extrémité opposée du busillon, en amont de l'intersection avec la descente de vent, une plaque d'extrémité, appelée porte coude busillon, est fixée sur le busillon. La plaque, perforée en son milieu, est fermée par une vanne d'isolement et munie d'un oeilleton permettant de surveiller l'intérieur du haut-fourneau. Compte tenu des températures élevées, de l'ordre de 2000"C, qui règnent à l'intérieur du hautfourneau, la canalisation, la descente de vent, le busillon et la tuyère sont réalisés en matériau réfractaire. La durée de vie théorique d'un tel matériau est d'environ quinze ans, mais il est soumis en permanence à des agressions mécaniques et chimiques sévères qui provoquent au cours du temps son usure prématurée. Notamment, lors des arrêts du haut-fourneau, la circulation d'air chaud est coupée et les gaz contenus dans le haut-fourneau sont refoulés à travers les tuyères, busillons, descentes de vent et la canalisation vers les cheminées que l'on nomme décharges. Ces gaz contiennent du zinc et des alcalins notamment K20 et Na2O qui se déposent dans la canalisation circulaire, ce qui a pour effet d'abaisser le point de fusion du matériau réfractaire et donc d'accentuer la vitrification de la surface interne de ladite canalisation. De plus, ce phénomène est aggravé par des entrées d'eau accidentelles dans le haut-fourneau provenant par exemple du perçage des plaques de refroidissement ou des tuyères. En effet, en temps normal, les gaz du hautfourneau contiennent environ 3% d'hydrogène qui, lors d'un arrêt, brûlent et produisent une flamme de combustion qui entre en contact avec les réfractaires, contribuant par là même à leur érosion. On comprend aisément qu'avec un apport d'eau accidentel élevant le taux d'hydrogène à plus de 10%, le phénomène de dégradation des réfractaires s'accentue. Dans un souci de moindre sollicitation des réfractaires, les exploitants sont logiquement amenés à diminuer la température de l'air chaud d'environ 100"C, ce qui impose alors une enfournement supplémentaire de 10kg de coke pour obtenir une tonne de fonte. Pour des raisons d'économie de matière première, les sidérurgistes conservent la même température d'air chaud, à savoir 1200"C, ce qui provoque inévitablement la fusion des réfractaires. A l'arrêt du haut-fourneau, on évite le passage des gaz dans les tuyères en injectant de l'azote au moyen d'une canne débouchant dans lesdites tuyères. L'injection a ainsi pour fonction de créer une surpression qui privilégie le passage des gaz par le gueulard. Cependant, lorsque la fusion des réfractaires de la canalisation circulaire est amorcée, le laitier alumineux emprunte la descente de vent et forme un tas ou coulure au droit de l'intersection du busillon et de ladite descente, empêchant ainsi toute surveillance visuelle et, en particulier, les ralentissements d'allure du haut-fourneau et les injections de charbon pulvérisé et de gaz de cokerie. On ne peut donc contrôler ni la qualité de l'injection, ni le positionnement des cannes utilisées pour l'injection, ce qui peut conduire à une percée de tuyère et donc à un arrêt du haut-fourneau dès lors qu'une canne entre en contact avec ladite tuyère. Jusqu'à présent, le personnel d'exploitation procède à la destruction des tas formés en regard des portes coude busillons à l'aide d'un marteau piqueur. L'inconvénient majeur de cette technique réside dans le fait qu'elle nécessite l'arrêt du hautfourneau, ce qui a une incidence sur la qualité de la fonte produite et la production. Par ailleurs, le travail du personnel s'effectue dans des conditions pénibles en raison de l'atmosphère insalubre et chaude et du risque omniprésent du refoulement des gaz chauds qui rend cette tâche particulièrement dangereuse. La présente invention vise à remédier aux inconvénients précédemment cités en proposant un dispositif de nettoyage des coulures permettant de travailler dans des conditions difficiles sans risque pour l'exploitant, simple à mettre en oeuvre et efficace. La présente invention a ainsi pour objet un dispositif d'enlèvement de résidus solides formés dans une enceinte en surpression par rapport au milieu extérieur et soumise à haute température, notamment dans un conduit d'alimentation en vent chaud d'un hautfourneau, ladite enceinte étant pourvue d'au moins une vanne d'isolement, caractérisé en ce qu'il comprend un fourreau fixé sur l'entrée de ladite vanne et comportant, d'une part, une amenée primaire d'un fluide de refroidissement et, d'autre part, des moyens d'étanchéité avec une tige creuse montée coulissante dans ledit fourreau et dont une extrémité débouche dans l'enceinte et est destinée à racler lesdits résidus, ladite tige comportant à son extrémité opposée une poignée de manoeuvre et une amenée secondaire de fluide de refroidissement. Selon d'autres caractéristiques de l'invention - le fourreau comporte un compartiment avant situé en regard de la vanne dans lequel débouche l'amenée primaire de fluide de refroidissement et un compartiment arrière muni desdits moyens d'étanchéité avec la tige creuse, - les moyens d'étanchéité entre le fourreau et la tige sont formés par un presse-étoupe, - le presse-étoupe comprend une cloison transversale interne au fourreau séparant les deux compartiments et munie d'un orifice pour le passage de la tige, une bague montée à l'extrémité du compartiment arrière à l'intérieur de celui-ci et fileté sur sa surface interne, ladite bague et la cloison ménageant entre elles et avec la tige un espace libre de forme sensiblement cylindrique, une étoupe garnissant ledit espace libre, et une pièce cylindrique formant presse et filetée sur sa surface externe afin de comprimer l'étoupe par vissage dans la bague, - l'étoupe est de l'amiante torsadée, - la pièce cylindrique formant presse comporte à son extrémité débouchant à l'extérieur du fourreau, une bride munie sur l'une de ses plus grandes faces de plusieurs goupilles parallèles à ladite pièce cylindrique et dirigée dans une direction opposée à celle-ci. Selon encore d'autres caractéristiques de l'invention - les moyens d'étanchéité entre le fourreau et la tige sont formés par un manchon disposé à l'intérieur dudit fourreau et séparant les deux compartiments, ledit manchon étant pourvu sur sa face interne d'au moins une rainure circulaire dans laquelle est logé un joint torique, - la tige comporte à proximité de la poignée entre ladite poignée et l'extrémité destinée à racler lesdits résidus, une bride munie de perforations destinées à coopérer avec lesdites goupilles, - la tige est équipée entre la poignée et la bride d'une vanne d'isolement, - chaque amenée de fluide de refroidissement comporte une manchette équipée d'un clapet anti-retour, - le fluide de refroidissement est de l'air comprimé, - le fourreau est fixé sur l'entrée de la vanne par l'intermédiaire d'un manchon de fixation s'engageant d'un côté dans le compartiment avant dudit fourreau et de l'autre côté dans l'entrée de ladite vanne, - la tige présente, à son extrémité destinée à racler lesdits résidus, une légère courbure. D'autres caractéristiques et avantages de l'invention apparaîtront au cours de la description qui va suivre, donnée uniquement à titre d'exemple et faite en référence aux dessins annexés, sur lesquels - la Fig. 1 est une vue schématique partielle en coupe longitudinale d'un conduit d'alimentation en vent chaud d'un haut-fourneau, - la Fig. 2 est une vue schématique du conduit d'alimentation en vent chaud du haut-fourneau équipé du dispositif selon l'invention, - la Fig. 3 est une vue schématique à plus grande échelle et en coupe longitudinale du dispositif selon l'invention. Dans le mode de réalisation décrit cidessous, le dispositif selon l'invention est plus particulièrement destiné à l'enlèvement des résidus solides formés dans les conduits 2 d'alimentation en vent chaud d'un haut-fourneau 1, appelés busillons ainsi que représenté sur la Fig. 1. Les conduits 2 réalisés en matériau réfractaire sont soumis à des températures voisines de 12500C et à une surpression de l'ordre de 3 bars par rapport au milieu extérieur. Sur chaque conduit 2, à l'extrémité opposée à la tuyère 3, une vanne 4 placée derrière une plaque 5 appelée porte coude busillon et perçée en son milieu, permet 1 l'échappement de gaz du haut-fourneau 1 vers l'extérieur. Cette vanne est pourvue d'un oeilleton 6. Le dispositif selon l'invention désigné dans son ensemble par la référence 10 et représenté aux Figs. 2 et 3 comprend un fourreau 11 fixé sur l'entrée de la vanne 4 dans lequel coulisse une tige creuse 12. Le fourreau 11 est cylindrique et se compose de deux compartiments, l'un 13 dit avant et l'autre 14 dit arrière, tout deux étant ouverts à leur extrémité libre. Lorsque le fourreau Il est fixé sur l'entrée de la vanne 4, l'extrémité libre 13a du compartiment avant 13 est alignée avec celle-ci. Ainsi, la tige 12 peut être engagée dans le fourreau il par le compartiment arrière 14, puis traverser successivement le compartiment avant 13, la vanne 4, et se trouver au contact d'une coulure 7 formée en regard du porte coude busillon 5. Le compartiment avant 13 est un cylindre creux de longueur sensiblement égale à la moitié de celle du fourreau 11. Le compartiment avant 13 du fourreau 11 comporte une manchette 15 pour l'amenée primaire d'un fluide de refroidissement à une pression par exemple de 6 bars. Un tuyau flexible, non représenté, relié à une alimentation en fluide de refroidissement, est monté sur la manchette 15 et permet d'injecter le fluide qui se répartit alors dans l'espace interne du compartiment avant 13 et se propage par la vanne 4 à l'intérieur du busillon 2, refroidissant ainsi ladite tige 12 et l'air avoisinant. Le compartiment arrière 14 est également un cylindre de même longueur que le compartiment avant 13 et de même diamètre. Ce compartiment arrière 14 est pourvu de moyens pour réaliser l'étanchéité entre le fourreau 11 et la tige 12 et éviter ainsi un "retour" de vent chaud par la vanne 4. Les moyens d'étanchéité sont par exemple formés par un presse-étoupe 16. Le presse-étoupe 16 ainsi que représenté à la Fig. 3 comprend une cloison transversale 17 de forte épaisseur faisant office de séparation interne du fourreau 11 entre les deux compartiments avant 13 et arrière 14. La cloison 17 est par exemple un manchon dont l'orifice central 17a est dimensionné pour le passage de la tige 12. A l'extrémité libre 14a du compartiment arrière 14, une bague cylindrique 18 est montée à l'intérieur du fourreau 11 et comporte sur sa surface interne un filetage 18a. La bague 18 et la cloison 17 ménagent entre elles, lorsque la tige 12 est introduite dans le fourreau 11, un espace libre de forme sensiblement cylindrique. Cet espace est garni avec de l'étoupe 19, comme par exemple de l'amiante torsadée. Le presse-étoupe 16 comprend également une pièce cylindrique 20 formant presse et filetée sur sa surface externe afin de coopérer avec le filetage 18a de la bague 18 par vissage et comprimer ainsi l'amiante torsadée 19 contre la cloison 17, réalisant alors un joint étanche autour de la tige 12. La bague 20 et la cloison 17 permettent par ailleurs un guidage mécanique de la tige 12 lors de son mouvement de coulissement dans le fourreau 11. Selon une variante non représentée, les moyens d'étanchéité sont formés par un manchon disposé à l'intérieur du fourreau 11 sur une partie de la longueur totale du compartiment arrière 14. Ce manchon est équipé sur sa surface interne, dans laquelle coulisse ladite tige 12, d'une rainure circulaire qui sert de logement à un joint d'étanchéité torique. Plusieurs rainures munies chacune d'un joint torique peuvent ainsi être aménagées le long du manchon. Un tel moyen a également une fonction de guidage mécanique pour le coulissement de la tige 12. La pièce cylindrique 20 formant presse comporte à son extrémité libre 20a, c'est à dire l'ex- trémité qui n'est pas engagée dans le compartiment arrière 14 du fourreau 11, une bride circulaire 21 munie sur une zone périphérique circulaire d'une de ses plus grandes surfaces, de quatre goupilles 22 régulièrement disposées parallèlement à l'axe longitudinal de la pièce cylindrique 20 et dirigées dans une direction opposée à celle-ci. La tige 12 est pourvue à son extrémité opposée 12b à l'extrémité libre 12a introduite dans le busillon 2, d'une amenée secondaire 23 d'un fluide de refroidissement et comporte une manchette 24 raccordée sur l'extrémité 12b de ladite tige 12 et formant une poignée cylindrique autour de celle-ci. Un tuyau flexible, non représenté, est monté sur cette manchette 24 et relié à une alimentation en fluide de refroidissement de manière à permettre la circulation du fluide et ainsi le refroidissement interne de ladite tige 12 et des compartiments avant 13 et arrière 14 du fourreau 11. A proximité de la poignée 24 entre ladite poignée et l'extrémité 12a destinée à racler les résidus 7, la tige 12 comporte une bride circulaire 25 munie de perforations 26 disposées en vis-à-vis des goupilles 22 de la bride 21 afin de recevoir celle-ci lorsque la tige 12 est engagée à fond dans le fourreau 11. Lorsque les deux brides 21 et 25 sont solidarisées, elles réalisent ainsi une étanchéité supplémentaire entre le fourreau 11 et la tige 12 en cas de "retour" de vent chaud par la vanne 4. Ainsi, le dispositif est pourvu d'une double sécurité permettant d'assurer avec une grande fiabilité l'étanchéité entre le fourreau 11 et la tige 12, ce qui écarte les risques lors de l'intervention du personnel d'exploitation. La tige 12 est équipée, entre la poignée 24 et la bride 25, d'une vanne d'isolement 27 permettant d'obturer le canal interne de ladite tige 12. Le fluide de refroidissement utilisé est par exemple de l'air comprimé dont la pression d'alimentation est d'environ 6 bars. La tige 12 présente, en outre, une légère courbure à son extrémité 12a introduite dans le busillon 2 afin d'atteindre les résidus 7 qui ne sont pas placés directement dans l'axe de ladite tige. La mise en oeuvre du dispositif selon l'invention nécessite plusieurs opérations relevant d'une grande simplicité. L'oeilleton 6 (Fig. 1) disposé à l'entrée de la vanne 4 est enlevé après que ladite vanne ait été fermée, puis le fourreau 11 est fixé sur l'entrée de celle-ci par l'intermédiaire d'un manchon 30 de fixation filetée qui s'engage, par une extrémité 30a, dans le compartiment avant du fourreau 11, et par l'extrémité opposée 30b, dans l'entrée dans ladite vanne 4. La pièce cylindrique 20 formant presse est partiellement vissée dans la bague 18 du compartiment arrière 14 et la tige 12 est introduite à l'intérieur du fourreau 11. On effectue alors le vissage complet de la pièce cylindrique 20 afin de comprimer les tresses d'amiante 19 et de réaliser l'étanchéité entre le fourreau 11 et la tige 12 tout en permettant le coulissement de celle-ci. L'opération suivante consiste à raccorder chacune des manchettes 15 et 24 à un tuyau flexible muni d'un embout et relié à l'alimentation en air comprimé. Les manchettes 15 et 24 sont toutes deux équipées d'un clapet anti-retour, non représenté, permettant par exemple, en cas d'incident sur la vanne d'isolement 27, de déboîter l'embout de la manchette 24 et donc d'éviter un "retour" de vent chaud par le canal interne de la tige 12. Ainsi, la vanne 27 et la manchette 24 constituent une double sécurité pour l'étanchéité de la tige 12 lorsque celle-ci est mise en oeuvre dans le busillon 2. Après s'être assuré de l'étanchéité du dispositif, le personnel d'exploitation commande l'injection d'air comprimé et ouvre la vanne 4. La tige 12 est ensuite enfoncée dans le busillon 2 jusqu'a atteindre la coulure 7 à enlever. L'air comprimé, du fait de la surpression par rapport à la pression du vent chaud qui est de l'ordre de 3 bars, empêche un refoulement de celui-ci par la tige 12 et la vanne 4 et refroidit considérablement ladite tige 12 et l'ensemble du dispositif évitant par là même sa détérioration au contact de gaz à 1200"C. L'opérateur effectue avec la tige 12 des mouvement de va et vient pour racler la coulure 7 avec l'extrémité libre 12a de ladite tige 12 et la décrocher du busillon 2. L'extrémité 12a de la tige 12 du fait de sa courbure, permet de racler la coulure 7 sous des angles variés facilitant ainsi son décrochage. La circulation du vent chaud dans le busillon 2 permet alors une évacuation aisée de la coulure 7 vers le haut-fourneau où elle fond. Il convient de noter que la pression de l'air comprimé peut également contribuer au décrochage de la coulure 7 et à son évacuation, tout comme le vent chaud qui emprunte le busillon 2 à une vitesse voisine de 240 m/s. Une fois la coulure 7 enlevée l'opérateur retire la tige 12 au-delà de la vanne 4 et ferme celleci. Un tel dispositif répond parfaitement aux conditions inhérentes à la mise en service des conduits d'alimentation en vent chaud d'un haut-fourneau, à savoir une température et une pression élevées qui rendent tout travail dangereux pour le personnel d'exploitation. Ainsi, le dispositif est d'une grande efficacité et d'une grande maniabilité pour le personnel et le souci de sécurité de ce personnel est intégré dans sa conception même. REVENDICATIONS 1. Dispositif d'enlèvement de résidus solides (7) dans une enceinte (2) en surpression par rapport au milieu extérieur et soumise à haute température, notamment dans un conduit d'alimentation en vent chaud d'un haut-fourneau, ladite enceinte (2) étant pourvue d'au moins une vanne d'isolement (4), caractérisé en ce qu'il comprend un fourreau (11) fixé sur l'entrée de ladite vanne (4) et comportant, d'une part, une amenée primaire (15) d'un fluide de refroidissement et, d'autre part, des moyens (16) d'étanchéité avec une tige creuse (12) montée coulissante dans ledit fourreau (11) et dont une extrémité (12a) débouche dans l'enceinte (2) et est destinée à racler lesdits résidus (7), ladite tige (12) comportant à son extrémité opposée (12b) une poignée de manoeuvre (24) et une amenée secondaire (23) de fluide de refroidissement. 2. Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce que le fourreau (11) comporte un compartiment avant (13) situé en regard de la vanne (4) dans lequel débouche l'amenée primaire (15) de fluide de refroidissement et un compartiment arrière (14) muni desdits moyens d'étanchéité (16) avec ladite tige creuse (12). 3. Dispositif selon les revendications 1 et 2, caractérisé en ce que les moyens d'étanchéité entre le fourreau (11) et la tige (12) sont formés par un presse-étoupe (16). 4. Dispositif selon la revendication 3, caractérisé en ce que le presse-étoupe (16) comprend: - une cloison (17) transversale interne au fourreau (11) séparant les deux compartiments (13, 14) et munie d'un orifice (17a) pour le passage de la tige (12), - une bague (18) montée à l'extrémité (14a) du compartiment arrière (14) à l'intérieur de celui-ci et filetée sur sa surface interne, ladite bague (18) et la cloison (17) ménageant entre elles et avec la tige (12) un espace libre de forme sensiblement cylindrique, - une étoupe (19) garnissant ledit espace libre, - et une pièce cylindrique (20) formant presse est fixée sur sa surface externe afin de comprimer l'étoupe (19) par vissage dans la bague (18). 5. Dispositif selon la revendication 4, caractérisé en ce que l'étoupe (19) est de l'amiante torsadée. 6. Dispositif selon la revendication 4, caractérisé en ce que la pièce cylindrique (20) formant presse comporte à son extrémité (20a) débouchant à l'extérieur du fourreau (11) une bride (21) munie sur une de ses plus grandes faces de plusieurs goupilles (22) parallèles à ladite pièce cylindrique (20) et dirigée dans une direction opposée à celle-ci. 7. Dispositif selon les revendication 1 et 2, caractérisé en ce que les moyens d'étanchéité entre le fourreau (11) et la tige (12) sont formés par un manchon disposé à l'intérieur dudit fourreau (11) et séparant les deux compartiments (13, 14), ledit manchon étant pourvu sur sa face interne d'au moins une rainure circulaire dans laquelle est logé un joint torique. 8. Dispositif selon les revendications 1 et 6, caractérisé en ce que la tige (12) comporte, à proximité de la poignée (24) et entre ladite poignée (24) et l'extrémité (12a) destinée à racler lesdits résidus (7), une bride (25) munie de perforations (26) destinées à coopérer avec lesdites goupilles (22). 9. Dispositif selon les revendications 1 et 8, caractérisé en ce que la tige (12) est équipée entre la poignée (24) et la bride (25) d'une vanne d'isolement (27). 10. Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce que chaque amenée (15, 23) de fluide de refroidissement comporte une manchette équipée d'un clapet anti-retour. 11. Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce que le fluide de refroidissement est de l'air comprimé. 12. Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce que le fourreau (11) est fixé à l'entrée de la vanne (4) par l'intermédiaire d'un manchon de fixation (30) s'engageant d'un côté dans le compartiment avant (13) du fourreau (11) et de l'autre côté dans l'entrée de ladite vanne (4). 13. Dispositif selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que la tige (12) présente à son extrémité (12a) destinée à racler lesdits résidus (7), une légère courbure.