Brevet FR2694803A1 — publié le 19940218

La présente invention a pour objet un dispositif de refroidissement d'une paroi extérieure d'un récipient métallurgique soumis à haute température, comme par exemple un convertisseur d'aciérie. On sait que les convertisseurs d'aciérie sont constitués d'une coque en acier soudé, appelée cornue, dans laquelle est élaboré l'acier. Les parois de la cornue sont constituées d'un garnissage interne de briques en matériau réfractaire et d'un blindage métallique formant la paroi extérieure de ladite cornue. Afin de permettre le basculement de la cornue, par exemple pour procéder au chargement du convertisseur ou à la coulée de l'acier élaboré, celle-ci est équipée d'une ceinture disposée autour de sa partie médiane et destinée à soutenir ladite cornue Cette ceinture est munie de deux tourillons diamétralement opposés et alignés suivant un axe autour duquel bascule la cornue. Une telle ceinture a par exemple une hauteur de 2,50 m et la paroi intérieure de celle-ci est située à une distance d'environ 0, 2 m du blindage de la cornue. Compte tenu de l'augmentation de la température d'élaboration de certains aciers et dans le but d'augmenter la durée de vie du garnissage interne de la cornue, la qualité des matériaux réfractaires utilisés pour constituer les briques du garnissage de la cornue s'accroît et, par exemple, la magnésie graphite remplace de plus en plus la dolomie dont la conductivité thermique est plus faible, comtribuant ainsi à augmenter la charge thermique sur le blindage. I1 convient de noter que les zones du blindage situées au-dessus ou au-dessous de la ceinture supportent cette charge thermique supplémentaire étant donné qu'elles sont refroidies par convection naturelle et par rayonnement. Cependant, la zone du blindage disposée en regard de la paroi intérieure de la ceinture est insuffisamment refroidie par convection naturelle en raison du faible espace entre les parois de la cornue et de la ceinture. Ainsi, sous l'effet de la charge thermique élevée et du faible refroidissement naturel, les deux parois qui sont disposées face à face s'équilibrent en température et la température du blindage peut atteindre par exemple 550"C. A partir de ce moment, l'acier constituant le blindage perd une partie de ses caractéristiques mécaniques et, les contraintes exercées par les briques du garnissage sur ledit blindage, provoquent alors le fluage de celui-ci. Au cours du temps le blindage risque d'entrer en contact avec la paroi intérieure de la ceinture qui, n'étant pas dimensionnée pour supporter de tels efforts, va se déformer de manière irréversible. Pour éviter ces dégradations, il a été prévu de refroidir la zone du blindage disposée en regard de la paroi intérieure de la ceinture de plusieurs manières. Une des solutions envisagées consistait à installer un circuit de refroidissement par circulation d'eau dans l'espace entre les deux parois disposées face à face, mais en raison de l'inaccessibilité de la zone concernée en cas de réparation d'une fuite d'eau par exemple, la solution a été abandonnée. Une autre solution consistait à souffler de l'air dans l'espace entre les deux parois, mais les débits d'air nécessaires étaient tellement élevés que cette solution n'a pas été retenue. Compte tenu de ces difficultés, le refroidissement d'une paroi extérieure d'un récipient métallurgique soumis à haute température, entourée au moins partiellement par un élément formant écran thermique, et dont une paroi dite intérieure est disposée en regard de la dite paroi extérieure du récipient, n'est pas jusqu'à présent réalisé d'une manière efficace. La présente invention a donc pour but de proposer un dispositif de refroidissement de ce type de récipients qui soit efficace, simple à mettre en oeuvre, fiable, sans danger pour le personnel d'exploitation et qui consomme peu d'énergie. La présente invention a donc pour objet un dispositif de refroidissement d'une paroi extérieure d'un récipient métallurgique soumis à haute température, entourée au moins partiellement par un élément formant écran thermique et dont une paroi dite intérieure est disposée en regard de la paroi extérieure du récipient, les deux parois étant sensiblement parallèles et situées à faible distance l'une de l'autre, caractérisé en ce que ledit dispositif comporte - des moyens d'amenée d'un fluide gazeux de refroidissement, - des moyens de répartition du fluide gazeux entre la paroi extérieure dudit récipient et la paroi intérieure dudit élément, - des moyens de projection du fluide gazeux sur ladite paroi extérieure du récipient, assujettis auxdits moyens de répartition. Selon d'autres caractéristiques de l'invention - les moyens d'amenée du fluide gazeux sont formés par au moins une conduite horizontale disposée sensiblement à l'aplomb de la paroi intérieure dudit élément formant écran thermique et longeant ladite paroi sur au moins une partie de sa longueur, ladite conduite étant reliée à au moins une arrivée du fluide gazeux, - ladite conduite comporte sur sa face intérieure disposée en vis-à-vis de ladite paroi extérieure du récipient, une pluralité de fenêtres régulièrement espacées, - les moyens de répartition du fluide gazeux sont formés par au moins un faisceau de tubes disposés selon un pas régulier entre les deux parois et fixés par une de leurs extrémités à ladite conduite, - chaque tube comporte à son extrémité destinée à être fixée sur ladite conduite, une lumière disposée en regard de cette conduite, - chaque tube communique avec la conduite par ladite lumière et par l'une des fenêtres ménagées dans ladite conduite, - les tubes sont parallèles entre eux et verticaux, les extrémités desdits tubes opposées à celle comportant ladite lumière étant reliées ensemble par au moins une pièce formant entretoise, - les moyens de projection du fluide gazeux sur la paroi extérieure dudit récipient sont formés par des buses régulièrement espacées sur ledit faisceau de tubes, - les buses sont écartées l'une de l'autre d'une distance comprise entre 100 et 500 mm et de préférence égale à 300 mm, - les buses sont disposées en quinconce dans un plan sensiblement parallèle à ladite paroi extérieure, - les buses sont placées chacune au sommet d'un triangle équilatéral dont les côtés ont une longueur comprise entre 100 et 500 mm et de préférence égale à 300 mm, - chaque buse est dirigée perpendiculairement à la paroi extérieure dudit récipient, - chaque buse est inclinée par rapport à l'horizontal ou par rapport à la paroi de la cornue, - chaque buse a un diamètre d'ouverture compris entre 10 et 30 mm et de préférence égal à 17 mm, - les tubes sont écartés l'un de l'autre d'une distance correspondant sensiblement à la moitié de l'écartement des buses, - le fluide gazeux de refroidissement est de l'air. Le dispositif selon l'invention s'applique particulièrement au refroidissement d'un convertisseur d'aciérie pour lequel l'élément formant écran thermique est une ceinture fixée à la paroi extérieure dudit convertisseur. 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 Figure 1 est une vue schématique en perspective d'un convertisseur d'aciérie muni du dispositif de refroidissement selon l'invention, - la figure 2 est une vue en coupe transversale du dispositif de refroidissement selon l'invention, - la figure 3 est une vue schématique en perspective d'une portion de la conduite des moyens d'amenée d'un fluide gazeux, - la figure 4 est une vue schématique en perspective d'une platine support d'un faisceau de tubes, - la figure 5 est une vue schématique en perspective d'une partie d'un faisceau de tubes des moyens de répartition du fluide gazeux, - la figure 6 est une vue en élévation des moyens de projection du fluide gazeux, - la figure 7 est une vue en coupe selon la ligne 7-7 de la figure 6, - la figure 8 est une vue en coupe selon la ligne 8-8 de la figure 6. Comme représenté schématiquement à la fig. 1, un convertisseur d'aciérie désigné dans son ensemble par la référence 1 se compose d'une coque soudée en acier 2 appelée cornue et faisant office de récipient métallurgique pour l'élaboration de l'acier. La cornue 2 comporte un garnissage interne de briques en matériau réfractaire, non représentées, et un blindage métallique formant la paroi extérieure 3 de ladite cornue. La cornue 2 est entourée dans sa partie médiane par un élément 4 formant écran thermique et dont une paroi 4a, appelée paroi intérieure, est disposée de manière sensiblement parallèle et en regard de la paroi extérieure 3 de ladite cornue. L'élément 4 formant écran thermique est une ceinture fixée à la paroi extérieure 3 de la cornue 2 et située à faible distance de celle-ci, ménageant ainsi dans la partie médiane de ladite cornue, un espace libre de faible largeur, par exemple égal à 0,2 m, entre la paroi extérieure 3 de la cornue 2 et la paroi intérieure 4a de la ceinture 4. Cette ceinture 4 est destinée à soutenir la cornue 2 lors de son basculement, par exemple pour procéder au chargement du convertisseur ou à la coulée de l'acier élaboré. A cet effet, la ceinture 4 est équipée de deux tourillons 5 dont un seul est représenté sur la figure 1, diamétralement opposés et alignés suivant un axe autour duquel bascule la cornue 2. La ceinture 4 telle que représentée sur les figures 1 et 2 est formée par un caisson 40 de forme torique d'axe de révolution confondu avec celui de la cornue 2 et dont une section contenue dans un plan radial vertical a une forme générale rectangulaire. Le caisson 40 est par exemple formé de deux demi-caissons ou compartiments respectivement 41 et 42 sensiblement identiques, l'un 41 étant disposé au-dessus de l'autre 42 et séparé de ce dernier par une cloison horizontale 43. Le caisson 40 a par exemple une hauteur de 2,50 m. Lors de l'utilisation du convertisseur 1 pour l'élaboration de l'acier, le garnissage interne de la cornue 2 atteint des températures voisines de 1500"C ce qui représente au niveau de la paroi extérieure 3 sous ceinture de ladite cornue, des températures de l'ordre de 550"C conduisant ainsi à sa déformation. Pour éviter cette déformation, le convertisseur 1 est équipé d'un dispositif de refroidissement de la paroi extérieure 3 de la cornue 2. Le dispositif de refroidissement selon la présente invention comporte - des moyens d'amenée d'un fluide gazeux de refroidissement, - des moyens de répartition du fluide gazeux entre la paroi extérieure 3 de la cornue 2 et la paroi intérieure 4a de la ceinture 4 formant écran thermique, - et des moyens de projection du fluide gazeux sur la paroi intérieure 3 qui sont assujettis aux moyens de répartition dudit fluide gazeux. Les moyens d'amenée du fluide gazeux de refroidissement sont formés par au moins une conduite 10 horizontale disposée sur la ceinture 4, sensiblement à l'aplomb de la paroi intérieure 4a de ladite ceinture et longeant cette dernière sur toute sa longueur dans l'exemple représenté sur la Fig. 1. La conduite 10 a une section transversale de forme sensiblement rectangulaire et une forme générale en arc de cercle. La conduite 10 est alimentée en fluide gazeux de refroidissement par l'intermédiaire d'au moins une canalisation 6 (Fig. 1), en communication avec chacun des deux compartiments 41 et 42 de la ceinture 4 par au moins une ouverture 7 ménagée dans chacun des compartiments. D'autre part, les compartiments 41 et 42 sont alimentés en fluide gazeux à partir d'au moins un des deux tourillons 5 qui comporte, comme représenté à la figure 2, un conduit central 5a relié à une alimentation en fluide gazeux, non représentée. Comme représenté à la figure 3, la conduite 10 comporte sur sa face intérieure 10a disposée en vis-àvis de la paroi extérieure 3 de la cornue 2, une pluralité de fenêtres 11 régulièrement espacées. Les moyens de répartition du fluide gazeux sont formés par au moins un faisceau 12 de tubes 13 disposés selon un pas régulier dans l'espace intermédiaire entre la paroi extérieure 3 de la cornue 2 et la paroi intérieure 4a de la ceinture 4. Les tubes 13 sont parallèles entre eux et verticaux et sont solidaires de la conduite 10 d'amenée de fluide par l'une de leurs extrémités 13a appelée extrémité supérieure. Selon un exemple de réalisation, la cornue 2 est entourée par vingt-deux faisceaux 12 de sept tubes 13, chacun disposé côte à côte. Comme représenté à la figure 4, chaque tube 13 est pourvu d'une lumière 14 rectangulaire orientée sur la longueur dudit tube, située à proximité de son extrémité supérieure 13a et de mêmes dimensions que celles des fenêtres 11 ménagées dans la conduite 10. Les tubes 13 sont fixés, par exemple par soudage, à au moins une platine 15 métallique ayant la forme d'une bande rectangulaire de hauteur sensiblement égale à celle de la conduite 10 et étant destinée à venir en appui sur la face intérieure 10a de ladite conduite 10. Cette platine 15 est munie d'ouvertures 16 de forme et de dimensions identiques à celles des fenêtres 11 et des lumières 14 disposées selon le même espacement que celui desdites fenêtres 11 et transversalement par rapport à ladite platine 15. Lorsque les tubes 13 sont soudés sur ladite platine 15, les lumières 14 sont disposées en vis-à-vis des ouvertures 16 de la platine 15 et, après fixation de ladite platine 15 sur la face intérieure 10a de la conduite 10 par exemple par boulonnage, les fenêtres il de celle-ci sont disposées en regard des ouvertures 16 de la platine 15 et mettent ainsi l'intérieur de la conduite 10 en communication avec l'intérieur de chacun desdits tubes 13. Pour maintenir un pas régulier entre les tubes 13 et assurer la rigidité du faisceau 12, les extrémités 13b desdits tubes 13 opposées à celles fixées à la conduite 10, sont reliées par une seule pièce plane 17 (Fig. 2) par exemple circulaire, ou par plusieurs pièces 17 planes en forme d'arc de cercle et mises bout à bout de façon à former une ou plusieurs entretoises. Selon un exemple de réalisation, une pièce 17 est prévue pour chaque faisceau 12 de sept tubes 13 et est fixée perpendiculairement auxdits tubes. Par ailleurs, pour chaque faisceau 12, un taquet 18 (Fig.2) est fixé perpendiculairement à la face inférieure 4b de la ceinture 4 et, lorsque le faisceau 12 est solidaire de la conduite 10, la pièce 17 est emmanchée sur ledit taquet 18 de manière à immobiliser ledit faisceau à une distance constante par rapport à la paroi extérieure 3 de la cornue 2. Cette disposition avantageuse permet aux tubes 13 de se dilater selon un axe vertical de manière contrôlée sous l'effet des contraintes thermiques, étant donné que seules les extrémités supérieures 13a de ces tubes 13 sont solidarisées avec la conduite 10. Il convient également de remarquer que le dispositif de refroidissement selon la présente invention est modulaire ce qui permet en cas de défectuosité d'un ou de plusieurs tubes 13, de démonter le ou les faisceaux correspondant en vue d'une réparation. Comme représenté sur les figures 6 et 7, les moyens de projection du fluide gazeux de refroidissement sur la paroi extérieure de la cornue 2 sont formés par des buses 19 régulièrement espacées le long de chaque tube 13 et disposées en regard de ladite paroi extérieure 3. Les tubes 13 ont une section transversale rectangulaire et les buses 19 sont formées de parties cylindriques fixées par exemple par soudage sur les parois des tubes 13 qui font face à la paroi extérieure 3 de la cornue 2 et dirigées perpendiculairement à celleci. Les buses 19 peuvent également présenter une inclinaison avec l'horizontal ou par rapport à la paroi de la cornue pour une meilleure évacuation de l'air. Le fluide gazeux de refroidissement utilisé est par exemple de l'air. Un ventilateur, non représenté est raccordé au conduit central 5a de l'un des tourillons 5 par exemple par un joint tournant, afin d'alimenter les compartiments 41 et 42 du caisson 40 formant la ceinture 4, puis la canalisation 6, la conduite 10 et enfin les tubes 13. Autour d'une cornue 2 de convertisseur comme celle décrite dans cet exemple, les buses 19 sont écartées l'une de l'autre d'une distance comprise entre 100 et 500 mm et par exemple égal à 300 mm. Les buses 19 ne doivent pas être écartées audelà de 500 mm afin d'éviter que le gradient thermique entre l'impact des jets conduise à des contraintes inacceptables provoquant des fissurations locales du blindage de la cornue 2. Au-dessous de 100 mm, les buses 19 sont trop rapprochées et n'apportent pratiquement aucun effet de refroidissement supplémentaire. Les tubes 13 sont écartés l'un de l'autre d'une distance correspondante sensiblement à la moitié de l'écartement des buses 19. Avantageusement, les buses 19 sont disposées en quinconce sur les tubes 13 et, préférentiellement les buses 19 sont placées chacune au sommet d'un triangle équilatéral dont les côtés ont une longueur comprise entre 100 et 500 mm et de préférence égale à 300 mm. Par exemple, le nombre de buses 19 est égal à 1000 et chaque buse a un diamètre d'ouverture compris entre 10 et 30 mm et par exemple égal à 17 mm. Ainsi, cette répartition permet de couvrir lors du soufflage de l'air par les buses 19, la plus grande surface possible du blindage. L'air sort des buses 19 à une vitesse par exemple voisine de 30 m/s et le débit d'air total véhiculé dans le dispositif de refroidissement selon la présente invention est au maximum de l'ordre de 30.000 Nm3/h, mais, de préférence le débit d'utilisation courante est de 25.000 Nm3/h. Pour véhiculer un tel débit d'air, il suffit que la pression au refoulement du ventilateur soit environ de 700 mm de colonne d'eau. L'alimentation en air est réalisée à faible pression et nécessite une faible consommation d'énergie électrique. Un tel dispositif permet un refroidissement très efficace puisque la température du blindage du convertisseur peut être ramenée à environ 300"C ce qui permet d'eviter les détériorations sur ce blindage et par là même sur la ceinture du convertisseur, contribuant ainsi à augmenter la durée de vie dudit convertisseur. REVEND ICAT IONS 1. Dispositif de refroidissement d'une paroi extérieure (3) d'un récipient métallurgique (2) soumis à haute température, entourée au moins partiellement par un élément (4) formant écran thermique et dont une paroi (4a) dite intérieure est disposée en regard de ladite paroi extérieure (3) du récipient (2), les deux parois (3,4a) étant sensiblement parallèles et situées à faible distance l'une de l'autre, caractérisé en ce que ledit dispositif comporte - des moyens (10) d'amenée d'un fluide gazeux de refroidissement, - des moyens (12,13) de répartition du fluide gazeux entre la paroi extérieure (3) dudit récipient (2) et la paroi intérieure (4a) dudit élément (4), - et des moyens (19) de projection du fluide gazeux sur ladite paroi extérieure (3) du récipient (2), assujettis auxdits moyens (12,13) de répartition dudit fluide gazeux. 2. Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce que les moyens d'amenée du fluide gazeux sont formés par au moins une conduite (10) horizontale disposée sensiblement à l'aplomb de la paroi intérieure dudit élément (4) formant écran thermique et longeant ladite paroi sur au moins une partie de sa longueur, ladite conduite (10) étant reliée à au moins une arrivée du fluide gazeux. 3. Dispositif selon la revendication 2, caractérisé en ce que ladite conduite (10) comporte sur sa face intérieure (10a) disposée en vis-à-vis de ladite paroi extérieure (3) du récipient (2) une pluralité de fenêtres (11) régulièrement espacées. 4. Dispositif selon l'une quelconque des revendications 1 à 3, caractérisé en ce que les moyens de répartition du fluide gazeux sont formés par au moins un faisceau (12) de tubes (13) disposés selon un pas régulier entre les deux parois (3 et 4a) et fixés par une de leurs extrémités (13a) à ladite conduite (10). 5. Dispositif selon la revendication 4, caractérisé en ce que chaque tube (13) comporte, à son extrémité (13a) destinée à être fixée sur la conduite (10), une lumière (14) disposée en regard de cette conduite (10). 6. Dispositif selon les revendications 4 et 5, caractérisé en ce que chaque tube (13) communique avec la conduite (10) par ladite lumière (14) et par l'une des fenêtres (11) ménagées dans ladite conduite (10). 7. Dispositif selon l'une quelconque des revendications 4 à 6, caractérisé en ce que les tubes (13) sont parallèles entre eux et verticaux, les extrémités (13b) desdits tubes (13) opposées à celles (13a) comportant ladite lumière (14) étant reliées ensemble par au moins une pièce (17) formant entretoise. 8. Dispositif selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que les moyens de projection du fluide gazeux sur la paroi extérieure (3) dudit récipient (2) sont formés par des buses (19) régulièrement espacées sur ledit faisceau (12) de tubes (13). 9. Dispositif selon la revendication 8, caractérisé en ce que les buses (19) sont écartées l'une de l'autre d'une distance comprise entre 100 et 500 mm et de préférence égale à 300 mm. 10. Dispositif selon la revendication 8 ou 9, caractérisé en ce que les buses (19) sont disposées en quinconce dans un plan sensiblement parallèle à ladite paroi extérieure (3). 11. Dispositif selon la revendication 8 ou 9, caractérisé en ce que les buses (19) son placées chacune au sommet d'un triangle équilatéral dont les côtés ont une longueur comprise entre 100 et 500 mm et de préférence égale à 300 mm. 12. Dispositif selon l'une quelconque des revendications 8 à 11, caractérisé en ce que chaque buse (19) est dirigée perpendiculairement à la paroi extérieure (3) dudit récipient. 13. Dispositif selon l'une quelconque des revendications 8 à 11, caractérisé en ce que chaque buse (19) est inclinée par rapport à l'horizontal ou par rapport à la paroi de la cornue (2). 14. Dispositif selon l'une quelconque des revendications 8 à 13, caractérisé en ce que chaque buse (19) a un diamètre dvouverture compris entre 10 et 30 mm et de préférence égal à 17 mm. 15. Dispositif selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que les tubes (13) sont écartés l'un de l'autre d'une distance correspondant sensiblement à la moitié de l'écartement des buses (19). 16. Dispositif selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que le fluide gazeux de refroidissement est de l'air. 17. Application du dispositif de refroidissement selon l'une quelconque des revendications précédentes à un convertisseur d'aciérie pour lequel l'élément (4) formant écran thermique est une ceinture fixée à la paroi extérieure (3) dudit convertisseur.