Brevet FR2799823A1 — publié le 20010420

La présente invention concerne une voûte pour un four poche métallurgique dotée d'un système d'extraction des fumées. Une telle voûte pour four poche à arc comprend une structure autoportante de canalisations métalliques définissant au moins un circuit d'eau de refroidissement, avec trois ouvertures dans sa région centrale chacune destinée à recevoir une électrode de carbone. Il est essentiel de recueillir et d'éliminer les fumées émises par la matière en fusion pendant le traitement et une proposition consiste à recueillir les deux tiers environ du volume de fumée depuis une bague de collecte périphérique, un tiers environ étant recueilli par soutirage à travers un espace annulaire autour de chaque électrode. Dans la pratique, et en particulier du fait de l'utilisation de canalisations métalliques de section circulaire, la collecte périphérique devient vite inefficace en raison des projections de scories entraînant rapidement une accumulation de scories qui étrangle ou bouche les ouvertures d'admission vers la bague, ce qui donne d'importants volumes de fumée qui sortent par les espaces annulaires. Outre les espaces ayant une capacité d'écoulement définie, une usure importante est provoquée par l'écoulement de fumée/de gaz et l'accélération de particules sur les électrodes relativement chères. En outre, ces voûtes doivent être fréquemment retirées, idéalement avant que le poids combiné de la voûte et des scories ne dépasse la capacité d'élévation de l'équipement de levage associé, pour éliminer manuellement l'accumulation de scories à l'aide de marteaux pneumatiques et d'outils de type burin similaires, opération au cours de laquelle les canalisations sont fréquemment endommagées, par déformation plutôt que par perforation, ce qui entraîne la réduction de la section transversale du tube et l'étranglement de l'écoulement d'eau, alors que les voûtes de four poche à arc doivent avoir un débit d'eau prédéterminé pour ne pas subir de fissures et de rupture prématurée dues à une surchauffe. Un objet fondamental de la présente invention est la mise à disposition d'une voûte de four poche à arc améliorée. Selon la présente invention, il est proposé une voûte pour un four poche métallurgique (four poche à arc) comprenant une structure autoportante de canalisations métalliques définissant au moins un circuit d'écoulement destiné à l'eau de refroidissement, une extrémité inférieure ayant une bride périphérique circulaire, caractérisée en ce que: (i) un élément formant corps cylindrique de plus petit diamètre que la bride est situé au-dessus de la bride (en service, à l'écart du four poche) et est doté d'une paroi d'extrémité ayant une pluralité d'ouvertures chacune destinée à recevoir, de manière étanche aux gaz, une électrode de carbone, et (ii) une ouverture pour l'extraction des fumées, est prévue dans la paroi incurvée de l'élément formant corps cylindrique. En comparaison avec les propositions de l'art antérieur, aucune extraction de fumée ne se produit par les espaces annulaires entourant les électrodes à l'endroit o les électrodes pénètrent dans la voûte, et donc aucune abrasion et perte de carbone consécutive à partir des électrodes ne se produit suite à l'extraction des fumées. En outre, comme la paroi incurvée de l'élément formant corps cylindrique s'étend normalement à la verticale et comme sa ou ses ouvertures sont plus éloignées de la matière en fusion que dans les propositions de l'art antérieur, la propension des scories projetées à monter jusqu'à l'ouverture de l'élément formant corps cylindrique et leur adhérence entraînant l'accumulation des scories et l'étranglement de l'ouverture ou son obstruction consécutive est faible, voire nulle. La voûte est constituée complètement ou principalement de sections laminées rectangulaires creuses, avec des sections adjacentes fixées ensemble par soudage. L'utilisation de ces sections empêche l'adhérence des scories, contrairement aux voûtes de l'art antérieur avec leur tube de section circulaire qui présente des "tablettes" favorisant l'adhérence et l'accumulation de scories. Les sections creuses sont incurvées jusqu'à la courbure souhaitée et les passages d'écoulement d'eau découpés, dans la section adjacente pour permettre un écoulement en zigzag de l'eau, de la manière connue. La voûte peut posséder un circuit d'eau, deux circuits d'eau s'étendant sur des segments de 180 , trois circuits d'eau s'étendant sur des segments de ou quatre circuits d'eau s'étendant sur des segments de 90 , en fonction de plusieurs facteurs de conception. L'élément formant corps cylindrique possède plusieurs ouvertures d'évacuation des fumées, par exemple deux espacées de 180 , trois espacées de 120 ou quatre espacées de 90 . La ou chaque ouverture d'évacuation des fumées est reliée à une conduite destinée à amener les fumées vers un équipement de traitement situé en aval, tel que des laveurs ou des dépoussiéreurs. Entre l'élément formant corps cylindrique et la bride périphérique circulaire est intercalée une zone intermédiaire. La zone intermédiaire a un diamètre plus grand que l'élément formant corps cylindrique et un diamètre plus petit que la bride. Dans un mode de réalisation, une zone de transition entre la partie inférieure de l'élément formant corps cylindrique et la partie intermédiaire de la zone centrale est complètement ouverte. Dans un autre mode de réalisation, la zone de transition entre l'élément formant corps cylindrique et la zone intermédiaire est partiellement fermée par une paroi fixe ou amovible qui, étant utilisée plus près de la matière en fusion que l'ouverture de l'élément formant corps cylindrique, sert d'écran pour les projections de scories. La bride périphérique est également munie d'une ouverture pour l'élimination des fumées à la périphérie en plus de l'élimination des fumées à travers l'élément formant corps cylindrique. L'ouverture de la bride périphérique est constituée d'un tube à section creuse laminée de façon à ne présenter que des faces verticales ou horizontales, et aucune "tablette" plane ou incurvée qui favoriserait l'accumulation des scories. 2 0 Les dessins joints sont fournis à titre d'exemple, dessins sur lesquels: la figure 1 est une vue en coupe axiale schématique prise à travers un premier mode de réalisation de voûte de four poche à arc selon l'invention; et les figures 2 et 3 correspondent à la figure 1 mais représentent les deuxième et troisième modes de réalisation. Dans tous les modes de réalisation, les composants identiques sont désignés par des numéros de référence identiques. Sur les dessins, un four poche à arc I possède un rebord supérieur 2 et une voûte 3 conformément à l'invention est adaptée pour être abaissée, par une grue (non représentée), à proximité étroite du rebord 2. La voûte 3 à utiliser conjointement avec le four 1 est fabriquée à partir de canalisations d'acier autoportantes à section rectangulaire creuse 4 en butée et/ou empilées ensemble sur des faces adjacentes et soudées les unes aux autres, d'une manière connue, pour former une voûte de configuration souhaitée. A la base, la voûte 3 selon l'invention comprend une bride périphérique circulaire A, depuis laquelle s'étend vers le haut une zone intermédiaire cylindrique B, depuis laquelle s'étend vers le haut un élément formant corps cylindrique C ayant une ouverture 5 dans sa paroi incurvée 16 pour l'élimination des fumées à l'intérieur 6 de l'ensemble four poche à arc 1 et voûte 3 et leur déplacement vers un conduit d'élimination refroidi à l'eau 7, lui aussi fabriqué dans un tube de section laminée rectangulaire creuse pour amener les fumées vers les laveurs en aval etc. Les composants A, B et C sont tous construits en acier de section rectangulaire creuse qui présente soit des faces horizontales H, soit des faces verticales V, soit des faces inclinées 1, toutes ces faces évitant l'adhérence des scories. Trois électrodes 8 (dont deux seulement sont représentées) traversent les ouvertures 14 dans une paroi d'extrémité 15 de l'élément formant corps cylindrique C de manière étanche aux gaz, au moyen d'une ou plusieurs pièces d'insertion ou bagues réfractaires 9. Dans le mode de réalisation de la figure 1, une paroi amovible 10 est prévue entre les composants B et C, tandis que, dans le mode de réalisation de la figure 2, la paroi 10 est fixe. Dans les deux modes de réalisation, la paroi présente des orifices annulaires surdimensionnés 11 à travers lesquels passent les électrodes 8 de manière à ne pas gêner l'écoulement de fumée en direction de l'ouverture 5. Les parois 10 font office de barrière contre les projections de scories, protégeant l'ouverture 5 des projections de scories, de l'accumulation de scories et du rétrécissement de l'ouverture et de l'obstruction consécutive à l'écoulement de fumée provenant du four poche à arc 1. Dans le mode de réalisation représenté sur la figure 3, aucune paroi 10 n'est présente, la zone de transition entre les composants A et B étant complètement ouverte. Dans tous les modes de réalisation, I'extraction de fumées supplémentaire est représentée au niveau du composant A, à savoir au niveau de la bride périphérique circulaire, qui est dotée d'une série d'ouvertures incurvées 12 reliées à un système périphérique d'élimination des fumées refroidi par eau 13. On notera que, même si les ouvertures 12 sont beaucoup plus proches de la matière en fusion à l'intérieur du four poche à arc 2 que l'ouverture 5, et donc exposées aux projections de scories, on peut utiliser des tubes à section rectangulaire creuse présentant une paroi verticale V ou une paroi horizontale H n'ayant, contrairement aux propositions de l'art antérieur, aucune "tablette" sur laquelle les projections de scories pourraient s'accumuler. REVENDICATIONS 1. Voûte (3) pour four poche métallurgique (1) (four poche à arc) comprenant une structure autoportante de canalisations métalliques (4) définissant au moins un circuit d'écoulement destiné à l'eau de refroidissement, une extrémité inférieure ayant une bride périphérique circulaire (1), caractérisée en ce que: (i) un élément formant corps cylindrique (C) de plus petit diamètre que la bride (A) est situé audessus de la bride (A) (en service, à l'écart du four poche) et est doté d'une paroi d'extrémité ayant une pluralité d'ouvertures (14) chacune destinée à recevoir, de manière étanche aux gaz, une électrode de carbone (8), et (ii) une ouverture (5) pour l'extraction des fumées, est prévue dans la paroi incurvée (16) de l'élément formant corps cylindrique. 2. Voûte selon la revendication 1, caractérisée en ce que la voûte (3) est constituée complètement ou principalement de sections laminées rectangulaires creuses, avec des sections adjacentes fixées ensemble par soudage. 3. Voûte selon la revendication 2, caractérisée en ce que les sections creuses sont incurvées jusqu'à ta courbure souhaitée et les passages d'écoulement d'eau découpés dans la section adjacente pour permettre un écoulement en zigzag de l'eau. 4. Voûte selon l'une des revendications 1 à 3, caractérisée en ce que la voûte (3) possède un circuit d'eau. 5. Voûte selon l'une des revendications 1 à 3, caractérisée en ce que la voûte (3) possède deux circuits d'eau s'étendant sur des segments de 180 . 6. Voûte selon l'une des revendications 1 à 3, caractérisée en ce que la voûte (3) possède trois circuits d'eau s'étendant sur des segments de 120 . 7. Voûte selon l'une des revendications 1 à 3, caractérisée en ce que la voûte possède quatre circuits d'eau s'étendant sur des segments de 90 . 8. Voûte selon l'une des revendications 1 à 7, caractérisée en ce que l'élément formant corps cylindrique possède plusieurs ouvertures d'évacuation des fumées, par exemple deux espacées de 180 , trois espacées de 120 ou quatre espacées de 90 . 9. Voûte selon l'une des revendications 1 à 8, caractérisée en ce que la ou chaque ouverture d'évacuation des fumées est reliée à une conduite destinée à amener les fumées vers un équipement de traitement situé en aval. 10. Voûte selon l'une quelconque des revendications 1 à 8, caractérisée en ce que, entre l'élément formant corps cylindrique et la bride périphérique circulaire, est intercalée une zone intermédiaire. 11. Voûte selon la revendication 10, caractérisée en ce que la zone intermédiaire a un diamètre plus grand que l'élément formant corps cylindrique et un diamètre plus petit que la bride. 12. Voûte selon l'une des revendications 1 à 12, caractérisée en ce qu'une zone de transition entre la partie inférieure de l'élément formant corps cylindrique et la partie supérieure de la zone intermédiaire est complètement ouverte. 13. Voûte selon l'une des revendications 1 à 11, caractérisée en ce qu'une zone de transition entre l'élément formant corps cylindrique et la zone intermédiaire est partiellement fermée par une paroi fixe ou amovible. 14. Voûte selon l'une des revendications 1 à 13, caractérisée en ce que la bride périphérique est également munie d'une ouverture pour l'élimination des fumées à la périphérie en plus de l'élimination des fumées à travers l'élément formant corps cylindrique. 15. Voûte selon la revendication 14, caractérisée en ce que l'ouverture de la bride périphérique est constituée d'un tube à section creuse laminée de façon à ne présenter que des faces verticales ou horizontales.