Brevet FR2879624A1 — publié le 20060623

CUVE SUSPENDUE POUR REACTEUR METALLURGIQUE Les cuves des fours électriques telles qu'elles sont conçues aujourd'hui sont en deux parties superposées, la partie basse pour le métal liquide et la partie haute pour les ferrailles à fondre. La partie basse est garnie de réfractaire pour contenir le métal et le laitier à l'état liquide pendant les cycles de fabrication de l'acier. Cette partie basse repose sur le cadre d'une vaste plate forme basculante. Le nombre de points d'appuis de la partie basse de la cuve du four sur la plate- forme est variable d'un constructeur à l'autre. On trouve de 4 à 11 points de pose et le plus couramment, 6 ou 7. La partie haute est garnie de panneaux refroidis à l'eau, avec les injecteurs d'oxygène et l'ouverture de la porte de décrassage. Elle est destinée à recevoir la ferraille à fondre en 2 à 3 chargements successifs pour un cycle de fabrication de l'acier. La voûte composée de panneaux refroidis à l'eau et de réfractaire assure la fermeture du four. La couronne inférieure de cette partie haute repose sur la partie basse de la cuve avec laquelle elle est solidarisée par des pions à clavettes et des trous de centrage. Les points d'appuis de ses renforts verticaux sont disposés au droit des points d'appuis de la partie basse sur la plateforme basculante. La conception de la plate-forme basculante lui donne la forme d'un cadre très rigide. Cette plate forme n'est pas refroidie mais protégée des rayonnements par des revêtements réfractaires. Elle constitue la base de l'ensemble du four, supportant, en plus des deux parties de la cuve, la voûte, la charge de métal et de laitier, l'ensemble de la structure de support de la voûte et des porte électrodes ainsi que les mécanismes des mouvements. Elle a un mouvement de basculement par roulement des berceaux qui lui sont attachés sur les chemins de roulement fixés aux fondations du four, pour conduire les opérations métallurgiques et la vidange du four Les déformations importantes des plans de pose de la partie haute de la cuve sur la partie basse sont très fréquentes, quel que soit le nombre d'appuis et leur répartition autour de la cuve. La partie basse, non refroidie, est la plus déformée. C'est le défaut principal de ce type de montage. Les déformations de la partie basse sont produites par suite de sollicitations thermomécaniques, dues à une forte et assez homogène sollicitation thermique pouvant par endroit dépasser 250 C et à une forte et hétérogène sollicitation mécanique en particulier au chargement du four. La partie basse de la cuve comporte une zone renforcée, la ceinture, faite de renforts horizontaux et verticaux soudés qui, sous les fortes contraintes auxquels elle est soumise, acquiert des déformations permanentes pouvant atteindre 20 centimètres. Ces déformations imposent aux exploitants d'adapter le maçonnage des réfractaires pour combler les espaces entre les parties basse et haute de la cuve tout en augmentant le risque d'apparition d'un jeu, avec comme conséquence un passage de laitier ou de métal ou une introduction d'air parasite. Les plate-formes subissent des variations de température importantes, 0 à 150 C en certains endroits et compte tenu de la dimension de ces plate formes, souvent 10 m par 12 m, ces variations provoquent des dilatations aléatoires. Les déformations de la plate-forme dues aux contraintes thermomécaniques sont moins importantes que celles du bas de cuve mais peuvent atteindre quelques centimètres en divers endroits. Le bas de cuve et la plate-forme doivent rester dans une position relative bien connue pour préserver les alignements nécessaires; en général un seul pion de centrage est ajusté, les autres permettant les dilatations différentielles et les déformations relatives. Le positionnement des trois éléments les uns sur les autres devient de plus en plus difficile au l0 cours du temps et, pour conserver le centrage vertical de ces trois éléments à quelques centimètres près, l'augmentation des jeux de centrage des pions de positionnement reste la modification la plus aisée à réaliser; elle est généralement faite au chalumeau. Si les déformations ne sont pas, en elles-mêmes dangereuses, leur conséquence les plus fréquentes, sont une percée de four à la suite d'un espace trop grand entre les parties haute et basse de la cuve, et des criques dans les soudures de la ceinture. Les fuites de métal et de laitier consécutives aux percées sont difficiles à maîtriser; elles provoquent des arrêts de production d'un coût élevé. La réparation des soudures est faite au cours des périodes d'entretien exceptionnel. L'objet du présent brevet est de palier à ces défauts en réduisant les déformations des différentes parties et en désolidarisant les appuis de la partie haute de la cuve de ceux de sa partie basse. Les modifications des appuis des deux parties de la cuve sur la plate forme basculante du four vont permettre aux deux parties de la cuve (basse et haute) d'être supportées sensiblement au même niveau et indépendamment l'une de l'autre. Dans une conception particulière la partie basse de la cuve est suspendue à la plate-forme à partir de points d'attache qui sont sur la couronne inférieure de la partie basse de la cuve, là où les déformations thermomécaniques sont les plus faibles, par des éléments de liaison qui absorbent les variations géométriques relatives de la partie basse de la cuve et de la plate-forme. Les éléments de liaison peuvent aussi servir de points d'amarrage de la partie basse de la cuve pour sa manutention que ce soit pour sa mise en place initiale ou pour l'échange systématique de changement de cuve pour l'entretien des réfractaires. La plate-forme peut aussi être localement refroidie, par circulation d'eau, dans la partie de sa structure proche de la partie basse de la cuve et semblable à une ceinture entourant la cuve, pour ainsi limiter les déformations de la plate-forme en particulier dans la zone d'appui des parties haute et basse de la cuve, là où peuvent apparaître leurs déplacements relatifs. De cette façon la partie basse de la cuve se retrouve entre deux parties peu déformées et éventuellement toutes deux refroidies: la partie haute de la cuve et la plate-forme. Il faut laisser à la partie basse de la cuve la possibilité de se déformer, au moins par dilatation. Au cours des cycles de production avec ses échauffements et refroidissements il est nécessaire de donner à la partie basse une liberté de mouvement. Dans l'invention la couronne de la partie basse de la cuve est simplifiée et réduite, elle possède peu de renforts. Les appuis sur la plate-forme sont souples ou articulés pour suivre les déplacements de la partie basse de la cuve. La jonction entre les parties haute et basse de la cuve est sujette à des déplacements relatifs qui sont compensés par un produit réfractaire pulvérulent. L'invention sera mieux comprise dans l'exemple donné ci-après. La figure 1 représente les cinq parties principales du four la partie haute 10, la partie basse 20, la plate-forme 30, les berceaux 40 et les chemins de roulement 50. La figure 2 représente le détail de la jonction entre la partie haute 10 avec la partie basse 20. La figure 3 représente une variante pour la suspension de la partie basse 20 par une pluralité d'appuis glissants 25. La figure 4 représente une variante pour la suspension de la partie basse 20 par une pluralité de crochets 26. La figure 5 représente une variante pour la suspension de la partie basse 20 par une pluralité de bielles 27. La représentation schématique du four électrique de la figure 1 donne un aperçu de l'assemblage des composants du four électrique pour lequel l'invention s'applique: la partie haute de la cuve 10 repose sur la plate-forme basculante 30; la partie basse 20 repose également sur la plate-forme 30 mais indépendamment de la partie haute 10. La plate-forme 10 possède, de façon très conventionnelle, des berceaux 40 qui roulent sur le chemin de roulement 50 pour entraîner l'ensemble dans un mouvement de basculement identique à celui de tous les fours électriques. Sur la figure 2 la partie haute de la cuve 10 est garnie de panneaux refroidis à l'eau 11 et ses supports 12 descendent jusqu'à la plate-forme basculante 30. La partie basse de la cuve 20 possède des attaches sur fond cuve 22 soudées en divers points de la couronne inférieure de la partie basse 29, qui est la zone la plus froide du fond de cuve de la partie basse 21. Une pluralité de liaisons flexibles 24, raccordées aux attaches sur fond de cuve 22 à une de leurs extrémités va supporter la partie basse de la cuve 20 en reposant par l'autre extrémité sur les appuis sur ceinture 33 euxmêmes liés à la ceinture refroidie de la plate-forme 31. Le raccordement entre la partie haute de la cuve 10 et la partie basse de la cuve 20 est assurée par un réfractaire de liaison, de nature et de composition connue des exploitants et placé entre la couronne de la partie basse 23 et la partie haute de la cuve 10. Ce réfractaire de liaison 14 est mis en place au moment du positionnement de la partie haute de la cuve 10 sur la partie basse de la cuve 20. Les déformations de la partie basse de la cuve 20 vont provoquer un mouvement relatif entre la partie haute de la cuve 10 et la ceinture refroidie de la plate-forme 31 sans entraîner de déformation ni de la partie haute de la cuve 10 ni de la plate-forme. La flexibilité relative de la partie basse de la cuve 20 et en particulier de sa couronne de la partie basse 23 font que les déformations de ladite partie basse restent dans le domaine élastique et évite l'apparition de fissures dans ladite couronne de la partie basse 23. Les liaisons flexibles 24 absorbent les mouvements relatifs des attaches de fond de cuve 22 et de la ceinture refroidie 33. Ces mouvements relatifs sont limités et dus à la dilatation de la partie basse de la cuve 20 alors qu'il est connu que c'est au niveau de la couronne inférieure de la partie basse 29, là où sont fixées les attaches sur fond de cuve 22 qu'elle est la plus faible. Pour certains cas d'exploitation les liaisons flexibles 24 sont utilisées pour l'amarrage au pont de la partie basse de la cuve 21. La figure 3 donne une variante des liaisons flexibles 24 de la figure 2, chacune composée d'une liaison souple glissante 25 entre les attaches sur fond de cuve 22 et un appui sur ceinture 33. Les déplacements relatifs entre la liaison souple glissante 25 et l'appui sur ceinture 33 sont inférieurs à 5 centimètres. La figure 4 donne une variante des liaisons flexibles 24 de la figure 2, chacune composée d'une liaison par crochet 26 sur un axe support 32 ledit axe 32 étant fixé à la ceinture refroidie 33 par des chapes 34. Les déplacements relatifs entre la partie basse de la cuve 20 et la ceinture 31 sont absorbés par la souplesse des crochets 26 qui relient les attaches sur cuve 22 et les axes supports 32. La figure 5 donne une variante des liaisons flexibles 24 de la figure 2, chacune composée d'une bielle de liaison 27 raccordée à une extrémité par une chape 34 à la ceinture 31 et à l'autre extrémité par une chape 28 à l'attache sur fond de cuve 22. Les déplacements relatifs entre la partie basse de la cuve 20 et la ceinture 31 sont absorbés par l'articulation de la bielle de liaison 27 sur les axes de la chape sur ceinture 34 et les axes de la chape sur fond de cuve 28. Les bielles de liaison 27 sont orientées différemment autour de la partie basse de cuve 20. Revendications 1. Cuve de four électrique caractérisé par le fait que la partie haute (10) de la cuve et la partie basse (20) reposent indépendamment sur la plate-forme de basculement (30). 2. Cuve de four électrique selon la revendication 1 caractérisé par le fait que la plate-forme de basculement (30) sur laquelle s'appuient la partie haute (10) et la partie basse (20) de la cuve du four électrique est refroidie à l'eau et constitue une ceinture refroidie (31). 3. Cuve de four électrique selon la revendication 1 ou 2 caractérisé par le fait que la partie basse (20) de la cuve du four électrique appuie sur la plate-forme (30) par l'intermédiaire d'une pluralité de liaisons flexibles (24). 4. Cuve de four électrique selon la revendication 3 caractérisé par le fait que chaque liaison 10 flexible (24) possède une liaison souple et glissante (25) entre la partie basse (20) de la cuve et la plate-forme (30) ou la ceinture refroidie (31). 5. Cuve de four électrique selon la revendication 3 caractérisé par le fait que chaque liaison flexible (24) est constituée d'un crochet (26) fixé à la partie basse (20) de la cuve, qui repose sur un axe de support (32) relié à la plate-forme (30) ou à la ceinture refroidie (31) par une chape (34). 6. Cuve de four électrique selon la revendication 3 caractérisé par le fait que chaque liaison flexible (24) est constituée d'une bielle (27) raccordée à la partie basse (20) de la cuve du réacteur d'une part et à la plate-forme (30) ou à la ceinture refroidie (31) d'autre part par des chapes (28,34). 7. Cuve de four électrique selon les revendications 3,4,5,6 caractérisé par le fait que les liaisons flexibles (24) sont raccordées à la couronne inférieure (29) de la partie basse (20) de la cuve.