Note: Descriptions are shown in the official language in which they were submitted.
ZC~7~7
La présente invention est relative à une
plaque de refroidissement utilisée dans des unités
métallurgiques dont les parois sont soumises à des
flux de chaleur élevés tels que pour des hauts-four-
neaux, mais pouvant etre utilisée pour des fours ou
équipements dont on désire, soit capter les flux
calorifiques émis par le four, soit chauffer de
manière contrôlée les parois a l'aide de ce meme
type de plaques.
La présente invention a également pour objet
une installation de refroidissement mettant en
oeuvre ce type de plaques.
Les hauts-fourneaux modernes sont de plus en
plus exploités à des allures et niveaux de pression
tels que les flux de chaleur émis peuvent etre, glo-
balement, localement et de manière aléatoire impor-
tants, et qu'il est n~cessaire de les capter et
d'assurer leur transfert, notamment dans les zones
d'étalages, ventre, bas de cuve, mi-cuve et haut de
cuve. En particulier, dans le cas d'unités
autoportantes, il est indispensable que le blindage
n'atteigne pas des niveaux de température ou ne
subisse pas des variations de température avec
formatlo~ de contraintes thermomécaniques, pouvant
mettre e~ péril sa tenue aux résistances mécaniques.
I,es flux thermiques émis dans les
différentes zones du haut fourneau doivent etre
captés par un systeme h~térogène formé du revetement
réfractaire, de l'élément refroidisseur, c'est à
dire la plaque de refroidissement, du blindage, tel
que l'élément refroidisseur remplisse une double
fonction de refroidissement énergique du réfractaire
et d'écran au passage des flux ~ers le blindage.
L'utilisation de telles plaques de refroi-
2 ;~0;~ 3~
dissement disposées entre la paroi interne dublindage et le revêtement réfractaire est
nécessaire, en raison des variations des flux de
chaleur inhérents aux techniques modernes d'ex-
ploitation des haut-fourneaux, ces variations
pouvant être locales, rapides et aléatoires dans le
temps.
Dans un autre domaine d'application, les
plaques de refroidissement peuvent être portées et
maintenues à une certaine température pour remplir
des fonctions de chauffage ou de maintien en témpé-
rature de corps sous une quelconque forme
granulométrique afin d'évacuer leur teneur en eau ou
les porter à une température nécessaire ~ leur
utilisation.
Les plaques de refroidissement sont
constituées d'éléments en fonte parcourus dans leur
masse par un réseau de tubes dans lesquels circule
un flux de refroidissement qui est en g~n~ral de
l'eau.
Ces plagues sont notamment décrites dans les
FR-A-2 493 871 et FR-A-2 552 105.
Ces tubes de refroidissement débouchent sur
une face des plaques de refroidissement et
traversent le blindage, à l'extérieur duquel ils
sont reliés soit entre eux, soit à des tubes de
refroidissement d'une plaque adjacente sup~rieure ou
inferieure. Les tubes ainsi reliés déterminent des
lignes de circulation du fluide s'élevant dans un
plan sensiblement vertical le long de la paroi du
haut-fourneau, ces lignes étant raccordées à un
circuit extérieur - de circulation et de
refroidissement du fluide.
Les plaques de refroidissement doivent ~tre
20~73~
concues de fa~on telle qu'elles assurent un bon
échange thermique avec le fluide de refroidissement
et avec le revetement réfractaire, tout en créant un
écran au flux thermique se propageant du four vers
le blinda~e.
De plus, elles doivent résister aux défor-
mations et sollicitations thermomécaniques résultant
des flux de chaleur ~levés, r~sister ~ l'abrasion
lorsque le revetement réfractaire aura disparu
partiellement ou totalement et elles doivent pouvoir
etre changées facilement sans avoir à pénétrer dans
l'enceinte du haut-fourneau.
Or les plaques de refroidissement connues ne
satisfont pas tou~ours pleinement à ces condltions.
En effet, elles ne permettent pas de dispo-
ser pour certaines zones sensibles du haut-fourneau
d'un écran encore plus efficace au passage des flux
thermi~ues et d'irriguer de mani~re plus intense les
zones angulaires des plaques.
D'autre part, elles présentent des imperfec-
tions qui conduisent à perdre plus ou moins totale-
ment et plus ou moins rapidement le revetement
réfractaire, ce qui a pour conséquence de mettre les
plaques en contact avec la charge du haut-fourneau,
après se~llement quelques années, sans avoir pu
~5 bénéficier totalement des qualités physico-chimiques
des réfractaires utilisés en retardant de manière
sensible le moment ~ partir duquel les plaques se
trouvent soumises ~ des conditions plus contraignan-
tes, le revetement réfractaire ~tant disparu.
On connait des installations de refroidis-
sement notamment de hauts-fourneaux dont les plaques
de refroidissement sont constituees d'un él~ment en
fonte de forme sensiblement parallélépipédique, dans
4 2~Z97~
lequel sont noyés des tubes longitudinaux disposés
parallèlement les uns aux autres, ces tubes débou-
chant sur une même face principale, respectivement
en partie haute et basse de la plaque de refroidis-
sement, dans un fourreau protecteur dont l'une des
caractéristi~ues originales réside dans la forme
gaufrée de la face opposée ~ celle où débouchent les
tubes de refroidissement.
Les plaques de refroidissement sont ~arnies
de leur élément de revetement réfractaire directe-
ment sur le site sidérurgique lors de la construc-
tion ou de la réfection d'un haut-fourneau, ce ~u~
ne permet pas de réaliser cette opération avec tout
le soin et les controles de qualité requis.
La présente invention vise ~ remédier à ces
inconvénients en proposant de fournir une installa-
tion de refroidissement présentant une fiabilité
plus grande, assurant encore de manière homogene et
efficace le role d'écran au passage des flux allant
~0 du four vers le blindage et permettant une mise en
place de l'élément de revêtement réractaire
directement en atelier.
-- La présente invention a ainsi pour ob~et une
plaque de refroidissement notamment d'un haut-four-
~`J5 neau dans laquelle circule un fluide de refroidisse-
ment au moyen de tubes internes, caract~risée en ce
qu'elle a la forme d'un "C" dont les branches défi-
nissent deux margelles horizontales continues entre
lesquelles est insér~ un élément de revêtement en
matériau refractaire.
Selon d'autres caractérist~ques de
l'invention :
- au moins une des margelles comporte une
contred~pouille de blocage de l'él~ment de revête-
. .
~0~:~97~7
ment en matériau réfractaire.
- L'élément de revêtement en materiau
réfractaire est composé de briques réfractaires
faconnées,
- l'élément de revêtement en materiau
réfractaire est monolithique, réalisé par coulée
d'un béton réfractaire dans l'espace délimité par
les margelles,
- la brique s'appuyant sur la contredépouil-
le est une brique débloquant l'ensemble des briques
de l'élément de revêtement en matériau réfractaire,
- la contredépouille est un cran de retenue
de l'élément de revêtement monolithique.
- une margelle comportant la contredépouille
est située en partie haute de la plaque de refroi-
dissement,
- chaque margelle comporte une nappe hori-
zontale d'au moins un tube de refroidissement en
fonction de son emplacement dans le haut-fourneau,
- chaque margelle comporte sur sa face
chaude un insert de profil approprié pour le
renforcement de ladite face chaude,
- l'insert est en carbure de silicium.
- La présente invention a également pour objet
une installation de refroidissement notamment d'un
haut-fourneau ~ l'aide de pla~ues de refroidissement
définies ci-dessus, lesdites plaques de refroidisse-
ment étant disposées en couronnes successives
superposées le long de la paroi interne du blindage
du haut-fourneau et étant traversées par des tubes
internes ou circule un fluide de refroidissement,
les entrées et les sorties desdits tubes internes
étant situées à des niveaux différents, les tubes
internes de deux plaques ad;acentes dans un plan
6 ,~ 3~
vertical étant reliés entre eux de façon à définir
un réseau de lignes de circulation verticales du
fluide, relié à un circuit extérieur, caractéris~e
en ce que les plaques de chaque couronne sont, par
rapport aux plaques de la couronne ad~acente,
décal~es dans un plan horizontal d'au moins un tube
de refroidissement de façon à former sur la ma~eure
partie de la surface desdites plaques des lignes de
longueurs identiques.
lQ D'autres caractéristiques et avantages de la
présente invention apparaitront au cours de la
description qui va suivre, faite en référence aux
dessins annexés sur lesquels :
- la Fig. 1 est une vue schematique générale
de l'installation de refroidissement adapt~e ~ un
haut-fourneau,
- la Fig. 2 est une vue en élévation laté-
rale d'une plaque de refroidissement,
- la Fig. 3 est une vue de la face arrière
-o de la plaque de refroidissement de la Fig. 1,
- la Fig. 4 est une vue de dessus de la
plaque de refroidissement de la Fig. 1,
- la Fig. 5 est une vue développee partielle
du réseau de lignes de circulation du fluide de
refroidissement sur une partie de la circonférence
totale du haut fourneau,
- la Fig. 6 est une vue partielle en
~l~vation latérale montrant la fixation de deux
plaques de refroidissement sur le blindage du haut-
fourneau.
L'installation repr~sentée ~ la Fig.
comporte un haut fourneau 1, contre la paroi interne
duquel sont placées des plaques de refroidissement
dont seule les conduites lnternes ont ~t~ représen-
.
- -
' .
' ~
7 2~9737
tées reliées les unes aux autres, désignées par la
référence générale 2. Les plaques de refroidissement
comportent en effet des tubes internes qui
débouchent a différents niveaux aux parties haute et
basse de ces dernières, et sont reliées à la plaque
adjacente immédiatement supérieure et à la plaque
adjacente immédiatement inférieure dans un plan
vertical, pour définir une ligne de circulation
constituée par l'ensernble des tubes internes reliés
entre eux.
Une conduite circulaire d'alimentation 3,
entourant le haut fourneau à sa partie inférieure,
comporte un ensemble de conduites individuelles
d'alimentation 4 qui sont respecti~ement branchées
aux entrées 5 des lignes de circulation 2. Une
conduite circulaire de retour 6, entourant le haut-
fourneau à un niveau supérieur, comprend égalementun ensemble de conduites individuelles de retour 7
branchées aux sorties 8 des lignes de circulation.
Cet ensemble de lignes de circulation verticales
constitue un réseau placé le long du blindage du
haut-fourneau qui est relié respectivement à sa
partie basse à la circulaire d'alimentation 3 et à
la partie haute à la circulaire de retour 6.
Ce réseau de lignes de circulation est relié
~ chacune de ses extrémités par l'intermédiaire des
circulaires d'alimentation 3 et de retour 6 à un
circuit extérieur, non représenté.
Sur la Fig.1, on n'a représenté, dans un but
de simpliication, qu'une circulaire d'alimentation
et une circulaire de retour pour une ligne de
circulation du fluide refrigérant.
En fait, le fluide de refroidissement, qui
dans la suite de la description sera considéré ~
t~tre non limitatif comme ~tant de l'eau, est
,
8 2~297~7
introduit à différents niveaux dans un même plan
vertical suivant des rangs différents des plaques de
refroidissement.
Comme represent~ sur les Figs 2 à 4, chaque
plaque de refroidissement 20 est constituée d'un
elément en fonte de forme sensiblement parall~lé-
pipédique ayant la forme d'un "C" dont la partie
centrale constitue le corps 21 de la plaque et dont
les deux branches définissent en partie haute et
basse une margelle respectivement 22 et 23
horizontale et continue.
Dans le corps 21 de la plaque 20 sont noyés
des tubes longitudinaux 24a, 24b, 24c... disposéQ
verticalement, parallèlement les uns aux autres et
par exemple au nombre de cinq (Fi~. 3).
Sur la face arriere de la plaque 20
debouchent les entr~es 25a, 25b, 25c... et les
sorties 26a, 26b, 26c.,. des tubes de
refroidissement 24a, 24b, 24c....
Les entrées 25a, 25b, 25c... et les sort$es
26a, 26b, 26c.... sont réparties sur trois niveaux de
fa~on à cléfinir dans le corps 21 une alternance de
tubes courts 24a, 24c et 24e et de tubes longs 24b
et 24d.
Chaque margelle 22 et 23 est refroidie par
exemple par deux tubes transversaux respectivement
27a, 27b et 28a, 28b disposés horizontalement dont
les entr~es 270a, 270b et 280a, 280b et les sorties
271a, 271b et 281a, 281b d~bouchent sur la face
arriere de la plaque de refroidissement.
Les tubes horizontaux 25a, 27b et 28a et 28b
permettent de refroidir de ~açon plus intense les
angles de 12 plaque de refroidissement 20, et
assurent avec l'ensemble des tubes longitudinaux, de
-.: .. . . . : . - . . : : - .
.
.-- : - - . . - :
.~ - ' - .: : ,.
- -
: :
~ 7 ~ 7
manière homogène, le role d'écran au passage des
flux thermiques, par un refroidissement efficace de
chacune des plaques 20 de refroidissement et de
l'ensemble des plaques qui leur sont mitoyennes.
Le nombre de tubes horizontaux est fonction
de la position de la plaque de refroidissement 20
dans le haut-fourneau.
La section des tubes horizontaux 27a, 27b,
28a et 28b est telle que l'on puisse par des
vitesses de circulation suffisantes, supérieures a
2m/s, capter les flux émis sans nécéssiter des
débits importants, ni engendrer des pertes de charge
anormalement élevées.
La vitesse de circulation du fluide de
refroidissement dans les tubes verticaux 24a, 24b,
24c... peut être ajust~e en fonction d'un module de
refroidissement.
La face avant de la plaque 20 située entre
les margelles 22 et 23 comporte un gaufrage 30 (Fig.
2) dont les ondes sont remplies avec un produit 31
réfractaire bon conducteur de faible granulométrie.
L'epaisseur des margelles 22 et 23 est de
l'ordre cle 200 mm. Au moins une des margelles, par
exemple la margelle 22 dans l'exemple repr~senté à
la Fig.2, comporte une contredépouille 22a permet-
tant de bloquer par exemple les briques 32 notamment
en carbure de silicium lié au nitrure et formant le
revêtement réfractaire.
La brique 32a s'appuyant sur la contre-
~épouille 22a est une brique cle bloquant l'ensemble
des bri~ues r~fractaires.
Grâce ~ la forme en "C" de la plaque derefroidissement 20 les briques 32 peuvent etre
mont~es directement en atelier lors de la
: ' ' ' ' ;- : ~ '
.~- . . ~ .
.. . .
,: :
10 26~ 37
fabrication des plaques avec tout le soin et les
contrales de qualité requis, qui ne peuvent être
parfaitement appliqués lors de la période habituelle
de la construction ou réfection des parois réfrac-
taires des hauts-fourneaux sur le site sidérurgique.
L'élément de revêtement réfractaire peut
~tre monolithique par exemple en béton réfractaire
coulé entre les margelle~ 22 et 23 et dans ce cas la
contredépouille 22a forme un cran de maintien dudit
élement sur la plaque 20.
Ainsi, cette nouvelle génération de plaques
de refroidissement permet d'obtenir un meilleur
contact entre la fonte et le réfractaire, une assu~
rance qualité de mise en oeuvre des réfractaires et
un gain de temps lors des opérations de construction
ou réfection des hauts-fourneaux.
Chaque margelle 22 et 23 comporte sur sa
face chaude un insert 33, par exemple en carbure de
silicium, en particulier de section droite trapezoI-
dale à queue d'aronde, de renforcement de ladite
face chaude (Fig.2 ).
Si l'on se reporte ~ la Fig. 5, on constateque les plaques de refroidissement 20 sont disposées
~en couronnes successives A, B, C... superposées le
long de la paroi interne du blindage du haut-four-
neau et les tubes internes 24 dq deux plaques
ad;acentes dans un plan vert1cal sont reliés entre
eux de fa,con à définir un réseau de lignes de
circulation verticales du fluide, relie au circuit
exterieur.
Comme on peut le voir sur la Fig. 5, les
plaques 20 d'une couronne sur deux, par exemple les
plaques 20 des couronnes B et D, sont décal~es dans
un plan horizontal, par rapport aux plaques 20 d~ la
.
.
11 2~2~737
couronne adjacente supérieure A et C, d'un tube de
circulation du fluide de refroidissement de fason à
former sur la majeure partie de la surface déter-
minée par lesdites plaques de refroidissement des
lignes 40 de longueurs identiques.
Cette définition permet d'obtenir une
répartion uniforme du fluide de refroidissement.
En se reportant maintenant à la Fig. 6 on va
décrire la f iXatiOIl des plaques 20 sur le blindage
41 du haut-fourneau.
Chaque plaque 20 est fixée sur le blindage
41 ~ l'aide, d'une part, d'un point fixe 42 par
exemple en partie basse en pression contrôlée sur
des joints continus 43 en élastomère et produits
isolants de remplissage 44 et, d'autre par~, d'un
point mobile 45 avec des compensateurs d'étanchéité
46 par exemple en partie haute de ladite plaque 20
en pression controlée sur des joints discontinus 47
en élastomère et produits isolants de remplissa~e
44.
Des rondelles soudées 48 sont prévues entre
les entrées 25 des tubes 24 et le blindage 41 au
niveau des points fixes 42, tandis que des rondelles
glissantes 49 sont prévues entre les sorties 26 des
tubes 2~ au niveau des points mobiles 45.
Ces dispositifs permettent le mouvement
relatif entre les plaques 20 et le changement éven-
tuel d~ ces dernières en fin de campagne du haut-
fourneau, dans un délai très court sans avoir à
pénétrer ~ l'intérieur de celui-ci.
Entre deux plaques de refroidissement
ad;acentes 20 sont prévus des joints 50 ~ui sont
montés après mise en place desdites plaques sur le
blindage 41. Ces joints 50 sont constitués par
~ -
:.
12 Z~2,973~
exemple d'un mastic fibreux.
L'installation selon la présente invention
`permet de disposer pour certaines zones sensibles du
haut-fourneau d'un ecran encore plus éfficace au
passage du flux thermique, d'irriguer de manière
plus intense les zones angulaires des plaques et
d'~viter la création d'interfaces plus ou moins
larges préjudiciables au transfert thermique et
phénomène de conduction à trav~rs l'ens~mble formé
par les plaques et la paroi réfractaire.
De plus, la forme particulière des plaques
de refroidissement évite la désolidarisation du
revetement réfractaire de son appui sur la face
chaude ce qui permet de bénéficier totalement des
qualités physico-chimiques des réfractaires.
