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APPAREIL PRODUCTEUR D'AIR CHAUD? A CHAUFFAGE PAR IE BAS, NOTAMMENT
POUR HAUTS-FOURNEAUX.
La présente invention concerne les appareils producteurs d'air chaud sans cheminée de combustion.. à chauffage par le bas de la maçonnerie à claire-voie constituant l'accumulateur de chaleur Ge mode de construc- tion offre l'avantage que les parties les plus chaudes de l'appareil produc- teur d'air chaud sont placées au-dessous de la maçonnerie à claire-voie.
Les petits fragments et les particules d'effritement, qui'peuvent résulter de surchauffes locales aux points les plus chaudsne peuvent donc tomber dans la maçonnerie à claire-voie, ni obstruer ses canaux de passage relati- vement étroits. De plus, la suppression de la cheminée de combustion, qui occupe environ 25 à 30 % de la section intérieure de l'appareil produc- teur d'air chaud, permet de réaliser la même puissance avec des dimensions beaucoup plus petites. En revanchela totalité du poids de la maçonnerie à claire-voie repose sur le socle qui est porté à une température très éle- vée Au cours du chauffage, cette maçonnerie atteint des températures qui se rapprochent du point de ramollissement sous pression des matériaux réfractaires usuels.
Le socle risque donc de ne pouvoir résister aux deux contraintes,en l'espèce à la contrainte mécanique et à la contrainte ther- mique combinées qui -peuvent se manifester à certains moments.
Le but de l'invention est de maintenir les avantages précités du mode de construction sans cheminée de combustion et à chauffage par le bas .,mais en même temps de supprimer avec certitude les inconvénients des appareils existants de ce genre. Elle réside essentiellement dans ce fait que le socle placé au-dessous de la maçonnerie à claire-voie présente plu- sieurs chambres de combustion parallèles entre elles ayant la forme d'un rectangle étroit placé debout, dans le fond desquelles est prévue .une ran- gée de brûleurs alignés recevant en quantité réglables les fluides de chauf- fage de la masse à claire voie, tels que le gaz combustible et 1-'air.
Les piliers de soutènement en forme de cloisons séparant les chambres de
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combustion parallèles ont une épaisseur telle qu'ils puissent en toute sé- curité résister aux contraintes précitées. La possibilité de réglage des brûleurs permet d'obtenir une distribution uniforme de la chaleur dans toute la section de l'appareil producteur d'air chaud. Les surchauffes locales et dangereuses ne peuvent donc plus se produire.
De préférencela maçonnerie du socle de l'appareil producteur d'air chaud au-dessous des chambres de combustion, contient des canaux pa- rallèles à des chambres pour l'adduction du gaz de chauffage et de 1-'air., et ces canaux sont reliés aux différents brûleurs par des canaux de commu- nication, dont la section peut être réglée de l'extérieur à l'aide de tiroirs ou d'organes similaires. La possibilité de réglage de la combustion assure une distribution uniforme des gaz destinés au chauffage de la maçonnerie à claire-voie de l'appareil producteur d'air chaud. Celui-ci peut donc avoir une section plus grandece qui permet de réduire sa hauteur.
Suivant une autre particularité de l'invention, on peut ainsi considérablement réduire la charge imposée à la maçonnerie du socle en donnant au rapport entre la hauteur du volume effectif de maçonnerie à claire-voie traversé par les gaz., et le diamètre moyen une valeur très inférieure à celle du rapport prévu pour les appareils producteurs d'air chaud usuels Suivant l'invention., ce rapport doit être inférieur à 3, 5 : 1, et il doit, de préférence, être compris entre 3 : 1 et 2,5 :1.
Pour soustraire davantage le socle de l'appareil et les assises inférieures de la maçonnerie à claire-voie au poids des parties supérieu- res, on peut également constituer l'appareil producteur d'air chaud par deux tours séparées en maçonnerie à claire-voie, manies chacune d'une enveloppe extérieure, et dont les chambres de circulation des gaz sont reliées entre elles au sommet. La partie inférieure de l'une des tours contient alors la chambre de combustiontandis que la partie inférieure de l'autre tour présente les conduits pour l'évacuation des produits de combustion et pour. l'admission de l'air froid.
Le conduit coudé destiné à faire passer les produits de combus- tion et l'air de la coupole de l'une des tours dans l'autre est relativement simple., parce que cette zone médiane ne présente que des températures moyen- nes auxquelles peuvent résister un grand nombre de matériaux peu coûteux.
Par rapport à la tour unique., le nouvel agencement offre cet avantage im- portant qu'il permet de réduire les tuyauteries pour la circulation des gaz.
Suivant une autre particularité de l'invention, on choisit le matériau constitutif des briques, utilisées pour la maçonnerie à claire- voie., de façon que ces briques soient capables de résister aux contraintes spécifiques mécaniques et thermiques qui se présentent aux endroits où ces briques' sont placées.
En conséquence, les assises inférieures de la garniture au-dessus des piliers de soutènement., ainsi que les assises de ces piliers.,sont construites avec des briques en sillimanite, c'est- à-dire en un matériau résistant particulièrement à la chaleur et à la pres- sion ou encore en silice, tandis que les autres assises sont construites avec des briques en argile réfractaire grillée,, La maçonnerie en silli- manite ou en silice doit atteindre une hauteur égale au tiers environ de la hauteur totale de la garniture à claire-voie.
Suivant 1-'invention., on peut également obtenir une simplifica- tion en incorporant des briques de qualité supérieure aux assises inférieu- res des zones en silice et en argile réfractaire de la garniture. Il en résulte cet avantage qu'on peut construire la garniture avec un minimum de formes différentes des briques. A l'intérieur de la garniture à claire- voieon peut prévoir du haut en bas des briques ayant la même forme, ce qui donne des canaux à parois unies et; par conséquent., faciles à nettoyer.
Ceci constitue un avantage supplémentaire de l'invention par rapport aux maçonneries fréquemment construites avec ces canaux à section décroissant de haut en bas.
Pour uniformiser davantage la distribution de la chaleur par le réglage des différents brûleurs, ceux-ci sont constitués par des orifices
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rectangulaires côte à côte$ allongés en plan horizontal et parallèles, pour le gaz et 1-'air. L'angle d'intersection des jets de gaz et d'air 'est choisi aussi grand que possible (de 90 par exemple) et les petits côtés des orifices horizontaux sont alignes. On peut augmenter l'effet en in- clinant les orifices des brûleurs et en les décalant quelque peu l'un par rapport à l'autre de façon qu'il en résulte un certain effet de tourbil- lonnement.
Celui-ci assure-un mélange Intime et un bon brassage des flui- des de combustion et,, par conséquent une combustion complète à l'intérieur des chambres de combustion.
On sait que les appareils producteurs d'air chaud fonctionnent généralement sans chauffage préalable des fluides de combustion. La période de soufflage doit donc être limitée de façon que les parois des chambres de combustion présentent à la fin de cette période une température encore suf- fisante pour assurer l'allumage du gaz dès le début de la période de chauf- fage. Suivant le gaz de chauffage, ceci exige des températures d'au moins 800 à 9000 C. Pour améliorer l'allumage au début de la période de chauffage, on prévoit au-dessus de chaque brûleur une grille (de préférence en briques normales) faisant office de grille d'allumage. Cette grille contribue du reste au mélange intime désiré des fluides de combustion.
Pour éviter les températures excessives de la maçonnerie à clai- re-voie pendant le chauffage de celle-ci, notamment dans les chambres de combustion.. on a déjà proposé de chauffer avec un excès important d'aira
Une autre particularité de l'invention consiste en ce que l'ex- cès d'air est maintenu en permanence à la valeur désirée par le réglage auto- matique du rapport entre le gaz combustible et 1-'air. A cet effet, un or- gane d'étranglement monté dans le conduit adducteur d'air est actionné auto- matiquement par un régulateur actionné à son tour par une tuyère de freinage intercalée dans le conduit adducteur de gaz de chauffage.
On peut égale- ment actionner cet organe d'étranglement à l'aide d'un .thermostat sur le- quel agit alors la température régnant dans la chambre de combustion.
Jusqu'ici un excès important d'air entraînait toujours une perte proportionnelle de chaleur par évacuation. Suivant 1-'invention, cette perte est largement évitée par le fait que l'excès d'air est remplacé partiellement ou entièrement par une quantité réglable de gaz de combustion mélangé à l'air de combustion et réintroduit en circuit fermé dans l'appareil à air chaud.
Grâce à l'addition. de gaz de combustion, les températures de combustion sont réduites à peu près dans la proportion de la réduction réalisée par un excès correspondant d'air.
Les dessins annexés représentent plusieurs modes de mise en oeuvre de l'invention.
La fig. 1 est une vue en coupe verticale du socle d'un appareil producteur d'air chaud par la ligne 1-1 de la fig. 2.
La fig. 2 est une vue en coupe horizontale par la ligne II-II de la fig. 1.
La fig. 3 est une vue schématique en élévation latérale de l'ap- pareil producteur d'air chaud.
La fig. 4 est une vue en plan correspondante.
La fig. 5 est une vue en élévation latérale d'un deuxième mode de réalisation de cet appareil producteur d'air chaud.
La fig. 6 est une vue similaire d'un troisième mode de réalisa- tion.
L'appareil producteur d'air chaud désigné par 1 comporte un revêtement intérieur en briques réfractaires 2, et dans sa partie cylindri- que,, une maçonnerie à claire-voie .1 construite avec des briques réfractaires et destinée à servir d'accumulateur de chaleur. Cette maçonnerie à claire- voie ± repose sur des piliers de soutènement robustes 4 en forme de cloi- sons faisant partie du socle. Entre les piliers de soutènement ± sont ména- gées les chambres de combustion 50 ayant la forme d'un rectangle placé debout
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et dont la largeur ne dépasse pas de préférence 40 cm.
Dans la partie supérieure des chambres de combustion 5. sont prévues des voûtes intermé- diaires 5 dans lesquelles sont pratiqués des orifices 7. pour le passage des gaz de combustion. Il en résulte un brassage intense des gaz de combustion et une combustion complète des constituants non encore brûlés.
Dans le fond du socle de l'appareil producteur d'air chaud 1 sont pré- vus des canaux parallèles aux chambres de combustion 5. Les canaux 9. sont raccordés à un conduit adducteur de gaz 10, tandis que les canaux intermédiaires 11 sont raccordés à un conduit adducteur d'air 12. Les canaux 9. sont reliés par des canaux de communication 13, et la s canaux 11 par des canaux de communication similaires 14,aux différents brûleurs 15 prévus au fond des chambres de combustion 5.
Ainsi que le montre la fig. 2 chaque chambre de combustion contient une rangée de brûleurs alignés 15. Pour le réglage de la sec- tion de passage des canaux de communication 13 et 14, des tiroirs sont disposés sur le fond des chambres de combustion pour chaque brûleur 15 (Pour plus de clarté, les dessins n'indiquent que quelques-uns de ces tiroirs 16). Ces tiroirs 16 peuvent être réglés de 1-'extérieur à l'aide de tringles ou d'éléments similaires passant dans des ouvertures 17 pratiquées dans le revêtement . et pouvant être obstrués, ce qui permet également de régler les quantités de gaz et d'air pour chacun des brûleurs 15.
Pour la mesure des températures, des coupes thermoélectri- ques 18 sont prévus aux endroits appropriés. Ces couples peuvent être faits en platine et en platine-rhodium par temple.,
Les gaz de combustion chauds circulant de bas en haut à - travers la maçonnerie à claire-voie .1 sont évacués directement à l'air extérieur par un conduit 19, de sorte qu'il est inutile de prévoir une cheminée spéciale pour l'évacuation des produits de combustion. Dans le conduit 19 est monté un obturateur d'étranglement 20 qui permet de faire passer une partie des produits de combustion du conduit 19 dans un autre conduit 21.
Ce dernier est relié par un,, conduit de dérivation 2 con- tenant un papillon d'étranglement 22, au conduit .adducteur d'air 12. Vu dans le sens du passage des produits de combustion., le conduit 21 con- tient en aval de la dérivation 23 un obturateur 24. Des obturateurs si- milaires 25 et sont prévus dans le conduit adducteur d'air 12 en amont et en aval de la dérivation 23. Pendant le soufflage à l'aide de l'appareil à air chaud., le conduit 21 sert à 1-'introduction de l'air par le haut. Cet air circulant de haut en bas à travers la maçonnerie à claire-voie 3 passe par une chambre collectrice 27 du socle dans le con- duit à air chaud aboutissant au haut-fourneau.
Pour obtenir une distri- bution uniforme pendant le soufflage, on peut prévoir une ou plusieurs tu- bulures de raccordement supplémentaire destinées à relier la chambre col- lectrice d'air chaud 27 au conduit 28. Il est également possible d'éva- cuer l'air chaud par le fond de l'appareil, c'est-à-dire au-dessous des canaux,2 et 11 prévus pour la distribution du gaz combustible et de le air.
Dans le conduit adducteur de gaz 10 est prévue une tuyère de retenue destinée à actionner un régulateur 30. Ainsi que le montre la fig. 4, le régulateur 30 est relié à une autre tuyère de retenue 31 prévue dans le conduit adducteur d'air 12. Ce régulateur 30 est réglé en fonc- tion de la différence désirée entre les pressions régnant dans les con- duits 10 et 12.
Si la quantité du gaz de chauffage arrivant par le conduit 10 varie ce qui fait également varier la différence entre sa pression et celle du conduit adducteur d'air 12', le régulateur 30 fait fonctionner un servo-moteur agissant d'une manière appropriée sur le papillon du conduit adducteur d'air 12. Grâce à ce dispositifet par un réglage appro- prié des organes d'étranglement 20 et 25, il est donc possible de réintro- duire en circuit :fermé dans l'appareil à air chaude par le conduit adduc- teur d'air 12, une proportion déterminée de produits de combustion., par exem- ple de25 %.
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Dans la fige 3 est montrée la forme extérieure d'un appareil producteur d'air chaud présentant un rapport entre la hauteur et le diamè- tre tel qu'il est usuel. Si l'on applique l'invention à un appareil exis- tant; on maintient ce rapport., Mais il a été -spécifié précédemment que la meilleure distribution des gaz dans la section de l'appareil permet éga- lement de choisir un rapport très inférieur entre la hauteur du volume ef- fectif de la partie à claire-voie traversée par les gaz, et le diamètre moyen de cette partie. La fig. 5 montre la forme extérieure d'un appareil producteur d'air chaud ayant ces dimensions.
Il est également possible de constituer 1,'appareil producteur d'air chaud sans cheminée de combustion par deux tours séparées contenant chacune une maçonnerie à claire-voie, et munie chacune d'une enveloppée les chambres contenant la partie à claire-voie étant reliées entre elles au sommet. La fig. 6 montre la forme extérieure d'un appareil à air chaud de ce genre.
Les tours 33 et 34 comportent chacune une enveloppe.
Les deux chambres contenant la partie à claire-voie sont reliées entre elles au sommet des tours par un conduit coudé et isolé 35, destiné au passage des gaz. La tour 34 est la plus chaude la tour 33 est la plus froide. A la base de la tour 34 sont prévus des orifices d'entrée pour le conduit adduc- teur de gaz 10 et le conduit adducteur d'air 12. Au-dessus de ces orifices est prévu l'orifice de raccordement du conduit à air chaud 28 aboutissant au haut-fourneau. A la base de la tour ,33, est prévu 1-'orifice destiné au raccordement du conduit 10 par lequel les produits de combustion sont évacués vers la cheminée ainsi que l'orifice destiné au raccordement du conduit 21. (Fig. 3).
Les détails de réalisation constructive peuvent etre modifiés sans s'écarter de l'invention dans le domaine des équivalences mécaniques.
REVENDICATIONS , 1) Appareil producteur d'air chaud sans cheminée de combustion et à chauffage par le bas de la maçonnerie à claire-voie destinée à ser- vir d'accumulateur de chaleurcaractérisé en ce que le socle de cet appa- reil présente au-dessous de la maçonnerie à claire-voie plusieurs chambres de combustion parallèles ayant chacune la forme d'un étroit rectangle placé debout;, dans le fond de chacune desquelles est prévue une rangée de brû- leurs alignés recevant les fluides de combustion pour le chauffage de la maçonnerie à claire-voie c'est-à-dire le gaz de chauffage et l'air en quan- tité réglables.
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