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Réchauffeur d'air, en particulier pour hauts fourneaux.
L'invention concerne en particulier des réchauffeurs d'air pour hauts fourneaux (Cowper), mais se rapporte égale- ment aux réchauffeurs pour gaz ou vapeurs fonctionnant par régénération, dans lesquels un empilage traversé par des ca- naux est réchauffé à des intervalles de temps réguliers. D'ha- bitude, ces Cowper ou réchauffeurs sont constitués par des cuves en forme de tours, dans lesquelles les canaux s'éten- dent verticalement. L'invention s'applique de la même façon aux régénérateurs à canaux horizontaux.
L'empilage de ces Cowper ou réchauffeurs consiste en un matériau céramique réfractaire qui, d'habitude, est de la chamotte dans la partie froide de l'empilage. En raison de sa résistance à la compression à chaud et de sa faible dila- tation linéaire thermique, ce matériau s'indique particuliè- rement pour l'emploi dans la partie inférieure des Cowper et réchauffeurs en forme de tours, qui doit supporter la charge de la haute colonne d'empilage qui lui est superposée aux tem-
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pératurcs qui règnent encore à cet endroit.
Toutefois, avec la faible différence de température entre les gaz de chaffa- ge et l'empliage existant dans cette partie de l'apparie, la faible conductivité du matériau ne permet qu'un échange le chaleur assez réduit (absorption et cession de chaleur) La proportion d'échange de chaleur par rapport à l'échange lui s'effectue dans l'ensemble de l'empilage est considérablement . inférieure au rapport existant entre cette partie de l'elpi- lage et l'ensemble de celui-ci.
Afin d'améliorer l'utilisation de cette partie :e l'empiage par une augmentation de l'absorption et de la ces* sion de chaleur, on a déjà proposé de réduire l'épaisseur de paroi des briques de l'empilage. A côté d'une absorption et d'une cession de chaleur relativement accélérées conditionnées par cette mesure, la subdivision qui en résulte des canaux de grande section transversale en un nombre de canaux de plus petite section augmente la surface d'échange de la chaleur.
On s'est efforcé d'autre part d'obtenir cette augmentation de surface avec des canaux continus de même section transversale, par l'introduction de briques de remplissage dans les sections inchangées des canaux.
Ces mesures comportent toutefois des inconvénients.
La section transversale restant constante sur toute la hauteur des canaux verticaux permet une chute directe des petits frag- ments de briques et empêche ainsi l'obstruction de ceux-ci.
De même, ces canaux peuvent être débarrassés facilement des cendres volantes déposées. Cette possibilité d'une chute di- recte des petits fragments de briques et d'un nettoyage con- tinu est fortement diminuée par le nombre croissant de canaux de plus petite section dans la partie inférieure de l'empila- ge, comme par l'emploi de briques de remplissage. Même dans ces cas, l'échange de chaleur reste faible, en raison du la conductivité thermique réduite de l'empilage céramique. Cet échange de chaleur peut éventuellement être augmenté en éle-
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vant la température des gaz de chauffage. De cettefaçon, la capacité de l'ensemble de l'empilage s'élève certainement, mais l'amélioration n'est obtenue qu'au prix de fortes pertes de gaz chaud.
Cette augmentation de capacité seferait donc au dépens du rendement et de la rentabilité du Cowper ou du réchauffeur.
L'invention évite ces inconvénients. Elle rend pos- sible une augmentation effective de l'échange de chaleur dans la partie du Cowper ou du réchauffeur constituée par un empi- lage céramique se trouvant à proximité de l'extrémité d @@@- tie des gaz de chauffage et avant celle-ci. Suivant l'inven- tion, ceci est obtenu en disposant dans les canaux continus: de l'empilage des éléments intérieurs accumulant et échangeant rapidement une grande quantité de chaleur, en particulier des éléments en métal ou en alliages métalliques, s'étendant de- puis l'extrémité de sortie des gaz de chauffage jusqu'à une courte distance à l'intérieur de l'empilage. Comme matériau résistant aux températures régnant encore à cet endroit de l'empilage, il faut considérer par exemple la fonte, en par. ticulier la fonte réfractaire.
Ces éléments incorporés peuvent avoir une section transversale en forme de plaque, de croix ou d'étoile, mais ils peuvent également revêtir la forme de barres ou de tubes.
Il faut s'efforcer d'obtenir entre les éléments incorporés et la paroi des canaux une surface de contact aussi grande que possible, favorisant le transfert de la chaleur aux bri- ques céramiques des canaux. Tandis que les éléments en forme de plaques, de croix ou d'étoiles sont en contact avec les parois des canaux par les extrémités de leur profil transver- sal, les sections en forme de barres ou de tubes disposées librement dans le canal sont munies de pièces d'espacement ayant avantageusement la forme de languettes dont la surface de contact avec la paroi du canal peut encore être augmentée en les disposant en hélice autour de la barre ou du tube. Les
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éléments intérieurs comme tels peuvent enfin revêtir la forme d'une hélice s'étendant suivant leur axe longitudinal.
L'échange de chaleur de ces éléments incorporés peut en outre être amélioré par la forme ondulée bien connue dans les éléments céramiques, ou en augmentant seulement leur sur- face par une plus grande section transversaleLes crêtes et les creux des ondes doivent en outre s'étendre suivant la di rection d'écoulement des gaz chauds.
La hauteur sur laquelle les éléments sont disposés dans l'empilage est conditionnée par la température des gaz des chauffages dans cette région de celui-ci. Normalement, ces éléments ne sont prévus que jusqu'à la hauteur à laquelle le matériau peut résister à la température ces gaz chauds ré- gnant à cet endroit. Au lieu d'éléments en métal ou en allia- ges métalliques, on peut également utiliser des éléments en matières céramiques réfractaires, pour autant que celles-ci favorisent l'échange de chaleur dans une mesure à peu près. égale à celle des métaux, comme par exemple le carbure de si- licium.
Les éléments incorporés suivant l'invention ne cons- tituent pas des pièces portantes ou contribuant à la portance, par exemple pour des éléments en céramique encore prévus éven- tuellement dans les. zones chaudes. Ils doivent être placés de manière à pouvoir glisser librement dans les canaux. De cette façon, on évite toute influence statique de l'empilage, pouvant résulter de leur dilatation linéaire thermique diffé- rant fortement de celle du matériau céramique et de leur fai- ble résistance à la compression aux hautes températures. On tient également compte de leur dilatation linéaire thermique supérieure par un jeu relativement grand, lorsqu'on calcule leur section transversale dans le canal de l'empilage.
Les éléments incorporés sont introduits dans les ca- naux de l'empilage vertical par l'extrémité inférieure de ce- lui-ci, à travers les vides de la grille qui le supporte/et
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retirés également par le bas. Leur hauteur totale est atteinte par la superposition de tronçons de longueur appropriée. Le tronçon d'élément inférieur et par conséquent toute la colon. ne de ces éléments sont maintenus en position avec l'aide d'éléments de retenue et de support appropriés, qui peuvent être disposés sur la grille porteuse de l'empilage, ou prévue sur l'élément à incorporer même.
La mise en place ou le re- trait des éléments par le bas permet à tout moment de libérer la section transversale des canaux d'empilage continu, pour enlever Les obstructions ou la poussière volante déposée.
L'installation de ces éléments suivant l'invention dans des empilages existants permet de relever une capacité insuffisan- te de ceux-ci. Des Cowper ou des réchauffeurs fonctionnant avec de hautes températures de gaz perdus peuvent par exemple être exploités économiquement. Dans les nouvelles installa- tions, l'emploi de ces éléments incorporés permet d'arriver à une diminution du volume total de l'empilage en rapport avec l'amélioration de l'échange de chaleur.
Le dessin annexé représente la proposition suivant l'invention, sous la forme d'un exemple de mise en oeuvre de celle-ci.
La figure 1 est une coupe verticale à travers un ré- chauffeur d'air de haut fourneau (Cowper); la figure 2 est une coupe verticale à travers un canal d'empilage muni d'éléments incorporés; la figure 3 est'une coupe horizontale 1 travers le canal d'empilage de la figure 2.
La cuve de réchauffage 1 et la cuve de combustion 2 du réchauffeur d'air de haut fourneau, toutes deux de section transversale circulaire, sont disposées, indépendamment, l'une à côté de l'autre. A son extrémité inférieure, là cuve de ré- chauffage 1 possédé une tubulure 3, pour la sortie des gaz de chauffage ou l'entrée de l'air à préchauffer. La cuve de com- bustion 2 possède l'ouverture 4, pour l'introduction dugaz
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de chauffage et l'ouverture 5, pour l'évacuation de l'air é- chauffé dans la cuve 1. Les deux cuves sont en communication ouverte par l'intermédiaire de la coupole commune 6.
La cuve 1 du réchauffeur est représentée avec un em- pilage traversé par des canaux continus 7. Cet empilage repose sur la grille de support 8.
Suivant l'Invention, les déments incorporés 9, ca- passif d'absorber et d'échanger rapidement une grande quanti- té de chaleur, en particulier des éléments métalliques ou en alliages métalliques, sont installés dans les canaux 7 de l'empllage à partir de l'extrémité de sortie des gaz de chaut- fage, jusqu'à une petite distance à l'intérieur de celui-ci.
Les figures 2 et 3 montrent, à titre d'exemple, un élément incorporé dont la section transversale est en forme de croix. Les éléments 9, à introduire dans les canaux 7 par l'extrémité inférieure de l'empilage vertical, à travers les vides existant entre les barreaux de la grille de support 8 et à retirer également par le bas, sont formés à cette fin de tronçons individuels de longueur réduite 9a, 9b, 9c. Grâce eux tâtons ou saillies 10, prévues à leur extrémité inférieu- ra qui s'introduisent dans des évidements correspondants de l'autre extrémité, les divers tronçons sont assemblés en une solonne.
Une traverse 11, fixée de manière à pouvoir pivoter, d'une façon quelconque, sur la face inférieure des barreaux de la grille 8, supporte la colonne d'éléments 9 après rabat. tage et verrouillage.
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