"PERFECTIONNEMENTS AUX COWPERS"
La présente .invention est relative à des perfectionnements apportés aux cowpers.
Dans l'industrie les cowpers sont généralement utilisés comme échangeurs thermiques en vue de réchauffer un gaz, en
<EMI ID=1.1>
Les hauts fourneaux, par exemple, comportent à leur partie inférieure une conduite circulaire appelée conduite à vent chaud, qui est reliée au haut fourneau par l'intermédiaire d'un nombre
<EMI ID=2.1>
fourneau de l'air préchauffée appelé vent chaud. Le réchauffement du vent à la température demandée est effectué dans un cowper. Entre ce cowper et la conduite circulaire du haut fourneau se trouve une chambre de mélange vent chaud - vent froid, qui sert à régler la température du vent chaud, qui est introduit dans le haut fourneau de manière que celle-ci reste constante pendant au moins un temps déterminé. La température réglée du vent chaud peut atteindre jusqu'à 135o[deg.]C dans les hauts fourneaux modernes.
Le cowper se subdivise essentiellement en ceux parties.
Une première partie, appelée puits de combustion, comprend à sa partie inférieure un brûleur dans lequel on injecte un gaz combustible, notamment du gaz de haut fourneau, enrichi dans la plupart des cas par du gaz de coke, du gaz naturel, etc. La chaleur dégagée par la combustion de ce gaz traverse la seconde partie du cowper, appelée puits de ruchage qui emmagasine la chaleur dans son ruchage de briques réfractaires.
Le réchauffement du vent s'effectue en deux périodes séparées. La première période, appelée période "cowper au gaz" consiste à brûler le gaz combustible dans le puits de combustion. Les gaz de combustion qui se dégagent remontent dans le puits de combustion et redescendent ensuite à travers le.ruchage réfractaire pour rejoindre la sortie des fumées. La chaleur dégagée par ce gaz de combustion est emmagasinée par le matériau réfractaire du ruchage.
La deuxième période, appelée "cowper au vent" consiste
à introduire du vent froid à la base du ruchage réfractaire à une pression pouvant atteindre 6 à 7 atmosphères. La circulation dans le "cowper au vent" se fait donc en sens inverse à la <EMI ID=3.1>
d'abord le ruchage réfractaire et ensuite le puits de combustion pour rejoindre la conduite à vent chaud. Lors de la traversée du ruchage le vent récupère la chaleur qui a été emmagasinée dans ce ruchage lors de la combustion.
Dans les cowpers classiques le puits de combustion et le ruchage réfractaire sont incorporés dans une maçonnerie unique de plusieurs dizaines de mètres de hauteur. Dans ces cowpers appelés cowpers à puits incorporé, le puits de combustion est
<EMI ID=4.1>
taire. Ces cowpers à puits incorporé ont cependant l'inconvénient d'être rapidement détériorés. Ces détériorations sont dues à des courts- circuits se produisant entre le puits de combustion et le ruchage et entraînant une destruction du matériau réfractaire à cause des chocs thermiques produits par les différences de température considérables existant de part et d'autre de la paroi de séparation. Les températures de plus en plus élevées
du vent chaud utilisé dans les hauts fourneaux modernes ne font qu'accélérer ce processus de détérioration.
Afin de pouvoir augmenter la température du vent chaud sans augmenter les risques de détérioration on utilise ces derniers temps de plus en plus des cowpers à puits de combustion séparé. Dans ce type de cowper qui comprend deux puits distincts, le vent chaud peut atteindre dans la région de la coupole une température de 15oo à 1550[deg.]. Cette température est suffisante pour obtenir une température réglée du vent chaud de 1350[deg.].
Récemment est apparu toutefois un nouveau phénomène, appelé corrosion intercristalline, qui provoque une détérioration du manteau métallique des coupoles des cowpers modernes travaillant
à des températures et des pressions très élevées. Ce nouveau phénomène se produit aussi bien dans les cowpers à puits incorporé que dans les cowpers à puits de combustion séparé. Ce phénomène de corrosion intercristalline est dû à la présence simultanée
de trois paramètres qui sont: une température élevée, une pression
<EMI ID=5.1>
forment d'une part, lors de la combustion des gaz à température de flamme élevée (supérieure à 13oo[deg.]C) et d'autre part, lors du chauffage de l'air à 14oo[deg.]C et plus, pendant le contact avec les
h briques en silice du cowper chauffées à 15oo[deg.]C ou 155o[deg.]C. Les
<EMI ID=6.1>
suffisamment épuré. Les tôles de la coupole des cowpers sont soumises à des tensions relativement importantes, qui résultent d'une part, des tensions restantes provoquées par les soudures,
et d'autre part par la mise sous pression du cowper lors de la période "cowper au vent". Ces mises sous pression et dépression répétées pendant l'exploitation d'un cowper, provoquent à la longue des fissures microcristallines . Ces fissures microcristallincs ne posent pas de problèmes en soi; ce n'est que l'intro-
<EMI ID=7.1>
Il en résulte que les trois paramètres cités ci-avant doivent être présents simultanément pour que le phénomène
de corrosion intercristalline puisse se manifester. Il faut en effet une pression élevée pour qu'il y ait formation de fissures micro cristalline s. Il faut d'autre part une température élevée pour qu'il se produise une condensation importante des
<EMI ID=8.1>
paramètres il faut que la pression et la température soient suffisamment élevées pour que le phénomène se manifeste et
prenne des proportions destructives. C'est la raison pour laquelle
<EMI ID=9.1>
dans les installations anciennes étant donné que, soit la pression élevée soit la température élevée, soit les deux à la fois faisaient défaut et que par conséquent toutes les conditions nécessaires n'étaient pas remplies. C'est aussi la raison pour laquelle la corrosion intercristalline, attaque d'abord la coupole, car c'est là que la température et. la pression sont le plus élevées..
Il en résulte que, si l'on voulait supprimer le phénomène de la corrosion intercristalline, il faudrait supprimer au
moins un de ces paramètres. Une diminution de la température ou de la pression du vent chaud serait cependant contraire a.u progrès , technique qui a justement permis d'augmenter la température et la pression du vent chaud dans les hauts fourneaux modernes et qui par la même occasion implique la présence des ions qui sont également à l'origine du phénomène.
<EMI ID=10.1> décrit ci-avant, il a déjà été proposé d'appliquer sur la paroi intérieure de la coupole un revêtement en peinture à base d'aluminium ou directement des feuilles d'aluminium. Ce remède
<EMI ID=11.1>
cause de la température et de la pression élevées dans la région de la coupole des cowpers, le revêtement tombe après un certain temps et la détérioration due à la corrosion intercristalline peut se poursuivre. ;
Un second remède utilisé jusqu'à présent, consiste à isoler la paroi de la coupole du cowper de manière à élever
sa température au-dessus du point de condensation des vapeurs. Il s'est toutefois avéré que ce remède n'est pas suffisamment efficace. La raison en est que par cette mesure on ne peut
pas éviter une condensation des vapeurs, mais seulement la ralentir et que par conséquent on ne peut pas éliminer le phénomène même de la corrosion intercristalline.
Malgré tous les efforts déployés dans ce domaine jusqu'à présent, il n'a pas encore été possible de trouver un remède efficace pour éviter ce phénomène de corrosion intercristalline qui barre actuellement le chemin à tout progrès technique
visant une augmentation de la température et de la pression du vent chaud.
La présente invention vise une amélioration des cowpers existants, que ce scient des cowpers à puits incorporé, ou
des cowpers à puits séparé, permettant d'éliminer la corrosion intercristalline et d'augmenter la durée de fonctionnement des cowpers.
Pour atteindre l'objectif qu'elle s'est fixé, la présente invention prévoit des perfectionnements aux cowpers, en particulier descowpers pour la production de vent chaud pour les hauts fourneaux, caractérisés par une enceinte autour de la
<EMI ID=12.1>
-un fluide à une pression approximativement égale à la pression régnant à l'intérieur du cowper.
Selon un premier mode de réalisation, le fluide qu'on fait
4 circuler dans ladite enceinte est constitué par du vent froid
ou de l'air de combustion.
Selon un deuxième mode de réalisation, le fluide est constitué par de l'huile qui circule dans ladite enceinte
en circuit fermé.
Conformément à une exécution avantageuse, il est prévu
des moyens de réglage de la température du fluide circulant
dans ladite enceinte.
Afin de permettre une meilleure compréhension de l'invention, celle-ci sera décrite en se référant à des modes de réalisation particulièrement préférés de l'invention donnés
à titre non limitatif . en référence aux figures dans lesquelles:
La figure 1 montre schématiquement une vue en coupe verticale d'un premier mode de réalisation d'un cowper selon
la présente invention; La figure 2 montre schématiquement une vue en coupe verticale d'un deuxième mode de réalisation d'un cowper
selon la présente invention.
Sur la figure 1 est montré à titre d'illustration, un
cowper à puits de combustion séparé comprenant un puits de combustion 2 et un puits à ruchage réfractaire 3. Le puits
de combustion 2 et le puits à ruchage 3 sont coiffés d'une
coupole commune 4 qui relie le puits de combustion 2 au puits à ruchage 3.
Un brûleur 6 communique avec la partie inférieure du
puits de combustion 2. Dans ce brûleur on injecte par un gicleur
8 du gaz de haut fourneau enrichi avec du gaz de coke ou du
gaz naturel. Ce brûleur 6 communique d'autre part avec une conduite d'alimentation lo par laquelle est amené de l'air de combustion préalablement réchauffé dans un échangeur
thermique 12. Le mélange gaz de gueulard enrichi et air de combustion est brûlé dans le puits de combustion 2 et la chaleur
et les gaz résultant de cette combustion se dégagent par la coupole 4 dans le puits à ruchage réfractaire 3. Dans ce puits 3, la chaleur des gaz de combustion est emmagasinée dans le briquetage réfractaire qui est à base de silice, notamment dans la partie supérieure du ruchage et dans la région de la coupole, tandis que les gaz sont évacués par une ouverture (non représen- tée sur la figure) à la partie inférieure du puits à ruchage 3
;
dans une cheminée d'évacuation (non représentée). Pendant cette opération de combustion et de réchauffement du ruchage réfractaire, appelé "cowper au gaz", la pression régnant
à l'intérieur du cowper est légèrement supérieure à la pression atmosphérique.
lorsque les parois réfractaires du puits à ruchage 3 ont atteint la température requise, on arrête la combustion et on met le cowper au vent, c'est-à-dire qu'on introduit du vent froid sous pression dans le puits 3 par une ouverture 14 aména-
<EMI ID=13.1>
tant dans le puits à ruchage, 3, le vent se réchauffe au contact du matériau réfractaire. Le vent chaud se dégage par la coupole
4 dans le puits de combustion 2 et quitte le cowper par une ouverture 16 prévue dans la paroi latérale du puits de combustion 2, appelée sortie de vent chaud.
Vu le fonctionnement en deux temps d'un cowper, il est évident que la présence d'au moins deux cowpers est toujours requise lorsqu'il y a une demande continue de vent chaud. L'un des cowpers est alors "au gaz" pendant que l'autre est "au vent" et inversement.
La pression du vent dans les cowpers modernes est actuellement en moyenne de 5 - 6 atm avec un maximum de 7 atm.
La température dans la région la plus chaude des cowpers à
haute température, c'est-à-dire dans la coupole, peut monter
<EMI ID=14.1>
Comme mentionné ci-avant, au-delà d'un certain seuil
de température et de pression, se manifeste un nouveau phénomène, qui n'était pas connu dans les cowpers classiques à rendement plus faible que les cowpers modernes. Ce phénomène, appelé corrosion intercristalline, qui cause une destruction rapide de la paroi métallique de la coupole, résulte de la condensation sur les parois de la coupole de vapeurs à base d'azote formées dans les cowpers par des réactions chimiques entre certains constituants du vent et la silice du briquetage réfractaire. Il a été constaté que la condition nécessaire et suffisante pour qu'il y ait une corrosion intercristalline
<EMI ID=15.1> développement de cette corrosion. Ces trois paramètres sont la présence de silice, une température élevée et une forte pression.
L'élimination d'un de ces paramètres serait contraire
au progrès et à l'évolution technique qui ont permis la conception de cowpers modernes à haut rendement, et est de ce fait difficilement réalisable.
La présente invention permet par contre, d'éliminer
le phénomène de la corrosion intercristalline, non pas par la suppression d'un ou plusieurs des paramètres favorables à la corrosion , mais par la suppression de l'influence d'au moins
un de ces paramètres et plus particulièrement de la pression
et éventuellement de la température. Selon la présente invention, l'influence de la pression est supprimée par l'aménagement d'une enceinte autour de la paroi métallique de la coupole et l'introduction d'un fluide sous pression dans cette enceinte. Ceci permet d'éliminer l'influence des tensions et contraintes
de la pression sur la paroi métallique de la coupole du cowper, sans pour autant devoir diminuer la pression à l'intérieur
du cowper. Les meilleurs résultats sont évidemment obtenus lorsque les pressions de part et d'autre de la paroi métallique de la coupole sont approximativement égales, c'est-à-dire quand le fluide est introduit dans l'enceinte autour de la coupole à une pression approximativement égale à la pression régnant dans le cowper.
Selon la présente invention on a prévu tout autour de la coupole 4 du cowper une enveloppe ou paroi hermétique 2o légèrement espacée des dômes 22 et 24 de la coupole et délimitant
avec les tôles métalliques la paroi de la coupole 4 une enceinte
26 dans laquelle on fait circuler, selon la présente invention, un fluide à une pression telle que les pressions différentielles sur la paroi de la coupole 4 soient approximativement nulles.
Cette enceinte 26 comporte deux ouvertures 28 et 3o disposées de part et d'autre du cowper et respectivement adjacentes au puits de combustion 2 et au puits à ruchage.3. Ces ouvertures
28 et 3o constituent alternativement une entrée et une sortie
du fluide, suivant le mode de fonctionnement du cowper comme
il sera expliqué en détail ci-après,
l'ouverture 28 communique avec deux conduites 32 et 34
dans lesquelles sont respectivement aménagées des vannes 36 et 38.
<EMI ID=16.1>
de l'enceinte 26 par l'intermédiaire d'un ventilâtes 37
et de l'échangeur thermique 12 au brûleur 6 tandis que la conduite 34 et la vanne 38 relient l'ouverture 28 à une conduite 4o d'amenée de vent froid.
L'ouverture 3o, qui est adjacente au puits à ruchage 3, communique également.avec deux conduites 42 et 44 comprenant respectivement des vannes 46 et 48. La conduite 42 et la vanne
<EMI ID=17.1>
d'admission de vent froid à la partie inférieure du puits à
<EMI ID=18.1>
conduite d'aspiration, relient l'enceinte 26 à un clapet réglable 5o pour l'admission d'air de combustion.
Concernant le fonctionnement du cowper selon la présente invention, il faut distinguer entre la période "cowper au gaz" et la période "cowper au vent". Dans le cas où le cowper est
"au gaz", les vannes 36 et 48 sont ouvertes et les vannes
38 et 46 sont fermées tandis que le ventilateur 37 est mis
en marche. De l'air de combustion est ainsi aspiré par le ventilateur 37 à travers le clapet 5o et l'enceinte 26
jusqu'au brûleur 6 pour l'entretien de la combustion des gaz.
La pression dans la chambre 26 autour de la coupole 4 est donc
à la pression atmosphérique et comme la pression à l'intérieur d'un cowper au gaz est également approximativement à la pression atmosphérique, la pression différentielle sur la paroi de la coupole 4 est approximativement nulle.
lors de la période "cowper au vent" on ferme les vannes
36 et 48 et on ouvre les vannes 38 et 46 établissant ainsi à travers l'enceinte 26 autour de la coupole 4 une liaison entre la conduite amenée 4o de vent froid et l'ouverture 14 d'admission de vent à la base du puits à ruchage 3. Dans le "cowper au vent", le vent froid est amené par la conduite 4o à une pression qui peut atteindre 7 atm.Etant donné que c'est aussi approximativement cette pression qui existe l'intérieur du cowper, la pression dans l'enceinte 26 autour de la coupole 4 est approximativement égale à la pression du vent chaud du cowper. Les parois de la coupole selon la présente invention ne sont donc plus soumises aux tensions que subissent les coupoles des cowpers actuellement connus, à cause de la.grande différence / de pression entre l'extérieur et l'intérieur de la coupole.
Conformément à la présente invention on supprime également l'influence d'un deuxième paramètre nécessaire à la corrosion intercristalline. Il est en effet possible, en
supprimant l'influence de la pression par les moyens décrits ci-dessus, de supprimer en même temps l'influence de la tempéra- ture. Il faut tenir compte du fait que, quand on parle de vent
froid et de vent chaud, ces deux désignations ne sont que relatives l'une par rapport à l'autre. En effet, quoique
on parla de vent froid, sa température est. tout de même
d'environ 15o[deg.]C. Cette température lui est communiquée dans les compresseurs, qui servent à comprimer le vent froid à la
pression requise pour le fonctionnement du cowper lors '.de la
<EMI ID=19.1>
Or, il est connu, d'après l'état de la technique, qu'un maintien de la paroi de la coupole à une température de 15o[deg.]C suffit pour réduire sensiblement la condensation des vapeurs. Par conséquent, la température du vent froid suffit à elle seule pour éviter ou réduire cette condensation et arriver ainsi aux résultats voulus.
On pourrait également prévoir, selon un mode de réalisation non montré sur la figure 1, un échangeur thermique , placé
dans la conduite d'amenée du vent froid, et destiné à maintenir
<EMI ID=20.1>
échangeur thermique pourrait d'autre part être conçu de telle sorte, que la température du vent froid pourrait être variée en fonction des exigences et des caractéristiques particulières du cowper.
Il est important de noter que l'enceinte 26 est toujours utilisée comme faisant partie de la conduite d'amenée, soit
du vent froid, soit de l'air de combustion suivant la période de fonctionnement du cowper. Cette enceinte 26 permet ainsi
<EMI ID=21.1>
par contact avec la paroi de la coupole, soit par rayonnement.
La figure 2 montre schématiquement un deuxième mode de réalisation selon la présente invention. Sur cette figure 2 on a repris les références de la figure 1 pour désigner des parties indentiques à celles du mode de réalisation de la figure
1. Ainsi on a montré sur la figure 2 un cowper comprenant un 4 <EMI ID=22.1>
4. Comme dans la réalisation selon la figure 1, la paroi métallique de la coupole 4 est doublée par une deuxième paroi 2o, de manière à former une enceinte 26 tout autour de la coupole 4.
Contrairement au mode de réalisation selon la figure 1,
on établit dans l'enceinte 26 autour de la coupole 4 selon la réalisation de la figure 2, une circulation d'un fluide en circuit fermé. En comparaison avec le mode de réalisation selon la figure 1, on peut dire que le fluide, qui est avantageusement constitué par de l'huile, reste toujours dans l'enceinte 26, que le cowper soit "au gaz" ou "au vent".
L' enceinte 26 autour de la coupole comporte une ouverture d'admission 6o de l'huile et deux ouvertures de sortie 62
et 62' disposées approximativement aux deux sommets de l'enceinte, ceci afin d'éviter que l'huile chaude ne s'accumule dans une des deux parties supérieures de l'enceinte 26. Les ouvertures 62 et
62' sont reliées à l'ouverture So par une conduite 64 dans laquelle est incorporé un échangeur thermique 66 et une pompe
de circulation 68 pour réaliser une circulation forcée de l'huile dans l'enceinte 26 autour de la coupole 4. L'admission de vent froid à la partie inférieure du puits à ruchage 3 est réalisée par une conduite 7o comprenant une vanne d'admission 72. L'enceinte 26 est en communication avec un compensateur de la pression 74 qui est relié par une conduite 76 à la conduite
7o en aval de la vanne 72. L'enceinte 26 est donc reliée à l'intérieur du cowper, par l'intermédiaire du compensateur de pression 74 qui sert à ajuster la pression de l'huile dans l'enceinte 26 à une pression approximativement égale à celle régnant dans le cowper. Ce compensateur de pression 74 fonctionne donc essentiellement lors du passage du cowper du gaz au vent
ou inversement, c'est-à-dire quand il se produit un changement sensible de pression à l'intérieur du cowper.
Selon le mode de réalisation de la figure 2, la pression dans l'enceinte 26 est donc constamment réglée à une valeur approximativement égale à la pression à l'intérieur du cowper
<EMI ID=23.1>
que les tensions sur les tôles de la paroi de la coupole 4, qui d'après l'état de la technique ont été une cause de la corrosion
<EMI ID=24.1>
Dans ce deuxième mode de réalisation, illustré par la figure 2, l'enceinte 26 fait donc partie d'un circuit fermé dans lequel on établit une circulation forcée d'un fluide,
de préférence de l'huile. Etant donné que ce circuit fermé comporte déjà un échangeur thermique 66, il est facile de maintenir la température du fluide et de la paroi de la coupole à une valeur telle qu'elle soit supérieure à la température de condensation des vapeurs dans la coupole. Il suffit, par exemple, de prévoir un thermostat réglable qui commande le fonctionnement de l'échangeur thermique en fonction de la température du fluide circulant dans le circuit fermé.
La présente invention permet par conséquent, d'éliminer l'influence aussi bien de la pression que de la température, c'est-à-dire deux paramètres nécessaires au développement
de la corrosion intercristalline et permet d'augmenter de manière sensible la durée de vie des cowpers modernes.
Bien que l'invention ait été décrite en référence à un type particulier de cowper, celui-ci n'a été montré qu'à
titre illustratif. La présente invention est au contraire applicable à tous les types de cowpers actuellement connus, ceci aussi bien en ce qui concerne les cowpers à puits séparé qu'en ce qui concerne les cowpers à puits incorporé.
1. Cowpers en particulier cowpers pour la production de vent chaud pour les hauts fourneaux, caractérisés par une enceinte autou:
de la partie supérieure du cowper dans laquelle on fait circuler
un fluide à une pression approximativement égale à la pression
régnant à l'intérieur du cowper.