EP0044792B1 - Installation de refroidissement pour haut-fourneau à l'aide de plaques de refroidissement - Google Patents

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EP0044792B1
EP0044792B1 EP81401167A EP81401167A EP0044792B1 EP 0044792 B1 EP0044792 B1 EP 0044792B1 EP 81401167 A EP81401167 A EP 81401167A EP 81401167 A EP81401167 A EP 81401167A EP 0044792 B1 EP0044792 B1 EP 0044792B1
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EP
European Patent Office
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cooling
circular
plates
tubes
conduit
Prior art date
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EP81401167A
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German (de)
English (en)
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EP0044792A3 (en
EP0044792A2 (fr
Inventor
Jean Cordier
Pierre Rollot
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
USINOR SA
Original Assignee
Union Siderurgique du Nord et de lEst de France SA USINOR
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Priority to AT81401167T priority Critical patent/ATE16201T1/de
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Publication of EP0044792A3 publication Critical patent/EP0044792A3/fr
Application granted granted Critical
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    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C21—METALLURGY OF IRON
    • C21B—MANUFACTURE OF IRON OR STEEL
    • C21B7/00—Blast furnaces
    • C21B7/10—Cooling; Devices therefor

Definitions

  • the present invention relates to an installation for cooling metallurgical units, the walls of which are subjected to high heat fluxes and more particularly to the cooling of blast furnaces using cooling plates.
  • the heat flux emitted in the different zones of the blast furnace must be captured by a heterogeneous system formed of the refractory lining, the cooling element, i.e. the cooling plate, the shielding, such as the element cooler fulfills a double function of energetic cooling of the refractory and of screen as the flow passes to the shielding.
  • the cooling element i.e. the cooling plate
  • the shielding such as the element cooler fulfills a double function of energetic cooling of the refractory and of screen as the flow passes to the shielding.
  • These plates consist of cast iron elements traversed in their mass by a network of tubes in which circulates a cooling fluid which, in the techniques known until now, consists of water subjected to vaporization in contact with the flow of heat that the cooling plate is intended to absorb.
  • Application DE-A-2 017 569 describes a cooling installation essentially aimed at cooling the blast furnace nozzles, comprising an external circuit for circulation of the cooling fluid which, according to one of the embodiments, allows the liquid phase to be maintained in the coolant.
  • Patent FR-A-2 054 737 describes an installation for cooling the shielding of a blast furnace using a technique using cooling plates, but according to the principle of spray cooling.
  • the present invention aims to remedy these drawbacks by proposing to provide a cooling installation having greater reliability, lower cost and an operation making it possible to know and control the operation of the blast furnace by detecting thermal fluxes. emitted by the different zones of the latter.
  • the present invention thus relates to a cooling installation of a blast furnace using cooling plates in which a cooling fluid circulates, these plates being arranged in successive rings superimposed along the internal wall of the shielding of the blast furnace and being traversed by internal tubes for circulation of the coolant, the internal tubes of two adjacent plates in a vertical plane being interconnected so as to define a network of vertical fluid circulation lines, said network being connected at each of its ends to an external circuit for circulation and cooling of the fluid defining a closed, forced and pressurized circuit comprising a supply circular, a return circular, a battery of heat exchangers connected to the return circular by a return line and to the supply circular by a supply line, a battery of rec pumps including the coolant disposed on the supply line, and at least one expansion tank placed on the return line at the selected pressurization level, characterized in that the external circuit comprises at least one supply circular, said (said) supply circular (s) being connected to the various inlets of the circulation lines situated at different levels of rings of cooling plates corresponding to the various inlets,
  • the cooling fluid is in particular water which is normally maintained in the liquid state throughout the entire circuit.
  • a special oil resistant to 300 ° C can also be used as the cooling fluid.
  • This characteristic allows a global control of the water flow and therefore a leakage detection by differential measurement.
  • lower water pressures and temperatures can be maintained, which makes it possible to use an apparatus whose technical characteristics are lower and therefore the cost of the installation is lower.
  • Knowledge of the exact flow rates of liquids as well as the measurement of temperatures at different points also makes it possible to know the quantities of heat evacuated in determined zones of the blast furnace, consequently the measurement of the flows emitted in these different zones. Since the water is kept in the liquid state, the formation of local gas pockets preventing the correct evacuation of calories is completely avoided and the risks of deterioration by overheating are limited.
  • the installation shown in FIG. 1 comprises a blast furnace 1 against the inner wall of which are placed cooling plates of which only the internal pipes have been shown connected to each other by the general reference 2.
  • the cooling plates in fact comprise internal tubes which open out to the upper and lower parts of the latter and are connected to the adjacent upper plate and to the immediately lower adjacent plate in a vertical plane, to define a circulation line consisting of all the internal tubes connected to each other defined by the general reference 2.
  • a circular supply pipe 3 surrounding the blast furnace at its lower part comprises a set of individual supply pipes 4 which are respectively connected to the inputs 5 of the circulation lines 2.
  • a circular return pipe 6 surrounding the blast furnace at a higher level also comprises a set of individual return lines 7 connected to the outputs 8 of the circulation lines.
  • This set of vertical circulation lines constitutes a network placed along the shield of the blast furnace which is respectively connected at its bottom part to the feed circular 3 and at the top part to the return circular 6.
  • This network of circulation lines is connected at each of its ends by means of the feed circulars 3 and return 6 to an external circuit on which it is closed.
  • This circuit comprises at least one heat exchanger 9 which is connected to the return circular 6 by a return pipe 10.
  • a battery of recycling pumps 12a, 12b, and 12c returns the coolant from the exchanger 9 to the supply circular 3 by a supply line 13.
  • This battery of pumps comprises two electric pumps 12a and 12b and a 12c diesel backup pump.
  • a line 14 makes it possible to bypass the exchanger 9.
  • a line 15 for supplying additional coolant fluid opens into the supply line 13 at a point located between the battery of the recycling pumps 12a, 12b and 12c and the feed circular 3.
  • the expansion tank has a level regulator 32 which controls a valve 33 for the intake of the auxiliary coolant, placed at the inlet of the pipe 15.
  • the tank 11 also includes a degassing cyclone 34 (deaeration) eventual.
  • a counter 35 is placed on the pipe 15 downstream of the valve 33 to detect a possible leak on the circuit and functions as a primary alert.
  • the cooling fluid is kept in the liquid state, although provision is made, thanks to the flask 11, for the possibility of accidental boiling.
  • the flow rates in the various circulation lines 2 are regulated by means of valves not shown, positioned to obtain identical flow rates in each of the lines. Sufficient flow is provided by the battery of recycling pumps.
  • a line 36 allows the battery of recycling pumps 12a, 12b and 12c to be bypassed and therefore authorizes autosiphon operation as a backup.
  • Line 36 also includes a valve 37.
  • the heat exchanger can be an air cooler as shown or a liquid / liquid heat exchanger and several branches can be arranged in parallel to form a battery.
  • the cooling fluid which, in the following description will be considered without limitation as being water, is introduced at different levels in the same vertical plane along different rows of the cooling plates which are schematically illustrated by rectangles numbered from 0 to 11.
  • the installation in a practical way in fact comprises two circular feeders 3a and 3b from which are fed different inputs 5a, 5b, 5c, 5d ... of the internal tubes of the plates cooling defining separate parallel circulation lines.
  • the installation likewise comprises two return circulars 6a and 6b which take the cooling fluid from different levels of cooling plates.
  • supply circulars 3a, 3b and return 6a, 6b are connected to the external cooling circuit, respectively as regards the supply circulars by lines 13a and 13b opening into the supply line 13 and in that relates to return circulars, via lines 10a and 10b opening into the return line 10.
  • Individual supply lines 4a, 4b, 4c, 4d etc. cooling plates opening out at the inputs 5a, 5b, 5c and 5d of the internal tubes of the latter, are connected to plates of different levels, rows 0, 1, 2 and 3, since the number of internal tubes varies over the circumference of the blast furnace according to the different zones of the latter. It has been indicated previously that the heat fluxes emitted in a blast furnace vary according to the zones of the blast furnace and it is obvious that the greater the heat flux, the more it is necessary that the density of internal cooling tubes on a given circumference is important. Thus, we therefore vary according to the level of the blast furnace, the number of circulation lines that we have. It is then necessary to introduce inputs 4a, 4b, etc. and to take at the outlets 8a, 8b, 8c, 8d the cooling fluid according to different levels in order to respect the density of circulation lines which it is desired to assign.
  • the greater the heat flux emitted in a blast furnace the more the cooling plates have a dense network of internal tubes, and the more plates are available having the same number of internal tubes, but narrower, because the spacing of these tubes is weaker.
  • FIG. 3 there is shown a developed view of cooling plates placed on the internal surface of the blast furnace on four nozzles.
  • the respective inputs 5 and outputs 8 of the cooling tubes have been represented by black, white circles, hatched or crossed with a horizontal line, to materialize the points corresponding to the same circulation line.
  • This developed view corresponds exactly to the number of rows of rings of cooling plates illustrated in FIG. 2 with partial sections between rows 3 and 5, since rows 3 to 5 inclusive have identical plates and likewise, between rows 7 and 8, and 9 and 11 respectively.
  • a first row 0 of cooling plates is arranged surrounding the nozzles 16. From the supply circular 3a, start sixteen individual supply tubes which are connected to the respective inlets of the sixteen circulation lines for the four lower cooling plates. These sixteen circulation lines run in a roughly vertical plane towards the upper part of the blast furnace.
  • the circulation lines 17, 18, 19 and 20 open respectively at the outlets 17b, 18b, 19b and 20b, at the level of the row plates 5 and the cooling fluid is evacuated via the individual return pipes 17c, 18c, 19c and 20c to the return circular 6b.
  • These lines 17c, 18c, 19c and 20c of FIG. 3 correspond to the reference 7d shown diagrammatically by a single individual pipe in FIG. 2. We therefore see that at row 5 four lines are extracted as represented by the corresponding value -4 on the line extracted from row 5 and ending in the return circular 6b.
  • circulation line 21 connecting the inlet 21 to the outlet 21 crosses all the rows of the plates on the same vertical to exit at row 11.
  • circulation line 22 which is supplied at the level of row 3 of cooling plates by an inlet 22a from the circular 3b by an individual supply pipe (not shown) and from which the coolant is withdrawn at the outlet 22b at row 11 to be evacuated by circular 6a.
  • the illustrated cooling installation comprises, in addition to a main network of substantially vertical fluid circulation lines, an annex network of circulation lines intended to cool localized parts 23 of these plates called "curbs".
  • curbs an annex network of circulation lines intended to cool localized parts 23 of these plates.
  • other internal circulation tubes are placed which are arranged in a horizontal plane. These tubes are added to those of the main network and are also connected as in the case of the main network to their counterparts located above in a vertical plane.
  • a supply circular 3c is connected to the supply line 13 by a line 13c.
  • the annex supply circular 3c supplies the inputs 24 of the internal horizontal cooling tubes at the level of the plate 5.
  • These horizontal internal tubes of the cooling plate 5 are connected to those of the cooling plate of row 6 by a pipe 25 and the outlets 26 of the internal horizontal cooling tubes of the row 6 plate are connected to an intermediate circular 27 of the annex network which performs an even distribution of the cooling fluid.
  • This cooling fluid is sent into the horizontal internal tubes of the row 7 cooling plates, then the outlets 28 of these horizontal tubes of the row 7 plates are connected to the inlets 29 of the horizontal tubes of the row 8 plates, the outlets 30 of which are linked to an annex return circular 6c.
  • This return circular 6c is connected to the return pipe 10 by means of a pipe 10c.
  • Each individual circulation line of the main and annex network can be isolated in the event of failure of one of these lines, for example for leaks.
  • the flow in each of these lines as well as the temperature rises of the fluids can be measured individually along the different levels in a vertical plane.
  • the battery of exchangers may include, as shown in FIG. 2, two exchangers 9a and 9b, and an additional pump 31 connected to the return circuit of the battery of the exchangers 9a and 9b.
  • All the internal tubes of the cooling plates have the same diameter and the speed of the cooling liquid is maintained at a value between 1.2 and 2.0 m / s, in order to obtain an appropriate cooling by eliminating any risk of caking .

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Description

  • La présente invention est relative à une installation de refroidissement d'unités métallurgiques dont les parois sont soumises à des flux de chaleur élevés et plut particulièrement au refroidissement de hauts-fourneaux à l'aide de plaques de refroidissement.
  • Les hauts-fourneaux modernes sont de plus en plus expoités à des allures et niveaux de pression tels qu'il est important de maitriser les flux de chaleur et leur transfert, notamment dans les zones d'étalages, ventre, bas de cuve et mi-cuve. En particulier, dans le cas d'unités autoportantes, il est indispensable que le blindage n'atteigne par les niveaux de température ou ne subisse pas des variations de température pouvant mettre en péril sa résistance aux efforts auxquels il est soumis.
  • Le flux thermique émis dans les différentes zones du haut-fourneau doit être capté par un système hétérogène formé du revêtement 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 du flux vers le blindage.
  • Les plaques de refroidissement disposées contre la face interne du blindage entre ce dernier et le revêtement réfractaire, répondent à cette double fonction. Ces plaques sont constituées d'éléments en fonte parcourus dans leur masse par un réseau de tubes dans lesquels circule un fluide de refroidissement qui, dans les techniques connues jusqu'à présent, est constitué d'eau soumise à une vaporisation au contact du flux de chaleur que la plaque de refroidissement est destinée à absorber.
  • Cependant, ce type de refroidissement comporte tous les inconvénients inhérents à an système de refroidissement dans lequel un fluide est vaporisé, qui ont trait à la pression élevée, la formation incontrôlée de poches gazeuses de vaporisation aux points chauds, la difficulté de contrôle des débits de circulation et le risque plus important de fuites ainsi que le caractère corrosif de la vapeur.
  • On connaît notamment d'après le brevet US-A-2 275 515 une installation de refroidissement de haut-fourneau dans laquelle on utilise un fluide de refroidissement recyclé en circuit fermé, ce fluide étant constitué de sels fondus dont le point d'ébullition est très élevé et ne rencontrant donc pas de problèmes de vaporisation. Cependant, cette technique vise une installation de refroidissement du type à boîtes de refroidissement, différente de la technique par plaques de refroidissement et par conséquent n'utilisant pas pour le refroidissement du blindage un ensemble de tubes noyés dans des plaques de fonte constituant un réseau de lignes de circulation verticales du fluide de refroidissement.
  • La demande DE-A-2 017 569 décrit une installation de refroidissement visant essentiellement le refroidissement des tuyères de haut-fourneau, comportant un circuit extérieur de circulation du fluide de refroidissement qui selon un des modes de réalisation, permet un maintien en phase liquide du fluide de refroidissement.
  • Ce document ne comporte cependant aucune référence au refroidissement du blindage d'un haut-fourneau par la technique des plaques de refroidissement qui forment un réseau de lignes de circulation verticales du fluide de refroidissement, noyées dans les plaques.
  • Le brevet FR-A-2 054 737 décrit une installation de refroidissement du blindage d'un haut-fourneau à l'aide d'une technique mettant en oeuvre des plaques de refroidissement, mais selon le principe du refroidissement par vaporisation.
  • La présente invention vise à remédier à ces inconvénients en se proposant de fournir une installation de refroidissement présentant un fiabilité plus grande, un coût plus faible ainsi qu'un fonctionnement permettant de connaître et de contrôler la marche du haut-fourneau par la détection desflux thermiques émis par les différentes zones de ce dernier.
  • La présente invention a ainsi pour objet une installation de refroidissement d'un haut-fourneau à l'aide de plaques de refroidissement dans lesquelles circule un fluide de refroidissement, ces plaques étant disposées en couronnes successives superposées le long de la paroi interne du blindage du haut-fourneau et étant traversées par des tubes internes de circulation du fluide de refroidissement, les tubes internes de deux plaques adjacentes dans un plan vertical étant reliés entre eux de façon à définir un réseau de lignes de circulation verticales de fluide, ledit réseau étant relié à chacune de ses extrémités à un circuit extérieur de circulation et de refroidissement du fluide définissant un circuit fermé, forcé et pressurisé comportant une circulaire d'alimentation, une circulaire de retour, une batterie d'échangeurs thermiques reliés à la circulaire de retour par une conduite de retour et à la circulaire d'alimentation par une conduite d'alimentation, une batterie de pompes de recyclage du fluide de refroidissement disposée sur la conduite d'alimentation, et au moins un ballon d'expansion placé sur la conduite de retour au niveau de pressurisation choisi, caractérisé en ce que le circuit extérieur comporte au moins une circulaire d'alimentation, ladite (lesdites) circulaire (s) d'alimentation étant reliée (s) aux diverses entrées des lignes de circulation situées à des niveaux différents de couronnes de plaques de refroidissement correspondant aux diverses entrées, et au moins une circulaire de retour, ladite (lesdites) circulaire (s) de retour étant reliée (s) aux diverses sorties des lignes de circulation situées à des niveaux différents de couronnes de plaques de refroidissement correspondant aux diverses sorties en créant ainsi une densité variable des lignes de circulation verticales du fluide de refroidissement sur la circonférence du haut-fourneau, ledit circuit extérieur maintenant le fluide de refroidissement en phase liquide.
  • Le fluide de refroidissement est en particulier de l'eau qui est normalement maintenue à l'état liquide dans la totalité du circuit. On peut également utiliser comme fluide de refroidissement une huile spéciale résistant à 300°C.
  • Cette caractéristique permet un contrôle global du débit d'eau et donc une détection des fuites par mesure différentielle. De plus, on peut maintenir des pressions et températures de l'eau plus faibles, ce qui permet d'utiliser un appareillage dont les caractéristiques techniques sont moindres et donc le coût de l'installation est plus faible. La connaissance des débits exacts des liquides ainsi que la mesure des températures en différents points permet également de connaître les quantités de chaleur évacuées en des zones déterminées du haut-fourneau, par conséquent la mesure des flux émis dans ces différentes zones. Etant donné que l'eau est maintenue à l'état liquide, la formation de poches gazeuses locales empêchant l'évacuation correcte des calories est totalement évitée et les risques de détérioration par surchauffe sont limités. Enfin, il est possible de traiter l'eau afin de lui donner la qualité eau de chaudière avec des inhibiteurs de corrosion et donc d'éviter à la fois les problèmes d'entratrage et de corrosion.
  • Par ailleurs, il convient de noter que dans les systèmes à vaporisation, il est pratiquement impossible de détecter les endroits où s'effectue cette vaporisation et donc de régler convenablement les débits liquides et gazeux dans les différentes zones de l'installation.
  • D'autres caractéristiques et avantages de la présente invention apparaîtront au cours de la description qui va suivre, faite en référence aux dessins annexés sur lesquels:
    • - la Fig. 1 est une vue schématique générale de l'installation de refroidissement adaptée à. un haut-fourneau;
    • - la Fig. 2 est également une vue schématique de cette même installation mettant en évidence les différents niveaux d'alimentation et de prélèvement du fluide de refroidissement;
    • - la Fig. 3 est une vue dévéloppée partielle du réseau de lignes de circulation du fluide de refroidissement sur un partie de la circonférence totale du haut-fourneau.
  • L'installation représenté à la Fig. 1 comporte un haut-fourneau 1 contre la paroi intérieure duquel sont placées des plaques de refroidissement dont seules les conduites internes ont été représentées reliées les unes aux autres par la référence générales 2. Les plaques de refroidissement comportent en effet des tubes internes qui débouchent aux parties hautes et basses 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 de l'ensemble des tubes internes reliés entre eux définis par la référence générale 2.
  • Une conduite circulaire d'alimentation 3 entourant le haut-forneau à sa partie inférieure comporte un ensemble de conduites individuelles d'alimentation 4 qui sont respectivement branchées aux entrées 5 des lignes de circulation 2. Une conduite circulaire de retour 6 entourant le haut-fourneau à un niveau supérieur comporte également un 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 à chacune de ses extrémités par l'intermédiaire des circulaires d'alimentation 3 et de retour 6 à un circuit extérieur sur lequel il est fermé.
  • Ce circuit comporte au moins un échangeur thermique 9 qui est relié à la circulaire de retour 6 par une conduite de retour 10. Un (ou plusieurs) ballon d'expansion 11 connecté par la conduite de retour 10, en aval à l'échangeur 9 et en amont à la circulaire de retour 6, est placé à un niveau tel que la pressurisation recherchée est effectivement réalisée dans les zones de flux thermique intense.
  • Un batterie de pompes de recyclage 12a, 12b, et 12c renvoie le fluide de refroidissement de l'échangeur 9 à la circulaire d'alimentation 3 par une conduite d'alimentation 13. Cette batterie de pompes comporte deux pompes électriques 12a et 12b et une pompe diesel 12c de secours. Une conduite 14 permet de bipasser l'échangeur 9. Une conduite 15 d'alimentation de fluide de refroidissement d'appoint débouche dans la conduite d'alimentation 13 en un point situé entre la batterie des pompes de recyclage 12a, 12b et 12c et la circulaire d'alimentation 3.
  • Le ballon d'expansion comporte un régulateur de niveau 32 qui commande une vanne 33 d'admission du fluide de refroidissement d'appoint, placée à l'entrée de la conduite 15. Le ballon 11 comporte également un cyclone 34 de dégazage (désaération) éventuel.
  • Un compteur 35 est placé sur la conduite 15 en aval de la vanne 33 pour détecter une fuite éventuelle sur le circuit et fonctionne comme alerte primaire.
  • Dans cette installation le fluide de refroidissement est maintenu à l'état liquide, bien qu'il soit prévu grâce au ballon 11 la possibilité d'une ébullition accidentelle. Les débits dans les différentes lignes de circulation 2 sont réglés par l'intermédiaire de vannes non représentées, positionnées pour obtenir des débits identiques dans chacune des lignes. Le débit suffisant est fourni par la batterie de pompes de recyclage.
  • Comme représenté sur la Fig. 2, une conduite 36 permet de bipasser la batterie de pompes de recyclage 12a, 12b et 12c et autorise donc une marche en autosiphon à titre de secours. La conduite 36 comporte également un clapet 37.
  • L'échangeur thermique peut être un aéro- réfrigérant comme représenté ou un échangeur thermique liquide/liquide et on peut en disposer plusieurs branches en parallèle pour former une batterie.
  • Sur la vue schématique de la Fig. 1, on n'a représenté, dans un but de simplification, qu'une circulaire d'alimentation et une circulaire de retour pour une ligne de circulation du fluide réfrigérant. De même on a supprimé toute référence à la majorité des vannes d'arrêt et de réglage ainsi que leurs mécanismes de commande qui sont bien connus.
  • En fait, comme indiqué sur la Fig. 2, le fluide de refroidissement qui, dans la suite de la description sera considéré à titre non limitatif comme étant de l'eau, est introduit à différentes niveaux dans un même plan vertical suivant des rangs différents des plaques de refroidissement qui sont schématiquement illustrés par des rectangles numérotés de 0 à 11. L'installation d'une façon pratique comporte en fait deux circulaires d'alimentation 3a et 3b à partir desquelles sont alimentées différentes entrées 5a, 5b, 5c, 5d... des tubes internes des plaques de refroidissement définissant des lignes de circulation parallèles distinctes. L'installation comporte de même deux circulaires de retour 6a et 6b qui prélèvent le fluide de refroidissement à des niveaux différents de plaques de refroidissement. Ces circulaires d'alimentation 3a, 3b et de retour 6a, 6b sont reliées au circuit extérieur de refroidissement, respectivement en ce qui concerne les circulaires d'alimentation par des conduites 13a et 13b débouchant dans la conduite d'alimentation 13 et en ce qui concerne les circulaires de retour, par des conduites 10a et 10b débouchant dans la conduite de retour 10.
  • Les conduites individuelles d'alimentation 4a, 4b, 4c, 4d etc. des plaques de refroidissement débouchant aux entrées 5a, 5b, 5c et 5d des tubes internes de ces dernières, sont reliées à des plaques de niveaux différents, rangs 0, 1, 2 et 3, étant donné que le nombre de tubes internes varie sur la circonférence du haut-fourneau en fonction des différentes zones de ce dernier. Il a été indiqué précédemment que les flux thermiques émis dans un haut-fourneau varient en fonction des zones du haut-fourneau et il est bien évident que plus le flux thermique est important, plus il est nécessaire que la densité de tubes internes de refroidissement sur une circonférence donnée soit importante. Ainsi, on fait donc varier suivant le niveau du haut-fourneau, le nombre de lignes de circulation que l'on dispose. Il est alors nécessaire d'introduire aux entrées 4a, 4b, etc. et de prélever aux sorties 8a, 8b, 8c, 8d le fluide de refroidissement suivant des niveaux différents pour respecter la densité de lignes de circulation que l'on souhaite attribuer.
  • Ainsi, plus le flux thermique émis dans un haut-fourneau est important, plus les plaques de refroidissement comportent un réseau dense de tubes internes, et plus on dispose de plaques comportant le même nombre de tubes internes, mais plus étroites, car l'entraxe de ces tubes est plus faible.
  • Ces caractéristiques précédemment énoncées sont illustrées à la Fig. 3 sur laquelle on a représenté une vue développée de plaques de refroidissement placées sur la surface interne du haut-fourneau sur quatre tuyères. Sur cette vue, les entrées 5 et sorties 8 respectives des tubes de refroidissement ont été représentées par des ronds noirs, blancs, hachurés ou barrés d'un trait horizontal, pour matérialiser les points correspondant à une même ligne de circulation. Cette vue développée correspond exactement au nombre de rangs de couronnes de plaques de refroidissement illustré à la Fig. 2 avec des coupes partielles entre les rangs 3 et 5, étant donné que les rangs 3 à 5 compris présentent des plaques identiques et de même, entre les rangs 7 et 8, et 9 et 11 respectivement.
  • Un premier rang 0 de plaques de refroidissement est disposé entourant les tuyères 16. De la circulaire d'alimentation 3a, partent seize tubes individuels d'alimentation qui sont reliés aux entrées respectives des seize lignes de circulation pour les quatre plaques de refroidissement inférieures. Ces seize lignes de circulation cheminent dans un plan à peu près vertical vers la partie supérieure du haut-fourneau.
  • Sur la vue schématique de la Fig. 3 on n'a représenté à des fins de clarté de la figure, pour le rang 0, que cinq lignes de circulation 17,18,19,20 - et 21 qui sont alimentées par des conduites d'alimentation individuelles (non représentées) venant de la circulaire 3a, respectivement aux entrées 17a, 18a, 19a, 20a et 21 a.
  • Les lignes de circulation 17, 18, 19 et 20 débouchent respectivement aux sorties 17b, 18b, 19b et 20b, au niveau des plaques de rang 5 et le fluide de refroidissement est évacué par l'intermédiaire des conduites individuelles de retour 17c, 18c, 19c et 20c ver la circulaire de retour 6b. Ces conduites 17c, 18c, 19c et 20c de la Fig. 3 correspondent à la référence 7d schématisée par une seule conduite individuelle à la Fig. 2. On constate donc qu'au rang 5 sont extraites quatre lignes ainsi que cela est représenté par la valeur -4 correspondante sur la ligne extraite du rang 5 et aboutissant à la circulaire de retour 6b.
  • On notera que la ligne de circulation 21 reliant l'entrée 21 a la sortie 21 traverse la totalité des rangs des plaques sur une même verticale pour sortir au rang 11.
  • Au niveau des entrées des tubes internes des plaques de refroidissement respectivement des rangs 1, 2 et 3, on introduit en outre, à partir de la circulaire 3b, huit lignes supplémentaires pour le rang 1, quatre autres lignes supplémentaires pour le rang 2 et, enfin, quatre lignes supplémentaires pour le rang 3 comme indiqué par les chiffres +8, +4 et +4.
  • On a indiqué à titre d'illustration sur la Fig. 3 une ligne de circulation 22 qui est alimentée au niveau du rang 3 de plaques de refroidissement par une entrée 22a à partir de la circulaire 3b par une conduite individuelle d'alimentation (non représentée) et dont le fluide de refroidissement est prélève à la sortie 22b au niveau du rang 11 pour être évacué par la circulaire 6a.
  • Au niveau des plaques des rangs 3, 4 et 5, on a alors 16 + 8 + 4 + 4 = 32 lignes de circulation pour quatre tuyères, ces niveaux correspondant à la densité maximale des lignes de circulation où l'entraxe des tubes internes de circulation d'eau est le plus faible. On notera d'ailleurs qu'à ce niveau correspondant les plus faibles dimensions des plaques de refroidissement qui comportent quatre tubes internes par plaque.
  • Au niveau des sorties des tubes internes de refroidissement des plaques de rang 5, on prélève par des conduites individuelles de retour quatre lignes de circulation qui sont reliées à la circulaire de retour 6b. De même, au niveau de sortie des tubes internes de refroidissement des plaques de rang 6, on prélève quatre lignes de circulation qui sont reliées à la circulaire de retour 6b. Enfin, au niveau de sortie des tubes internes des plaques de refroidissement des rangs 8 et 11, on prélève respectivement quatre et vingt lignes de circulation qui sont reliées à la circulaire de retour 6a. Si l'on se reporte à la Fig. 2, on constate que l'installation de refroidissement illustrée comporte outre un réseau principal de lignes de circulation du fluide sensiblement verticales, un réseau annexe de lignes de circulation destiné à refroidir des parties localiées 23 de ces plaques appelées "margelles". Dans ces margelles 23, sont placés d'autres tubes internes de circulation qui sont disposés dans un plan horizontal. Ces tubes s'ajoutent à ceux du réseau principal et sont également reliés comme dans le cas du réseau principal à leurs homologues situés au-dessus dans un plan vertical.
  • Ainsi, une circulaire d'alimentation 3c est reliée à la conduite d'alimentation 13 par une conduite 13c. La circulaire d'alimentation annexe 3c alimente les entrées 24 des tubes internes de refroidissement horizontaux au niveau de la plaque 5. Ces tubes internes horizontaux de la plaque de refroidissement 5 sont reliés à ceux de la plaque de refroidissement du rang 6 par un conduite 25 et les sorties 26 des tubes internes de refroidissement horizontaux de la plaque de rang 6 sont reliées à une circulaire intermédiaire 27 du réseau annexe qui effectue une équirépartition du fluide de refroidissement. Ce fluide de refroidissement est envoyé dans les tubes internes horizontaux des plaques de refroidissement de rang 7, puis les sorties 28 de ces tubes horizontaux des plaques de rang 7 sont reliées aux entrées 29 des tubes horizontaux des plaques de rang 8 dont les sorties 30 sont reliées à une circulaire annexe de retour 6c. Cette circulaire de retour 6c est reliée à la conduite de retour 10 au moyen d'une conduite 10c.
  • Chaque ligne de circulation individuelle du réseau tant principal qu'annexe peut être isolée en cas de défaillance de l'une de ces lignes, par exemple pour des fuites. On peut mesurer individuellement le débit dans chacune de ces lignes ainsi que les élévations de température des fluides tout au long des différents niveaux dans un plan vertical.
  • La batterie d'échangeurs peut comporter, ainsi que cela est représenté à la Fig. 2, deux échangeurs 9a et 9b, et une pompe supplémentaire 31 branchée sur le circuit de retour de la batterie des échangeurs 9a et 9b.
  • Tous les tubes internes des plaques de refroidissement ont le même diamètre et la vitesse du liquide de refroidissement est maintenue à une valeur comprise entre 1,2 et 2,0 m/s, afin d'obtenir un refroidissement approprié en éliminant tout risque de caléfaction.

Claims (5)

1. Installation de refroidissement d'un haut-fourneau à l'aide de plaques de refroidissement dans lesquelles circule un fluide de refroidissement, ces plaques étant disposées en couronnes successives superposées le long de la paroi interne du blindage du haut-fourneau et étant traversées par des tubes internes de circulation du fluide de refroidissement, les tubes internes de deux plaques adjacentes dans un plan vertical étant reliés entre eux de façon à définir un réseau de lignes de circulation (2) verticales de fluide, ledit réseau étant relié à chacune de ses extrémités à un circuit extérieur de circulation et de refroidissement du fluide définissant un circuit fermé, forcé et pressurisé comportant une circulaire d'alimentation (3), une circulaire de retour (6), une batterie d'échangeurs thermiques (9) reliée à la circulaire de retour (6) par une conduite de retour (10) et à la circulaire d'alimentation (3) par une conduite d'alimentation (13), une batterie de pompes de recyclage (12a, 12b, 12c) du fluide de refroidissement disposée sur la conduite d'alimentation (13), et au moins un ballon d'expansion (11) placé sur la conduite de retour (10) au niveau de pressurisation choisi, caractérisée en ce que le circuit extérieur comporte au moins une circulaire d'alimentation (3), ladite (lesdites) circulaire (s) d'alimentation étant reliée(s) aux diverses entrées (5) des lignes de circulation situées à des niveaux différents de couronnes de plaques de refroidissement correspondant aux diverses entrées (5), et au moins une circulaire de retour (6), ladite (lesdites) circulaires (s) de retour étant reliée(s) aux diverses sorties (8) des lignes de circulation situées à des niveaux différents de couronnes de plaques de refroidissement correspondant aux diverses sorties (8) en créant ainsi une densité variable des lignes de circulation verticales de fluide de refroidissement sur la circonférence du haut-fourneau, ledit circuit extérieur maintenant le fluide de refroidissement en phase liquide.
2. Installation selon la revendication 1, caractérisée en ce qu'elle comporte en outre un réseau annexe de lignes de circulation du fluide de refroidissement constitué d'une série de tubes internes de refroidissement disposés à l'intérieur des plaques de refroidissement, dans un plan horizontal, afin de refroidir des parties localisées (23) des plaques, les tubes horizontaux de deux plaques adjacentes dans un plan vertical étant reliés entre eux et pour une partie d'entre eux à une circulaire intermédiaire (27) d'équirépartition, les entrées (24) et sorties (30) des lignes de circulation annexes étant reliées à une circulaire annexe d'alimentation (3c) et à une circulaire annexe de retour (6c) montées respectivement en dérivation sur la conduite d'alimentation (13) et la conduite de retour (10).
3. Installation selon la revendication 1, caractérisée en ce qu'elle comporte deux circulaires d'alimentation (3a et 3b) et deux circulaires de retour (6a et 6b) reliées aux plaques de refroidissement à des rangs différents.
4. Installation selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisée en ce que les tubes internes de refroidissement ont un diamètre constant.
5. Installation selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisée en ce que le fluide de refroidissement est de l'eau ou une huile spéciale résistant à 300°C.
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