EP0142399A1 - Perfectionnement aux plaques de refroidissement pour hautsfourneaux - Google Patents

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EP0142399A1
EP0142399A1 EP84401858A EP84401858A EP0142399A1 EP 0142399 A1 EP0142399 A1 EP 0142399A1 EP 84401858 A EP84401858 A EP 84401858A EP 84401858 A EP84401858 A EP 84401858A EP 0142399 A1 EP0142399 A1 EP 0142399A1
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plate
tubes
cooling
bosses
longitudinal
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Pierre Rollot
Gérard Pierrat
Claude Le Scour
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Sollac SA
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USINOR SA
Sollac SA
Union Siderurgique du Nord et de lEst de France SA USINOR
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    • C21B7/10—Cooling; Devices therefor
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    • F27D1/00—Casings; Linings; Walls; Roofs
    • F27D1/12—Casings; Linings; Walls; Roofs incorporating cooling arrangements
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F27—FURNACES; KILNS; OVENS; RETORTS
    • F27D—DETAILS OR ACCESSORIES OF FURNACES, KILNS, OVENS OR RETORTS, IN SO FAR AS THEY ARE OF KINDS OCCURRING IN MORE THAN ONE KIND OF FURNACE
    • F27D9/00—Cooling of furnaces or of charges therein
    • F27D2009/0002—Cooling of furnaces
    • F27D2009/0045—Cooling of furnaces the cooling medium passing a block, e.g. metallic
    • F27D2009/0048—Cooling of furnaces the cooling medium passing a block, e.g. metallic incorporating conduits for the medium
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    • F27D2009/0002—Cooling of furnaces
    • F27D2009/0051—Cooling of furnaces comprising use of studs to transfer heat or retain the liner

Definitions

  • the present invention relates to cooling plates for blast furnaces.
  • These cooling plates are elements placed against the internal face of the shielding and fulfill a dual function of cooling the refractory and shielding the passage of the heat flow towards the shielding.
  • the cooling plates consist of cast iron elements traversed in their mass by a network of tubes in which circulates a cooling fluid which is generally water. These cooling tubes emerge on one side of the cooling plates and pass through the shield, outside of which they are connected to cooling tubes of an adjacent upper or lower plate.
  • the tubes thus connected determine the circulation lines of the fluid rising in a substantially vertical plane along the wall of the blast furnace, these lines being connected to an external circuit for circulation and cooling of the fluid.
  • patent FR 2 493 871 describes a cooling plate consisting of a cast iron element of substantially parallelepiped shape, in which are embedded longitudinal tubes arranged parallel to each other, these tubes opening onto a same main face, respectively at the upper and lower parts of the cooling plate, in a protective sheath, one of the original characteristics of which resides in the embossed shape of the face opposite to that where the cooling tubes open out.
  • the present invention relates to an improvement of this type of plate making it possible to increase operating reliability, in particular thanks to a better balance of the thermomechanical stresses generated in the mass of the cooling plate.
  • the present invention thus relates to a cooling plate consisting of a substantially parallelepipedal cast iron element, in which are embedded longitudinal tubes arranged in parallel to each other and opening onto the same face of the plate, the face of the plate opposite to that where the cooling tubes open being embossed, characterized in that the longitudinal tubes are embedded in the plate at the places where its thickness is maximum .
  • the embossing consists of rows of bosses regularly spaced transversely, the external surfaces of which are portions of cylinders whose axes are aligned longitudinally.
  • the axes of the longitudinal tubes coincide with the axes of the cylinders.
  • the inlets and / or the outlets of certain longitudinal tubes are offset laterally with respect to the longitudinal parts of these tubes and are preferably arranged in the vicinity of the angles of the plate.
  • Fig.1 the cooling plate 1 is seen along its face 2a exposed towards the inside of the blast furnace and which receives the refractory lining.
  • On its opposite face 2b open the inlets 3a and outlets 3b of longitudinal cooling tubes 3 embedded in the body of the plate 1.
  • the ends 3a and 3b of each cooling tube open from the plate 1 at the upper and lower parts respectively, at through sleeves 4a and 4b which are embedded in the mass of cast iron of the cooling plate and also serve to fix the latter on the shielding, not shown, of the blast furnace.
  • the cooling plate 1 has, at its upper part, a curb 5 cooled by a transverse tube 6 arranged horizontally, the inlet end 6a close to the outlet 3b of the tube 3, is also enclosed by a sheath 7 having a end embedded in the cooling plate.
  • the cooling plate 1 has on its face 2a a set of bosses 8a, 8b, 8c etc. identical, transversely spaced from each other and aligned longitudinally to form rows.
  • bosses have external surfaces 9 projecting from the face 2a of the plate, in the form of cylinder portions.
  • the transverse end faces 10 of these bosses are bevelled.
  • the axes of the cylinder portions forming the surfaces 9 are longitudinally aligned, while the transverse faces 10 opposite two adjacent bosses form a transverse groove at V profile.
  • the cooling tubes 3 are embedded in the body of the cast iron plate 1 and coincide with the axes of the cylindrical surfaces 9 forming bosses, so that they are placed where the cross section thickness of the plate is maximum.
  • the tube 3 is thus surrounded by a constant thickness of cast iron equal to radius R, in which a temperature gradient can be established which makes it possible to balance the thermomechanical stresses generated by the heat exchange between the heat flow from the interior of the blast furnace and the cooling embedded in the cooling plate.
  • the plate shown 101 has a coping 105 arranged in its central part, in which is arranged a transverse tube 106 disposed horizontally. It has on its face 102a directed towards the inside of the blast furnace, five rows of bosses 108 delimiting, as before, portions of cylinders 109 and separated by bevelled parts 110. To these five rows of bosses correspond five longitudinal cooling tubes 103 (1), 103 (2), 103 (3), 103 (4) and 103 (5).
  • the inlet and outlet of the central tube 103 (3) are arranged in the plane of symmetry of the plate; on the other hand the inlets and outlets of the other tubes are grouped in the vicinity of the angles and the longitudinal edges of the plate. This result is obtained, for example by bending the ends of the tubes 103 (2) and 103 (4) to bring them to the - below and above, respectively, the inlets and outlets of the extreme tubes 103 (1) and 103 (5).
  • This arrangement is particularly advantageous since it makes it possible to increase the cooling in the zone of the corners of the plates which is usually particularly vulnerable.

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Abstract

La présente invention a pour objet une plaque de refrodissement (1) constituée d'un élément en fonte de forme sensiblement parallélépipédique, dans lequel sont noyés des tubes longitudinaux disposés parallélement les uns aux autres, ces tubes (3a, 3b) débouchant sur une même face (2b) de la plaque, tandis que la face opposée (2a) à celle où débouchent les tubes de refroidissement est gaufrée. Les tubes longitudinaux sont noyés dans la plaque aux endroits où son épaisseur en section droite transversale est maximale et les bossages constituant le gaufrage ont de préférencce une forme cylindrique, d'axe longitudinal.

Description

  • La présente invention est relative à des plaques de refroidissement pour hauts fourneaux.
  • Ces plaques de refroidissement sont des éléments disposés contre la face interne du blindage et remplissent une double fonction de refroidissement du réfractaire et d'écran au passage du flux thermique vers le blindage.
  • L'utilisation de telles plaques de refroidissement disposées entre la paroi interne du blindage et le revêtement réfractaire a été rendue nécessaire en raison des variations des flux de chaleur inhérents aux techniques modernes d'exploitation des hauts fourneaux,ces variations pouvant être localisées, rapides et aléatoires dans le temps.
  • Les plaques de refroidissement sont constituées d'éléments en fonte parcourus dans leur masse par un réseau de tubes dans lesquels circule un fluide de refroidissement qui est en général de l'eau.Ces tubes de refroidissement débouchent sur une face des plaques de refroidissement et traversent le blindage, à l'extérieur duquel ils sont reliés à des tubes de refroidissement d'une plaque adjacente supérieure ou inférieure.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 être conçues de façon telle :
    • - qu'elles résistent aux déformations thermomécaniques résultant des flux de chaleur élevés;
    • - qu'elles assurent un bon échange thermique avec le réfractaire,ce qui implique de disposer côté face chaude des formes favorisant un accrochage efficace de ce dernier.
  • Or,les plaques de refroidissement connues jusqu'à présent ne satisfaisaient pas pleinement à ces conditions et présentaient des défauts qui conduisaient, à la suite des contraintes thermiques répétées, à la formation de fissures dans leur masse et, par voie de conséquence à un risque de fuites du fluide échangeur ou caloporteur à l'intérieur du haut fourneau,ainsi qu'à une sollicitation mécanique des tubes de refroidissement au niveau de leur sortie des plaques de refroidissement et de leur traversée du blindage.
  • Pour remédier à ces difficultés,on a décrit au brevet FR 2 493 871 une plaque de refroidissement constituée d'un élément en fonte de forme sensiblement parallélépipédique,dans lequel sont noyés des tubes longitudinaux disposés parallèlement les uns aux autres,ces tubes débouchant sur une même face principale , respectivement aux parties haute et basse de la plaque de refroidissement, dans un fourreau protecteur,dont l'une des caractéristiques originales réside dans la forme gaufrée de la face opposée à celle où débouchent les tubes de refroidissement.
  • La présente invention a trait à un perfectionnement de ce type de plaque permettant d'accroi- tre la fiabilité de fonctionnement, en particulier grâce à un meilleur équilibre des contraintes thermomécaniques engendrées dans la masse de la plaque de refroidissement.
  • La présente invention a ainsi pour objet une plaque de refroidissement constituée d'un élément en fonte sensiblement parallélépipédique,dans lequel sont noyés des tubes longitudinaux disposés parallèlement les uns aux autres et débouchant sur une même face de la plaque,la face de la plaque opposée à celle où débouchent les tubes de refroidissement étant gaufrée,caractérisée en ce que les tubes longitudinaux sont noyés dans la plaque aux endroits où son épaisseur est maximale.
  • Selon une autre caractéristique,le gaufrage est constitué de rangées de bossages régulièrement espacées transversalement dont les surfaces externes sont des portions de cylindres dont les axes sont alignés longitudinalement.
  • Les axes des tubes longitudinaux coincident avec les axes des cylindres.
  • Suivant une variante, les entrées et/ou les sorties de certains tubes longitudinaux sont décalées latéralement par rapport aux parties longitudinales de ces tubes et sont de préférence disposées au voisinage des angles de la plaque.
  • L'invention est exposée ci-après plus en détail à l'aide des dessins annexés donnés à titre d'exemples.
  • Sur ces dessins :
    • - la Fig.1 est une vue en perspective d'une plaque de refroidissement selon l'invention correspondant à une application particulière ayant trait au dernier rang d'un système de refroidissement dit par "stave-cooler";
    • - la Fig.2 est une vue en coupe transversale, approximativement en son milieu de la plaque de la Fig.1;
    • - la Fig.3 est une vue en élévation latérale de la plaque de la Fig.1;
    • - la Fig.4 est une vue en élévation d'une plaque suivant une variante de réalisation;
    • - les Fig.5 et 6 sont respectivement des vues en élévation des deux faces de la plaque de la Fig.4.
  • Sur la Fig.1 la plaque de refroidissement 1 est vue selon sa face 2a exposée vers l'intérieur du haut fourneau et qui reçoit le revêtement réfractaire. Sur sa face opposée 2b débouchent les entrées 3a et sorties 3b de tubes de refroidissement longitudinaux 3 noyés dans le corps de la plaque 1.Les extrémités 3a et 3b de chaque tube de refroidissement débouchent de la plaque 1 aux parties haute et basse respectivement, à travers des fourreaux 4a et 4b qui sont noyés dans la masse de fonte de la plaque de refroidissement et servent également à la fixation de cette dernière sur le blindage,non représenté, du haut fourneau.
  • La plaque de refroidissement 1 comporte, à sa partie supérieure,une margelle 5 refroidie par un tube transversal 6 disposé horizontalement,dont l'extrémité d'entrée 6a voisine de la sortie 3b du tube 3,est également enserrée par un fourreau 7 ayant une extrémité noyée dans la plaque de refroidissement. La plaque de refroidissement 1 comporte sur sa face 2a un ensemble de bossages 8a,8b,8c etc.. identiques, transversalement espacés les uns des autres et alignés longitudinalement pour former des rangées.
  • Ces bossages distincts présentent des surfaces externes 9 faisant saillie sur la face 2a de la plaque,en forme de portions de cylindres.Les faces transversales d'extrémité 10 de ces bossages sont biseautées.Les axes-des portions de cylindres formant les surfaces 9 sont alignés longitudinalement,tandis que les faces transversales 10 en regard de deux bossages adjacents forment une rainure transversale à profil en V. Comme on peut le constater i la Fig.2, les tubes de refroidissement 3 sont noyés dans le corps de la plaque 1 en fonte et coïncident avec les axes des surfaces cylindriques 9 formant bossages, de sorte qu'ils sont placés aux endroits où l'épaisseur de section droite transversale de la plaque est maximale.
  • Sur la Fig.3,apparait clairement le profil en V déterminé par les faces transversales en regard de deux bossages adjacents.On peut également constater sur cette Figure,le trajet longitudinal du tube 3 de refroidissement reliant les entrées 3a et sorties 3b.Lorsque cette plaque est en position dans le haut fourneau,les tubes 3 sont sensiblement verticaux,alors que le tube de refroidissement transversal 6 de la margelle 5 est sensiblement placé horizontalement. On peut faire varier l'entraxe des tubes représentés à la Fig.1 en veillant à ce que l'axe du tube 3 coïncide avec l'axe de la portion cylindrique que constitue la surface 9.Le tube 3 est ainsi entouré d'une épaisseur de fonte constante égale au rayon R, dans laquelle peut s'établir un gradient de température qui permet d'équilibrer les contraintes thermomécaniques engendrées par l'échange thermique entre le flux de chaleur issu de l'intérieur du haut fourneau et les tubes de refroidissement noyés dans la plaque de refroidissement.
  • Dans la variante des Fig.4 à 6, la plaque représentée 101 a une margelle 105 disposée dans sa partie centrale, dans laquelle est disposé un tube transversal 106 disposé horizontalement. Elle comporte sur sa face 102a dirigée vers l'intérieur du haut- fourneau, cinq rangées de bossages 108 délimitant comme précédemment des portions de cylindres 109 et séparés par des parties en biseau 110. A ces cinq rangées de bossages correspondent cinq tubes de refroidissement longitudinaux 103(1), 103(2), 103(3), 103(4) et 103(5). L'entrée et la sortie du tube central 103(3) sont disposées dans le plan de symétrie de la plaque; par contre les entrées et les sorties des autres tubes sont regroupées au voisinage des angles et des bords longitudinaux de la plaque.Ce résultat est obtenu, par exemple en coudant les extrémités des tubes 103(2) et 103(4) pour les amener au-dessous et au-dessus, respectivement, des entrées et des sorties des tubes extrêmes 103(1) et 103(5).
  • Cet agencement est particulièrement avantageux car il permet d'augmenter le refroidissement dans la zone des coins des plaques qui est habituellement particulièrement vulnérable.

Claims (6)

1. Plaque de refroidissement (1) constituée d'un élément en fonte de forme sensiblement parallélépipédique dans lequel sont noyés des tubes longitudinaux (3;103) disposés parallelement les uns aux autres et débouchant sur une même face (2b;102b) de la plaque, dans un fourreau protecteur (4a,4b), la face (2a;102a) de la plaque opposée à celle où débouchent les tubes de refroidissement étant gaufrée, caractérisée en ce que les tubes longitudinaux (3;103) sont noyés dans la plaque aux endroits où son épaisseur est maximale.
2. Plaque selon la revendication 1, caractérisée en ce que le gaufrage est constitué de rangées de bossages (8;108) régulièrement espacées transversalement, les bossages d'une rangée délimitant des surfaces (9;109) en saillie comportant des portions de cylindres à peu près alignées.
3. Plaque selon la revendication 2, caractérisée en ce que les axes des tubes longitudinaux (3) coïncident à peu près avec les axes desdites portions de cylindres.
4. Plaque selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisée en ce que les bossages (8;108) sont délimités le long de leurs côtés transversaux par des faces (10;110) en biseau, les faces (10;110) en regard de deux bossages adjacents délimitant une rainure transversale à profil en V.
5. Plaque selon l'une quelconque des revendications 1 à 4, caractérisée en ce que les entrées et les sorties de certains tubes (103(2), 103(4)) sont décalées latéralement par rapport aux parties longitudinales de ces tubes.
6. Plaque selon la revendication 5, caract- risée en ce que lesdites entrées et sorties sont .regroupées dans une zone située au voisinage de chacun des angles de la plaque.
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