Dispositif de fixation et d'étanchéité pour plaques de refroidissement d'un haut fourneau

Abstract

 Ce dispositif permet de fixer une plaque de refroidissement 3 au blindage 2 à l'aide d'une rondelle 6 et d'une coupelle 13 qui sont soudées extérieurement à la fois sur le blindage 2 et des fourreaux protecteurs 4 des tubes internes 9 de circulation d'eau qui sont prolongés jusqu'à l'extérieur du blindage.
L'étanchéité est réalisée par l'interposition en contrainte d'un joint rectangulaire perforé souple pré-formé 1 ainsi qu'un joint ciruclaire 5 également pré-formé en élastomère de silicone ou produit plastique similaire, entre le blindage 2 et la plaque de refroidissement 3 collés sur les faces d'appui. Elle est complétée par une masse injectée 8 et un joint en anneau 10 entre les tubes de circulation d'eau 9 et les fourreaux protecteurs 4.
Le dispositif est complété par la mise en place de produits de bourrage 14 et 15 respectivement entre la paroi interne de blindage et les plaques de refroidissement, et dans les interstices séparant deux plaques de refroidissement adjacentes.

Description

[0001] La présente invention est relative à un dispositif propre à assurer, d'une part, la fixation et le maintien des plaques de refroidissement contre la paroi interne d'un blindage de haut fourneau, et d'autre part, l'étanchéité aux passages gazeux entre blindage et plaques de refroidissement à l'intérieur du haut-fourneau et aux entrées et sorties des tubes de circulation du fluide de refroidissement vers l'extérieur du haut-fourneau.

[0002] Contrairement aux dispositifs habituellement utilisés qui prévoient des boulons de fixation traversant le blindage par des orifices ménagés à cet effet pour maintenir les plaques de refroidissement contre le blindage, le présent dispositif permet le maintien des claques contre la paroi interne d'un haut fourneau sans ces moyens spécifiques d'accrochage.

[0003] On évite ainsi :

- la création d'un nombre important de trous dans le blindage, les ouvertures pratiquées dans ce dernier, si minimes soient-elles, étant toujours préjudiciables à sa bonne résistance mécanique et souvent source d'amorce de fissuration ;

- d'avoir à résoudre le problème d'étanchéité aux passages gazeux au droit des orifices réservés pour le passage des boulons de fixation des plaques de refroidissement.

[0004] Le présent dispositif est composé d'éléments, coupelles et rondelles, soudés d'une part, sur le blindage du haut-fourneau, d'autre part, sur le fourreau protégeant les tubes d'entrée et de sortie d'eau des plaques de refroidissement, les coupelles étant placées en parties hautes des plaques alors que les rondelles sont placées en parties basses .

[0005] Les gaz, vapeurs alcalines, carbone, formés lors de l'élaboration de la fonte dans l'enceinte du haut fourneau arrivent à traverser le garnissage réfractaire au travers des joints, fissures ou espaces régnant entre les plaques de refroidissement et peuvent cheminer le long du blindage à l'intérieur du haut fourneau, ou encore s'échapper à l'extérieur du haut-fourneau soit par les orifices réservés dans le blindage pour le passage des tubes d'entrée et de sortie d'eau des plaques de refroidissement, soit par l'espace annulaire formé par les tubes d'entrée et sortie d'eau et les fourreaux protecteurs tubulaires.

[0006] Les gaz, principalement CO et C02 sont une gêne et un danger grave pour le personnel s'ils s'échappent du haut fourneau.

[0007] Le passage de gaz chauds entre le blindage et les plaques de refroidissement est un élément perturbateur du bon fonctionnement desdites plaques dont une des fonctions est d'empêcher les tôles constituant le blindage de subir des élévations anormales de température,préjudiciables à leur résistance mécanique.

[0008] Le passage de gaz chauds entre le blindage et les plaques de refroidissement est source de formation des dépôts, principalement de carbone, qui exercent peu à peu des efforts importants sur les plaques de refroidissement en ayant tendance à repousser ces dernières vers l'intérieur du haut fourneau, le mécanisme de dépôt de carbone par passage de gaz de haut fourneau le long d'une paroi froide étant un phénomène connu.

[0009] Le dispositif selon la présente invention permet d'éviter ces inconvénients en empêchant les gaz de cheminer le long de la paroi intérieure du blindage et de ce fait en éliminant la possibilité de formation de dépôts de carbone.

[0010] Ceci est réalisé par interposition entre les plaques de refroidissement et la paroi intérieure du blindage d'éléments préformés souples propres à assurer, d'une part, l'étanchéité aux passages gazeux, d'autre part, une liaison blindage plaques ayant suffisamment d'élasticité pour absorber dans toute condition de marche du haut fourneau les déformations que subissent les plaques par effet de dilatation.

[0011] Les coupelles et rondelles de fixation sont en acier soudable d'épaisseur et formes telles que les coupelles puissent subir de légères déformations et les rondelles puissent servir de point fixe.

[0012] Leurs dimensions sont le résultat de calculs de résistance à la pression pouvant régner à l'intérieur du haut fourneau, ainsi que de limites géométriques provenant des dimensions des plaques de refroidissement et également de la distance retenue entre les entrées ou sorties des tubes de circulation d'eau.

[0013] Les rondelles sont soigneusement découpées dans un acier soudable et le cordon de soudure les reliant au blindage est déterminé par un nombre de passes de soudage tel qu'il y ait une jonction résistante et parfaitement étanché.

[0014] Les coupelles sont embouties dans des-tôles d'acier de faible épaisseur mais à bonne limite élastique pour leur conférer une fois soudée la meilleure flexibilité possible. Les cordons de soudure de liaison au blindage sont appropriés à la réalisation d'une jonction résistante et parfaitement étanche.

[0015] Simultanément ces rondelles et coupelles maintiennent avec efficacité et pression suffisantes les plaques de refroidissement contre le blindage tout en empêchant les gaz régant dans l'enceinte du haut fourneau de s'échapper vers l'extérieur. Elles assurent donc un rôle de fixation, un rôle d'étanchéité_/et un rôle de mise en compression des joints d'étanchéité placés entre blindage et plaques de refroidissement.

[0016] L'opération de mise en compression des joints d'étanchéité et de fixation des plaques de refroidissement est réalisée à l'aide de matériels et moyens particuliers adaptés à l'obtention des efforts de compression désirés.

[0017] Afin de parfaire le système de fixation, il est d'une part mis en place des produits de bourrage dans les espaces créés entre les différentes plaques de refroidissement ainsi que dans l'espace formé entre la paroi interne du blindage et la face froide des plaques de refroidissement et, d'autre part, installé des joints souples décrits en détail ci-après dont le rôle est d'absorber les mouvements des plaques de refroidissement sous l'effet de leur déformation par dilatation et d'assurer une étanchéité aux passages gazeux le long de la paroi interne du blindage.

[0018] Le dispositif d'étanchéité objet de l'invention comporte une série de joints préformés souples de forme permettant l'emboîtement sur des bossages d'appui prévus sur les plaques de refroidissement.

[0019] Ils sont obtenus par moulage sur empreinte à partir d'élastomère de silicone ou produit plastique similaire, ayant une possibilité d'allongement importante, résistant à une température avoisinant 300°C et dont la masse est rendue plus élastique par un procédé mis en oeuvre lors de la mise en forme du joint.

[0020] A la partie basse des plaques de refroidissement sont collés des joints de forme rectangulaire et d'épaisseur convenable fonction de la conception des plaques, de telle sorte qu'une fois ces dernières montées à l'intérieur du haut fourneau, ils constituent une ceinture continue d'étanchéité en contact avec le blindage et avec la face froide des plaques de refroidissement.

[0021] Suivant le nombre de couronnes de plaques mises en place dans un haut fourneau il s'en suit le même nombre de ceintures d'étanchéité empêchant les passages gazeux le long de la paroi interne du haut fourneau, le dispositif pouvant convenir depuis la zone des étalages jusqu'au haut de cuve.

[0022] Par ailleurs, à la partie haute des plaques de refroidissement chaque fourreau protégeant le tube de sortie d'eau est équipé d'un joint circulaire plat assurant la fonction d'appui élastique des plaques de refroidissement contre le blindage et de chicanage à un éventuel écoulement gazeux vers l'extérieur du haut fourneau.

[0023] Ces joints sont également préformés à partir d'élastomère de silicone ou produit plastique similaire et possédant de ce fait les mêmes propriétés que les joints rectangulai--res décrits précédemment.

[0024] Le dispositif d'étanchéité est complété au niveau de l'extrémité extérieure des fourreaux extérieure au blindage par la mise en place de joints d'étanchéité en forme d'anneaux obtenus par formage d'élastomère de silicone ou produit plastique similaire. Ces anneaux sont logés dans l'espace annulaire formé par les tubes d'entrée et sortie d'eau et par les fourneaux protecteurs, ces joints sont bloqués en position par une rondelle métallique rendue solidaire des tubes de circulation d'eau par points de soudure.

[0025] Ces joints en anneaux sont maintenus par un collier de serrage ou fixation analogue qui assure leur maintien par cerclage ainsi qu'une mise en compression entre la rondelle métallique et un bourrage d'élastomère de silicone ou produit plastique similaire injecté au montage entre tube de circulation d'eau et fourreaux protecteurs,.après mise en place d'une tresse d'amiante.

[0026] D'autres caractéristiques et avantages de la présente invention seront mieux compris à la lecture de la description qui va suivre faite en référence aux dessins annexés sur lesquels :

- la Fig. 1 est une vue partielle en coupe en élévation de deux plaques adjacentes munies de joints circulaires à la partie haute et de joints rectangulaires à la partie basse. Dans la vue représentée, la partie haute d'une plaque correspond à la partie inférieure du dessin alors que la partie basse de la plaque correspond à la partie supérieure du dessin ;

- la Fig. 2 est une coupe horizontale de la partie basse d'une plaque de refroidissement montrant la position du joint rectangulaire ;

- la Fig. 3 est une coupe en élévation à plus grande échelle de la Fig. 1 montrant plus spécialement les joints entre tube de circulation d'eau et fourreaux ;

- les Fig. 4, 5, 6 sont des vues du joint rectangulaire préformé, plan et coupes ;

- la Fig. 7 est une vue de dessus de la disposition des joints rectangulaires qui forment une ceinture continue par couronne de plaques de refroidissement.

[0027] Tel qu'il est représenté sur le dessin le dispositif comporte :

- En paetie basse des plaques de refroidissement : un joint 1 rectangulaire préformé pourvu d'orifices de passage pour chaque fourreau protecteur tubulaire 4 d'entrée des tubes internes 9 de circulation d'eau. Ce joint 1 est mis en contrainte de compression lors de la mise en place et fixation des plaques de refroidissement 3 de façon à obtenir un appui franc sur la paroi intérieure du blindage 2 et sur les plaques de refroidissement 3. La fixation du joint par collage à l'aide d'élastomère de silicone ou produit plastique similaire, est préconisée sur les deux faces d'appui mais on peut réaliser un bon maintien du joint en ne collant que la face du joint emboîtant la face froide de la plaque de refroidissement 3. Pour améliorer l'élasticité du joint 1, ce dernier comporte noyés dans sa masse des corps creux 16 comme représenté à la Fig. 3. Chaque joint rectangulaire 1 comporte à sa partie inférieure un talon 18 engagé et serré contre la plaque sur laquelle il est monté et la partie supérieure de la plaque située immédiatement au-dessous.

- En partie haute des plaques de refroidissement un joint 5 circulaire plat préformé, obtenu également à partir d'élastomère de silicone ou produit plastique similaire, est placé à chaque sortie de fourreau protecteur ₄ entre la paroi intérieure du blindage 2 et la plaque de refroidissement 3. Ce joint 5 est mis en contrainte de compression lors du montage des plaques de refroidissement 3 et de préférence collé sur les deux faces d'appui.

[0028] Le dispositif d'étanchéité aux passages gazeux en- t_re le fourreau protecteur 4 et le tube 9 où circule l'eau s'applique aussi bien aux tubes d'entrée d'eau de circulation à la partie basse des plaques de refroidissement 3 qu'aux tubes de sortie d'eau placés à la partie haute des plaques de refroidissement.

[0029] Il est constitué d'une double tresse d'amiante 7 destinée à bloquer une masse souple injectée 8 d'élastomère de silicone ou produit plastique similaire, placée entre le tube 9 de circulation d'eau et le fourreau protecteur 4. Cet ensemble est maintenu par un joint en forme d'anneau 10 préformé, obtenu avec le produit decrit ci-dessus et placé entre la masse injectée 8 et une butée fixe sous forme d'une rondelle métallique 11 rendue solidaire par points de soudure du tube 9.

[0030] Le joint souple ou anneau 10 est maintenu en compression pai un collier de serrage 12 ou fixation analogue

[0031] Pour assurer la fixation des plaques de refroidissement une rondelle 6 est à la fois soudée extérieurement sur le blindage 2 et sur le fourreau protecteur tubulaire 4. Cette rondelle 6 constitue le point fixe au niveau bas des plaques de refroidissement.

[0032] Une coupelle 13 est également à la fois soudée extérieurement sur le blindage 2 et sur le fourreau protecteur tubulaire 4. Cette coupelle 13 constitue le point mobile au niveau haut des plaques de refroidissement.

[0033] Indépendamment de leur rôle de fixation des plaques de refroidissement 3 et de mise en compression des joints d'étanchéité 1 et 5, les rondelles 6 et coupelles 13 assurent une étanchéité parfaite à l'écoulement éventuel des gaz de haut fourneau qui pourraient s'échapper par les trous réservés dans le blindage pour le passage des fourreaux protecteurs 4.

[0034] En complément au présent dispositif et pour donner un nécessaire aspect monolithique à l'ensemble plaques de refroidissement 3 et blindage 2, des produits spéciaux de bourrage 14 et 15 sont mis en place au fur et à mesure du montage des plaques de refroidissement.

[0035] Ces produits ont des qualités de souplesse, résistance aux gaz chauds et agressifs qui règnent dans l'enceinte du haut fourneau. Ils ont de plus des qualités de conductibilité thermique et d'adhérence aux masses métalliques 3 et 2 avec lesquelles ils sont en contact.

[0036] Le produit de bourrage 14 placé entre la paroi interne du blindage 2 et la plaque de refroidissement 3 est un béton réfractaire souple à base de magnésie, résistant à CO qui est injecté lors du montage des plaques. Un tel passage est dis poni- ble sous le nom de Plasmag auprès de la Société Pasek France.

[0037] Le produit de bourrage 15 placé dans les interstices séparant deux plaques de refroidissement 3 adjacentes est un mastic fibreux étanche de fibres réfractaires dans un liant céramique résistant à 1200°C environ. Un tel produit est disponible auprès de la Société SEPR.

[0038] Sur la Fig. 1 on a désigné par la référence générale 17 le revêtement de briques réfractaires qui est lié aux faces internes des plaques de refroidissement par des techniques connues de préparation de ce type de revêtement réfrac - taire de protection du blindage.

[0039] Sur les Fig. 4, 5 et 6 est représenté le joint 1 en plan et coupes alors que sur la Fig. 7 est représenté un joint 1 constituant l'un des éléments d'une ceinture d'étanchéité placée sur la circonférence 19 de la paroi interne d'un haut fourneau.

Revendications

1.- Dispositif d'étanchéité pour un haut fourneau garni, à l'intérieur de son blindage (2), de couronnes de plaques de refroidissement (3) comportant des tubes internes (9) de circulation d'un fluide de refroidissement débouchant en partie haute et en partie basse de chacune des plaques, à l'intérieur d'un fourreau de protection (4) solidaire de la plaque, et débouchant à l'extérieur du haut fourneau en traversant chacune le blindage, dispositif destiné à assurer l'étanchéité contre le passage de gaz ou dépôts solides entre le blindage et les plaques de refroidissement,
caractérisé par le fait qu'il comporte, au niveau de la partie basse de chaque couronne de plaques de refroidissement, et entre les plaques (3) et la face interne du blindage (2), une ceinture continue d'étanchéité constituée par la juxtaposition de joints (1) de forme générale rectangulaire, épousant chacun la partie basse d'une plaque et perforé au droit de chaque fourreau.

2.- Dispositif d'étanchéité selon revendication 1,
caractérisé par le fait que chaque joint rectangulaire (1) comporte, à sa partie inférieure, un talon (18) engagé entre la plaque (3) sur laquelle il est monté, et la partie supérieure de la plaque située immédiatement au-dessous.

3.- Dispositif d'étanchéité selon revendication 1,
caractérisé par le fait qu'il comporte en outre, entre les plaques (3) et la face interne du blindage (2), et au niveau de la partie haute de chaque plaque, des joints plats circulaires (5) entourant chacun un fourreau.

4.- Dispositif d'étanchéité et de fixation selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé par le fait que chaque fourreau (4) est prolongé à l'extérieur du blindage auquet/est fixé extérieurement.

selon revendication 4, 5 - Dispositif/de fixation et d'étanchéité de plaques de refroidissement (3) disposées en couronnes superposées sur la face interne du blindage (2) d'un haut fourneau, ces plaques de refroidissement comportant chacune des tubes (9) internes de circulation du fluide de refroidissement débouchant respectivement en haut et en bas de ces dernières à l'intérieur d'un fourreau protecteur (4), les tubes étant prolongés d'une longueur telle qu'ils traversent le blindage dans des passages ménagés à cet effet, caractérisé en ce qu'au niveau de la partie basse des plaques, le fourreau (4) est prolongé à l'extérieur du blindage auquel il est lié extérieurement par une rondelle (6) soudée à la fois sur le fourreau (4) et le blindage (2), cet assemblage constituant à la fois un moyen pour fixer la plaque sur le blindage et maintenir en compression entre les plaques et la face interne du blindage, une ceinture continue d'étanchéité constituée par la juxtaposition de joints préformés (1) de forme générale rectangulaire épousant chacun la forme de la partie basse d'une plaque et perforés au droit de chaque fourreau, et en ce qu'au niveau de la partie haute des plaques, le fourreau (4) est également prolongé à l'extérieur du blindage auquel il est lié extérieurement par une coupelle (13) soudée à la fois sur le fourreau et le blindage, cet assemblage constituant à la fois un moyen pour fixer la plaque sur le blindage et maintenir en compression entre les plaques et la face interne du blindage, des joints plats (5) circulaires entourant chacun un fourreau.

6 - Dispositif suivant la revendication 5, caractérisé en ce que chaque joint rectangulaire comporte à sa partie infé- , rieure un talon (18) engagé et serré entre la plaque sur laquelle il est monté et la partie supérieure de la plaque située immédiatement au-dessous.

7 - Dispositif selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que les joints sont réalisés par moulage d'un élastomère de silicone.

8 - Dispositif selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que les joints rectangulaires comportent des corps creux (16) noyés dans la masse lors du moulage.

9 - Dispositif suivant l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce qu'il comporte en outre, au niveau de l'extrémité de chaque fourreau (4) extérieure au blindage, une matière souple (8), injectée entre le tube (9) et son fourreau (4), après mise en place d'une tresse d'amiante (7), et un joint annulaire (10) entourant le tube (9) et comprimé entre la section terminale du fourreau et une butée fixe (11) solidaire du tube (9).

1₀ - Dispositif selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que des produits de bourrage (14 et 15) sont mis en place respectivement entre la paroi interne du blindage (2) et les plaques de refroidissement (3), et dans les interstices séparant deux plaques de refroidissement adjacentes.

11 - Dispositif selon la revendication 10, caractérisé en ce que les produits de bourrage (14) placés entre la paroi interne du blindage (21) et les plaques de refroidissement (3), sont constitués d'un béton réfractaire souple à base de magnésie, résistant à CO.

12 - Dispositif selon la revendication 11, caractérisé en ce que les produits de bourrage (15) placés dans les interstices séparant deux plaques de refroidissement adjacentes sont constitués d'un mastic fibreux étanche de fibres réfractaires dans un liant céramique.

Dessins