CH627834A5

CH627834A5 - Paroi refroidie d'un four a arc.

Info

Publication number: CH627834A5
Application number: CH1253778A
Authority: CH
Inventors: Herbert Kuhlmann
Original assignee: Sidepal Sa
Priority date: 1977-12-19
Filing date: 1978-12-08
Publication date: 1982-01-29
Also published as: IT7830963A0; PL113069B1; SE7812991L; ES476062A1; ATA896278A; BR7808364A; JPS54122610A; IT1100733B; AT362801B; AR216354A1; DE2854306A1; DD140281A5; DE7837246U1; PL211889A1; US4206312A; LU78707A1; BE872828A; FR2412044A1; NL7812158A; GB2011046B

Description

La présente invention concerne une paroi refroidie d'un four à

arc.

Les fours à arc électrique sont généralement utilisés pour la fabrication d'aciers spéciaux. L'enceinte du four est constituée essentiellement par une paroi cylindrique, par un couvercle bombé et un fond également bombé faisant fonction de cuve. Dans la paroi est prévue une ouverture de chargement et, généralement du côté opposé à celle-ci, une ouverture d'écoulement avec un bec verseur. Les électrodes nécessaires au fonctionnement du four pénètrent dans celui-ci à travers le couvercle. Cette enceinte du four repose généralement sur des galets et la vidange est effectuée en basculant le four.

Pour faire face aux sollicitations thermiques, les parois du four sont généralement garnies d'un revêtement réfractaire plus ou moins épais. Malgré cette précaution, les parois latérales constituées par un blindage métallique et par une garniture réfractaire résistent à peine aux températures élevées. En effet, le blindage métallique se bombe progressivement vers l'extérieur et le revêtement n'atteint qu'une durée correspondant à 80 à 100 charges et doit, de ce fait, être renouvelé fréquemment. Un tel renouvellement du revêtement réfractaire entraîne non seulement des frais élevés, mais implique également un arrêt du four, d'où une diminution de rendement.

Pour remédier à cette défaillance, on a déjà proposé de garnir la face intérieure de la paroi d'un four à arc avec des boîtes de refroidissement du genre utilisé couramment dans le domaine des hauts fourneaux. Ces boîtes ou éléments de refroidissement pour fours à arc électrique peuvent être conçus comme organes de support. A cet effet, une série d'éléments de refroidissment de forme courbe peuvent être juxtaposés, afin de former une ceinture autour du four, cette ceinture pouvant faire fonction de paroi latérale. Une telle ceinture d'éléments de refroidissement peut être garnie intérieurement et éventuellement extérieurement d'un revêtement réfractaire.

Les éléments de refroidissement proprement dits sont constitués par des boîtes creuses, légèrement courbées, de forme aplatie, avec un orifice d'admission d'eau, généralement situé du côté supérieur et un orifice de sortie sur le côté opposé. A l'intérieur de ces boîtes de refroidissement sont prévues des nervures horizontales qui, en association avec les parois extérieures des boîtes, forment des canaux 5 de circulation en forme de chicane et imposent, de ce fait, un écoulement en serpentin à l'intérieur de la boîte de refroidissement. La mise en œuvre de ce genre de boîte de refroidissement a bien permis d'allonger la durée de vie de la paroi d'un four à arc, mais la conception, du point de vue constructif, présente quelques inconvé-îo nients assez sérieux.

Pour des raisons de facilité de fabrication, les nervures formant les chicanes à l'intérieur des boîtes de refroidissement ne sont soudées à celles-ci qu'en certains endroits de leur côté chant. Par suite d'un tel montage, il subsiste des fentes plus ou moins importantes entre les 15 parois des boîtes de refroidissement et les nervures intérieures, ce qui permet le passage de quantités d'eau plus ou moins importantes à travers ces fentes, ce qui équivaut à une réduction de la capacité de refroidissement et une augmentation de la consommation en eau. En outre, les matériaux, notamment les soudures, sont, par suite du 20 gradient élevé de la température entre la face intérieure et la face extérieure, exposés à d'importantes sollicitations et aux risques de pannes qui en résultent. Par ailleurs, ces boîtes de refroidissement ne conviennent pas particulièrement bien pour des pressions d'eau élevées à cause de leur géométrie caractérisée par des parois de 25 séparation plates et à grande surface, notamment à cause des risques de déformation. Le pouvoir de refroidissement de ces boîtes est, de ce fait, assez limité. Il convient également de noter que le grand nombre de coins et d'angles à l'intérieur de ces boîtes, notamment dans les régions des passages autour des extrémités libres des nervures, crée 30 des conditions favorables à la formation de tourbillons et de bulles avec des risques de barrages thermiques et des perturbations des conditions d'écoulement. Il faut également noter que le coût de fabrication de ces boîtes de refroidissement est relativement élevé, ce qui constitue un inconvénient supplémentaire.

35 Le but de la présente invention est d'éliminer ces inconvénients en prévoyant une paroi refroidie d'un four à arc qui, tout en étant d'un coût defabrication relativement peu élevé, permet un refroidissement efficace avec des conditions de circulation optimales d'un fluide de refroidissement.

40 Pour atteindre ce but, la présente invention propose une paroi refroidie pour fours à arc, qui est caractérisée par des éléments indépendants les uns des autres et juxtaposés selon un cercle et composés de tuyaux juxtaposés et soudés l'un à l'autre, les tuyaux étant noyés dans une masse réfractaire.

45 Chacun des tuyaux est, de préférence, pourvu d'une garniture de pattes d'ancrage pour assurer une bonne liaison avec la masse réfractaire.

Chaque élément est, de préférence, associé à un élément correspondant d'un blindage métallique extérieur avec lequel elle forme so une unité pouvant être montée et démontée en bloc. Les particularités et caractéristiques ressortiront de la description ci-dessous, donnée à titre d'illustration, en référence aux figures annexées dans lesquelles:

la fig. 1 montre une coupe verticale schématique à travers un four 55 à arc électrique;

la fig. 2 montre une vue en plan d'une section horizontale du four selon la fig. 1;

la fig. 3 montre une vue d'un élément de refroidissement;

la fig. 4 montre une section transversale d'un tube avec des pattes 60 d'ancrage;

la fig. 5 montre, à échelle agrandie, une section verticale à travers la paroi du four selon la fig. I ;

la fig. 6 monre le raccordement entre deux tuyaux adjacents; la fig. 7 montre les extrémités de deux tuyaux juxtaposés avant la 65 pose d'une coiffe pour en assurer le raccordement;

la fig. 8 est une vue d'un élément de refroidissement avec une disposition horizontale des tuyaux;

la fig. 8a est une vue en plan de l'élément de la fig. 8;

la fig. 9 est une vue schématique en coupe verticale d'un four à arc avec des éléments de refroidissement selon la fig. 8, et la fig. 9a est une vue en plan d'une section horizontale de la moitié d'un four selon la fig. 9.

Le four à arc électrique selon la fig. 1 comporte un fond 2 bombé vers l'extérieur avec un revêtement réfractaire 4, un couvercle 6, également bombé vers l'extérieur et garni d'un revêtement réfractaire 8, des électrodes 10, ainsi qu'une conduite 12 pour l'évacuation des gaz. Les ouvertures de chargement et de déchargement n'ont pas été représentées. La paroi cylindrique 14 du four comporte des éléments de refroidissement 16 formés de tuyaux juxtaposés et indépendants les uns des autres.

La fig. 2 montre la disposition régulière d'un certain nombre d'éléments de refroidissement 16 sur toute la périphérie du four. Comme le montre cette fig. 2, les éléments de refroidissement 16 sont courbés selon le rayon de courbure de la paroi afin de former une ceinture circulaire.

La fig. 3 montre, au moyen d'une vue agrandie, les détails d'un élément de refroidissement 16, pourvu d'une entrée supérieure 18 et d'une sortie inférieure 20 pour le liquide de refroidissement. Il est bien entendu possible d'intervertir les ouvertures d'entrée et de sortie du liquide de refroidissement.

Comme le montre la fig. 3, les éléments de refroidissement 16 sont constitués de tuyaux juxtaposés 22 qui sont soudés l'un à l'autre et qui sont raccordés deux à deux au moyen de coiffes 24 pour former un serpentin ininterrompu pour la circulation du liquide de refroidissement. Dans le mode de réalisation selon la fig. 3, la disposition des tuyaux 22 est telle que la circulation se fasse dans le sens vertical.

Les fig. 3 et 4 montrent que les tuyaux sont pourvus chacun d'un grand nombre de pattes d'ancrage 26 en matériau réfractaire, ces pattes étant destinées à assurer une bonne liaison entre les éléments de refroidissement et une masse réfractaire 28 dans laquelle ces éléments sont noyés.

La fig. 5 montre d'autres détails du montage des éléments de refroidissement 16 dans la paroi 14 du four à arc. Le support de la paroi est assuré par un blindage 30 en tôle d'acier ayant la forme d'un L renversé. Les éléments de refroidissement 16 sont fixés à ce blindage par des brides 34 et des boulonnages 36 au niveau des entrées 18 et des sorties 20, ainsi que par des entretoises 32. Le blindage 30 est, de préférence, également composé d'éléments courbes séparés de manière que chaque élément de blindage forme une unité avec l'élément de refroidissement associé. Cette unité formée par l'élément de refroidissement et l'élément du blindage est garnie avec une matière réfractaire 28. Pour assurer un gradient optimal de température à travers la paroi, il est préférable que cette garniture réfractaire 28 soit plus épaisse à l'intérieur des éléments 16 qu'à l'extérieur de ceux-ci, c'est-à-dire entre les éléments et le blindage 30. Il peut être avantageux de prévoir des renforcements en élargissant la garniture réfractaire 28 à l'endroit des raccords 38 et 40 (voir fig. 1) avec la cuve 2, respectivement le couvercle 6 du four à

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arc. L'expérience a montré que ces raccords 38 et 40, notamment le raccord 38, avec la cuve 2 sont soumis aux plus fortes sollicitations thermiques et érosives. C'est la raison pour laquelle il est préférable de recourber certaines ou toutes les paires de tuyaux réunies par leur coiffe 24 en direction de l'intérieur du four comme représenté schématiquement par les références 42 et 44 (fig. 1 et 5). Cette mesure assure un refroidissement plus intense des secteurs 38 et 40.

La fig. 6 montre, en détail, le raccordement, connu en soi, entre deux tuyaux adjacents 22 au moyen d'une coiffe 24. Cette coiffe 24 est soudée sur les extrémités de deux tuyaux 22 et assure une déviation de 180° du liquide de refroidissement.

La fig. 7 montre une section de deux tuyaux adjacents au niveau de leur raccordement par la coiffe 24. Comme on peut le voir, les tuyaux, de section généralement ronde, sont légèrement aplatis sur leur face adjacente dans la région du raccordement par la coiffe 24.

Les fig. 8 et 8a montrent un élément de refroidissement 16'

avec une disposition horizontale des tuyaux 22'. Comme le montre la fig. 8a, l'élément 16' est également courbé afin d'épouser la forme circulaire de la paroi.

Les fig. 9 et 9a montrent les éléments de refroidissement des fig. 8 et 8a incorporés dans la paroi d'un four à arc. Il est à noter que la disposition horizontale des tuyaux selon les fig. 8 et 9 assurent une circulation comparable à celle des boîtes de refroidissement connues sans toutefois présenter les inconvénients inhérents à ce type connu de refroidissement.

Il est à noter qu'on peut utiliser d'autres substances refroidissantes que de l'eau, telles que, par exemple, de la vapeur d'eau, ou des gaz inertes comme l'hélium ou l'azote.

La chaleur provenant de l'échange thermique dans les tuyaux de refroidissement et emportée par le liquide de refroidissement peut être récupérée dans des échangeurs thermiques. Le refroidissement des parois de la manière indiquée ci-dessus présente, par conséquent, un avantage du point de vue du bilan énergétique, ce qui n'est pas négligeable lorsque les sources d'énergie deviennent de plus en plus rares.

En résumé, on peut dire que les boîtes de refroidissement selon l'état de la technique, avec une capacité de refroidissement insuffisante et un coût de production trop élevé, peuvent être remplacées par un agencement de tuyaux de refroidissement qui assure une circulation optimale du liquide de refroidissement et qui présente, en même temps, une bonne rigidité et une grande solidité à cause des sections circulaires des conduites. Il est donc possible d'agir sur la vitesse de circulation ainsi que sur la pression, afin de rendre optimales les conditions de circulation, cela sans risque de formation de tourbillons. Autrement dit, le refroidissement proposé assure une action efficace avec des moyens relativement modestes. Il convient également de signaler que la subdivision de la paroi en différents secteurs composés chacun d'une unité formée par un élément de refroidissement, avec un segment associé du blindage, permet un remplacement rapide des unités devenues défaillantes.

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3 feuilles dessins

Claims

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1. Paroi refroidie d'un four à arc, caractérisée par des éléments indépendants l'un de l'autre et juxtaposés selon un cercle et composés de tuyaux juxtaposés et soudés l'un à l'autre, les tuyaux étant noyés dans une masse de matière réfractaire.

2. Paroi selon la revendication 1, caractérisée en ce que chaque élément est pourvu d'un orifice d'entrée et d'un orifice de sortie pour la circulation d'un liquide de refroidissement.

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REVENDICATIONS

3. Paroi selon l'une des revendications 1 ou 2, caractérisée en ce que chaque élément est cylindrique.

4. Paroi selon l'une des revendications 1 à 3, caractérisée en ce que les tuyaux sont disposés verticalement.

5. Paroi selon l'une des revendications 1 à 3, caractérisée en ce que les tuyaux sont disposés horizontalement.

6. Paroi selon l'une des revendications 1 à 5, caractérisée en ce que les tuyaux sont pourvus de pattes d'ancrage pour assurer la liaison entre eux et la masse réfractaire.

7. Paroi selon l'une des revendications I à 6, caractérisée en ce que les éléments sont fixés à des segments d'un blindage de la paroi avec lesquels ils forment une unité constructive.

8. Paroi selon la revendication 1, caractérisée en ce que la masse réfractaire est plus épaisse sur la face intérieure des éléments que sur la face extérieure de ceux-ci.

9. Paroi selon la revendication 1, caractérisée en ce que l'épaisseur de la masse réfractaire est plus grande dans les secteurs de raccordement avec la cuve et le couvercle du four qu'ailleurs.

10. Paroi selon la revendication 9, caractérisée en ce que les tuyaux sont recourbés en direction de l'intérieur du four dans les secteurs de raccordement.