Brevet FR2027581A1 — publié le 19701002

i 2027581 L'exécution du revêtement réfractaire de fours et récipients , par exemple de fours à cuve et de récipients métallurgiques tels que des mélangeurs ou autres, oblige à prendre des mesures particulières pour rendre, inoffensives les dilatations se produi-5 sant au cours de la montée en température du revêtement réfractaire. Pour des revêtements formés de briques réfractaires, on peut utiliser à cet effet des garnitures de dilatation combustibles de différents types, ou des couches intermédiaires compressibles , par exemple des plaques en tôle ondulée, intercalées entre 10 les briques ou groupes de briques du revêtement. On connaît également des matériaux de revêtement réfractaires qui se contractent à la chaleur , des dispositions doivent être prises dans ce cas pour empêcher la formation d'interstices dans le garnissage. Les matériaux de revêtement de ce genre 15 ne sont cependant pas pris ici en considération, du fait que l'invention a trait à des revêtements réfractaires se dilatant à chaud, ce qui pose certains problèmes, notamment pour des revêtements pour récipients métallurgiques allongés, en particulier des mélangeurs de fonte brute. 20 Les difficultés résultant des dilatations de revêtements réfractaires sont d'autant plus grandes que la zone du revêtement sur laquelle les dilatations s'additionnent est plus longue, si des mesures ne sont pas prises pour les rendre inoffensives. Dans beaucoup de cas, par exemple pour des mélangeurs, le problème 25 de la dilatation est encore plus difficile à résoudre si le garnissage de grande longueur est attenant ir-à un fond, qui doit être en mesure de suivre dans son ensemble les mouvements de dilatation du garnissage. Un revêtement réfractaire typique pour mélangeurs com-30 prend, de l'intérieur vers l'extérieur, un garnissage interne ou d'usure, auquel fait suite un garnissage permanent, fréquemment à deux couches, par exemple une couche de magnésite et une couche de chamotte. Entre la couche du garnissage permanent se trouvant le plus à l'extérieur et l'enveloppe métallique du mélangeur peut 35 être disposé en outre un bourrage formé d'un matériau réfractaire en vrac. Ce bourrage est souvent utilisé dans la zone des fonds des mélangeurs, car il sert en même temps à absorber une fraction des mouvements de dilatation de la partie cylindrique du garnissage , le reste des dilatations de cette partie est absorbé par des 40 garnitures combustibles disposées dans des plans radiaux de cette 69 42085 2 2027581 partie du garnissage, ou plus exactement par les interstices qui se forment après la combustion de ces garnitures dans la partie cylindrique du revêtement, principalement dans des plans perpendiculaires à l'axe du mélangeur. Ces garnitures combustibles sont 5 indispensables, du fait que le bourrage extérieur précité se trouvant en vrac dans la zone du fond n'est pas capable d'absorber seul toute la dilatation de la partie cylindrique du garnissage, car il en résulterait" des contraintes exagérées dans l'enveloppe métallique du mélangeur ; la compressibilité. d'une masse en vrac 10 est en outre restreinte. Dans le cas où le garnissage d'usure d'un mélangeur revêtu de cette manière doit être remplacé, il faut retirer également les fonds du garnissage permanent, ce qui représente un travail supplémentaire long et coûteux. Cet enlèvement du garnis-15 sage permanent est nécessaire pour permettre d'accéder au bourrage en vrac par l'intérieur du mélangeur. Ce bourrage doit être remplacé, car la dilatation précédente du garnissage le comprime si fortement qu'il ne serait plus à même d'absorber les dilatations du nouveau garnissage. Il est bien évident que le démontage du 20 garnissage permanent du fond est une opération qui rend particulièrement difficile le remplacement du revêtement du récipient. Les considérations ci-dessus s'appliquent identiquement ou de façon analogue aux cas où des briques de magnésite et autres briques réfractaires se dilatant à la chaleur sont posées 25 sans joint de dilatation, et où il est indispensable de prévoir des espaces de dilatation derrière le garnissage d'usure. D'autres exemples d'appareils de maçonnerie de ce type sont les fours à cuve et fours à arc électrique revêtus d'anneaux réfractaires. L'invention a pour but de remédier aux inconvénients 30 sus-mentionnés . S'agissant d'un revêtement réfractaire à dilatation compensée, qui comprend un garnissage d'usure, un garnissage permanent disposé à l'extérieur du précédent et éventuellement à plusieurs couches et, le cas échéant, une couche isolante granuleuse logée au moins dans certaines zones entre l'enveloppe métal-3 5 lique du récipient et le garnissage permanent, l'invention est caractérisée en ce qu'entre le garnissage d'usure et le garnissage permanent est laissé libre, au moins dans certaines zones, un espace de dilatation qui est comblé d'une masse, formée d'un matériau réfractaire granuleux, dans lequel sont enrobés des corps 4-0 fortement compressibles, par exemple de structure fibreuse, dans 69 42085 3 2027581 une proportion telle que la compressibilité de cette masse soit supérieure, le cas échéant de plusieurs fois, à celle que posséderait à lui seul le matériau réfractaire. La masse réfractaire remplissant l'espace de dilatation 5 est formée, de préférence,- de magnésie frittée granulée et d'une addition de flocons, éventuellement consolidés au moyen d'un liant, d'un matériau fibreux, avantageusement inorganique, par exemple de laine de verre, laine de scorie, laine de roche, amiante ou analogue. 10 Selon une autre caractéristique de l'invention, un moyen simple pour produire ce mélange compressible formé de tels flocons et d'un matériau réfractaire granulé consiste à mélanger dans un appareil malaxeur le matériau réfractaire granulé, qui peut se présenter à la composition granulométrique connue, avec 15 2 à 20 % en poids du matériau fibreux, jusqu'à ce que l'addition de fibres donne naissance à des corps agglomérés de structure fibreuse, le mélange formé de ces corps et du matériau réfractaire étant ensuite achevé en vue de son introduction dans l'espace de dilatation. 20 Dans le cas où l'invention doit trouver application sur un mélangeur de fonte brute, la couche compressible est par conséquent disposée entre le garnissage d'usure de l'un au moins des fonds du récipient et le garnissage permanent de cette zone du fond. Pour des fours et récipients verticaux à maçonnerie 25 sensiblement annulaire, par exemple des fours à cuve ou à arc électrique, le matériau compressible peut être disposé comme masse de bourrage derrière le garnissage d'usure. Le feutrage des fibres pour l'obtention des corps de forme générale lenticulaire précités réussit mieux si les fibres 30 sont humectées extérieurement d'une substance adhésive, par exempt d'une résine synthétique polyuréthane de phase A. On a constaté que ces corps fibreux feutrés augmentent considérablement la compressibilité de cette couche intermédiaire supplémentaire, formée principalement de matériau réfractaire en vrac, sans que sa 35 résistance à la chaleur diminue dans une proportion inadmissible; La structure d'un revêtement conforme à l'invention pour un mélangeur de fonte brute apparaît au dessin schématique annexé, qui représente une coupe partielle de l'extrémité inférieure de droite du revêtement d'un mélangeur. i+0 L'enveloppe métallique externe du mélangeur est désignée 69 42085 4 2027581 par 1, le bourrage granuleux servant de couche isolante et légèrement compressible une seule fois par 2, cependant que la référence 3 désigne une couche de briques de chamotte et la référence H une couche de briques de magnésite. Les couches 3 et 4 forment en-5 semble le garnissage permanent ; la référence 5 désigne la couche intermédiaire fortement compressible selon l'invention et la référence 6 le garnissage d'usure proprement dit, qui peut être formé de briques basiques moulées. Ce garnissage d'usure se compose, de manière connue, d'une partie cylindrique 6a et d'un fond 10 bombé 6b. Le jet de coulée du mélangeur, son bec et les appareils permettant de faire basculer le mélangeur, sont de type connu en soi et n'ont pas besoin d'être décrits dans le cadre de la présente invention. Il y a lieu de souligner que les garnitures combusti-15 bles utilisées, par exemple en carton, disposées à raison d'une toutes les cinq couronnes de briques en magnésite, c'est-à-dire dans les joints désignés par 7, ne permettent d'absorber qu'une fraction de la dilatation totale, savoir de l'ordre de 0,4 %, alors qu'il se produit une dilatation totale d'environ 1,2 % comme 20 le montrent le calcul et l'expérience. Il n'est pas possible de multiplier le nombre des garnitures de dilatation dans les joints des briques, car les vides créés par la combustion de ces garnitures ne se fermeraient pas complètement en raison du frottement entre les briques, ce qui porterait préjudice à l'étanchéité 25 absolue recherchée de la maçonnerie. Pour absorber le reste des dilatations, il fallait par conséquent faire intervenir jusqu'à présent un bourrage compressible 2 i ainsi qu'il a été déjà exposé, ce bourrage ne peut être remplacé qu'après la destruction du garnissage permanent dans le fond lors d'une remise à neuf du 30 garnissage d'usure du mélangeur, opération qui entraîne une détérioration très sensible de la rentabilité de l'exploitation» Ces inconvénients sont éliminés par 1'invention grâce à un espace de dilatation qui est laissé libre et contient la couche 5 dont la compressibilité jusqu'ici inconnue est assurée 35 par l'addition d'un matériau en vrac fortement compressible et peut même rendre superflues les garnitures combustibles 7 ou autres éléments de dilatation dans la partie 6a du garnissage. De très bons résultats sont obtenus avec des structures fibreuses inorganiques compressibles en forme de billes, plaquettes 40 ou lentilles, qui, une fois mélangées à la masse réfractaire de 69 42085 5 2027581 base de la couche intermédiaire, confèrent à celle-ci une grande compressibilité en même temps qu'un pouvoir réfractaire suffisant. C'est ainsi, par exemple, que de très bons résultats ont été obtenus à cet égard avec de la laine de verre bakélitisée, sous-5 produit du traitement des matières plastiques, qui fournit ces corps lenticulaires par mélange avec de la magnésie frittée. Cette substance fibreuse inorganique est mélangée dans une proportion d'environ 2 à 20 % en poids à la masse réfractaire de base destinée à la formation de la couche intermédiaire réfrac-10 taire et compressible 5. Il est recommandé d'utiliser une masse réfractaire de fond basique, possédant la composition granulomé-trique courante pour des masses isolantes de ce genre. Ces matières premières sont mélangées entre elles et il se forme ainsi des corps lenticulaires d'un diamètre approximatif de 5 à 10 mm., 15 qui semblent jouer un rôle essentiel dans la compressibilité. Celle-ci se monte facilement à 30 ou 40 % de l'épaisseur initiale de la couche intermédiaire 5 et est donc largement suffisante pour absorber des dilatations>même importantes, en l'absence des garnitures combustibles 7 utilisées antérieurement. L'invention simpli-20 fie par conséquent l'exécution du revêtement réfractaire du récipient métallurgique ou du four et offre un grand intérêt, tant pour des réparations que pour des remises à neuf complètes. Exemple de réalisation 1°) La masse de fond est formée de 83 % en poids de 25 magnésie frittée, 15 % en poids de laine de verre humectée de résine synthétique et 2 % en poids de sulfate de magnésium servant de liant ; la résine synthétique est une résine phénolique thermo-durcissable. Le caractère thermodurcissan* est en soi sans importance dans le cas présent et seule intervient la glutinosité tem-30 poraire faible des fibres. En son absence, le mélange demande plus de temps pour la formation des flocons feutrés. Une augmentation de la durée du mélange peut être obtenue également par l'utilisation d'un matériau autre que le verre, par exemple de laine de scorie. 35 La granulométrie de la magnésie frittée mise en oeuvre dans cet exemple s'étend de 0 à 2 mm. La laine de verre est ameublie à la main et additionnée à la magnésie frittée , l'ensemble est ensuite mélangé â la machine avec addition du liant sulfaté (sulfate de. magnésium) ainsi 40 que de 6 % d'eau en poids, pendant environ 10 minutes. Une faible 69 42085 6 2027581 addition d'huile (environ 2 % en poids d'huile fine) empêche le dégagement de poussière. Il se forme un mélange de magnésie frittée et de corps feutrés enrobés. L'analyse granulométrique de la masse terminée est la 5 suivante : au-dessus de 4 mm 3,6 % en poids ^ non compris les corps lenti-2 à 't mm 5,3%" " j culaires en laine de verre 1 à 2 mu 11,2 % " " v 0,5 à 1 mm 8,4 4" ' " ) 10 0,1 à 0,5 mm 16,3 % " ^ 91 % en poids 0,06 à 0,1 mm 6,7 % " " au-dessous de 0,06mm 48,5 %" " j Cette masse est introduite dans l'espace de dilatation 5 avec une légère compression préalable (damage manuel). 15 A l'état sec et pour une charge de 45 kp/cm2 cette masse possède une compressibilité linéaire de 41,8 %, c'est-à-dire qu'elle peut être comprimée d'environ 40 % par rapport à l'état non comprimé, sous la pression ci-dessus. 2°) Une magnésie frittée, formée de 30,5 % en poids 20 de grains de 0,7 à 2,0 mm et de 65 % en poids de poudre (0 à 0,1 mm), a été additionnée de 2,5 % en poids de laine de verre et de 2 % en poids de sulfate de magnésium. L'ensemble a été mélangé avec 6 % en poids d'eau. La compressibilité linéaire se monte à 27 % pour une charge de 45 kp/cm?. 2 5 L'influence exercée sur le pouvoir réfractaire de la magnésie frittée par l'addition des substances fibreuses est la suivante : Comme le montre le tableau ci-dessous, la masse selon l'exemple de réalisation 1° contenant 15 % en poids de laine de 30 verre possède, en effet, un pouvoir réfractaire sous pression sensiblement inférieur â celui d'une masse de magnésite pure, mais encore parfaitement acceptable pour l'utilisation envisagée ; avec 2,5 % en poids de laine de verre (exemple d'application 2°) la diminution du pouvoir réfractaire sous pression (DFB) est 35 sensiblement plus faible, mais la compressibilité est moins bonne. 69 42085 7 2027581 cuisson préalable charge spécifique DFB en °C masse isolante magnésitique avec 15% de laine de verre, liée au sulfate 4h à 1350°C 0,56 kp/cm^' to ta *b 1230 1250 1260 d° 4h à 1350°C 1,0 kp/cm^ to ta tb 1210 1230 1230 masse isolante magnésitique avec 2,5% de laine de verre, liée au sulfate à 1500°C 1,0 kp/cm^ tG •ta tb 1510 1530 1550 masse de magné-site pure, liée au sulfate 4h à 1650°C 2 kp/cm^ tc ta tb > 1750 > 1750 > 1750 69 42085 8 2027581 REVENDICATIONS 1. Revêtement réfractaire à dilatation compensée, notamment pour mélangeurs de fonte brute, qui comprend un garnissage d'usure, un garnissage permanent disposé à l'extérieur du 5 précédent et en tout cas à plusieurs couches et, le cas échéant, une couche isolante granuleuse logée au moins dans certaines zones entre l'enveloppe métallique du récipient et le garnissage permanent, revêtement caractérisé en ce qu'entre le garnissage d'usure et le garnissage permanent est -laissé libre, au moins dans certai-10 nés zones, un espace de dilatation qui est rempli d'une masse, formée d'un matériau réfractaire granuleux, dans lequel sont enrobés des corps fortement compressibles dans une proportion telle que la compressibilité de cette masse soit supérieure, le cas échéant de plusieurs fois à celle que posséderait à lui seul le 15 matériau réfractaire. 2. Revêtement suivant la revendication 1, pour mélangeurs de fonte brute, caractérisé en ce que l'espace de dilatation rempli de masse réfractaire compressible est ménagé entre le garnissage d'usure de l'un au moins des fonds du mélangeur et le gar- 20 nissage permanent. 3. Revêtement suivant la revendication 1 ou 2, caractérisé en ce que la masse réfractaire remplissant l'espace de dilatation est formée de magnésie frittée granulée et d'un matériau fibreux. 25 4. Revêtement suivant la revendication 3, caractérisé en ce que le matériau fibreux utilisé est un matériau inorganique, par exemple de laine de verre, laine de scorie, laine de roche, amiante_ou analogue. 5. Procédé pour la fabrication d'une masse rëfrac-30 taire destinée au remplissage de l'espace de dilatation dans un revêtement suivant l'une des revendications 1 à 3, caractérisé en ce qu'une substance réfractaire granulée, pouvant se présenter avec la composition granulométrique connue, est mélangée dans un malaxeur avec 2 à 20 % en poids d'un matériau fibreux jusqu'à ce 35 que l'addition de fibres donne naissance à des corps agglomérés de structure fibreuse, le mélange formé de ces corps et du matériau réfractaire étant ensuite prêt pour être introduit dans l'espace de dilatation.