Brevet FR2035003A1 — publié le 19701218

i 2035003 La présente invention se rapporte à une voûte suspendue pour fours industriels à haute température» L'invention a pour objet une structure de voûte pour fours industriels à haute température et plus particulièrement pour un 5 four à verre de récupération,qui confère au four un haut degré d'isolement par rapport à des structures connues tout en étant plus robuste et en nécessitant moins d'entretien. La voûte suivant l'invention, utilisable dans un four industriel à haute température, comprend plusieurs blocs monolithi-10 ques de revêtement, formés d'un matériau réfractaire et disposés côte à côte sur toute l'étendue de la chambre de four, et des dispositifs permettant de suspendre les blocs individuellement à une ossature portante, lesdits blocs étant recouverts de couches de matière isolante à haute et basse températures de manière à 15 réduire au minimum les pertes calorifiques du four. De préférence, les blocs de revêtement sont suspendus à une ossature en acier à l'aide de tirants qui sont engagés dans des trous ménagés dans des carreaux d'ancrage en céramique fixés sur ou solidaires des blocs de revêtement • 20 D'autres avantages et caractéristiques de l'invention seront mis en évidence dans la suite de la description,donnée à titre d'exemple non-limitatif,en référence aux dessins annexés dans lesquels : 3?ig.l est une coupe d'un type connu de four à verre; 25 Fig.2 est une coupe longitudinale d'un four suivant l'invention; ï"ig.3 est une coupe partielle faite suivant la ligne 3-3 cLe la figure 2; fig.^l- est une coupe partielle faite suivant la ligne 4-4 de 30 la figure 2; Fig.5 est une coupe à échelle grossie d'une partie de la figure 4; l?ig.6 est une coupe partielle faite suivant la ligne 6-6 de la figure 55 35 ïig 3?ig.8 est une vue de détails montrant une variante de la figure 7; Fig.9 est une vue en élévation, à échelle grossie, d'un carreau d'ancrage; 7009341 2 2035003 Eig.XO est une vue en élévation,latérale correspondant à la figure 9« Sur la figure l,on a représenté un type classique du four à verre, qui se compose d'une chambre 11 comportant des orifices 5 prévus pour le passage de l'air de combustion 12 et une voûte incurvée massive 13 • On a trouvé que,en particulier dans de grands fours de fusion,la géométrie des voûtes incurvées massives n'était pas compatible, avec la géométrie devant assurer de bonnes conditions de combustion à l'intérieur du four. Il en résulte 10 des fours munis de voûtes incurvées donnant lieu soit à des taux d'usure élevés des garnissages réfractaires, soit à des rendements plus faibles que ceux auxquels on s'attend normalement.En outre, dans ces fours à verre connus,on rencontre des difficultés pour faire varier les niveaux des orifices d'air de eombus-15 taon 12 de manière à satisfaire aux impératifs aérodynamiques permettant d'obtenir une bonne combustion à l'intérieur du four. Ceci résulte du fait que la hauteur de la voûte est normalement déterminée par la hauteur de l'orifice d'air le plus élevé et que la voûte se maintient à ce niveau sur toute la longueur du four. 20 Suit les autres figures on a représenté un four conforme à l'invention, .qui comprend des parois de base et latérale 14,15 délimitant une chambre 16,les parois 15 comportant des orifices d'air de combustion 17 et la voûte ayant la forme d'une structure suspendue désignée par 18. La voûte 18 comprend plusieurs blocs monolithiques de revê-25 tement 19 formés d'une matière réfractaire^par exemple de silice ou de mullite liés par un polymère et/ou d'autres matériaux.Les blocs 19 ont de préférence, mais non obligatoirement,une forme carrée d'environ 750mm de côté et ils sont placés côte à côte en ménageant entre eux des intervalles,par exemple de 6 mm pour 30 permettre la dilatation des blocs lors de leur échauffement. Les blocs 19 sont recouverts d'une couche 20 d'une matière isolante à haute température,cette couche étant elle-même revêtue d'une autre couche 21 d'une matière isolante à basse température, les deux couches isolantes servant à réduire au minimum les 35 pertes thermiques de la chaiabre de four. Les couches 20,21 sont de préférence formées de mullite mais il va de soi qu'on peut utiliser d'autres matières. Les blocs de revêtement 19 sont chacun munis de deux ou plusieurs carreaux d'ancrage 22 qui sont de préférence moulés dans 7009341 3 2035003 le bloc au moment de sa fabrication. A cet égard, comme le montrent en particulier les figures 9 et 10,une extrémité 23 «lu carreau a une forme ondulée de façon à constituer une rainure dans le bloc. 5 Les blocs 19 sont supportés individuellement par une ossa ture 24 en acier à l'aide de tirants 25 en forme de crochet et engagés dans des trous 26 ménagés dans les carreaux d'ancrage 22. L'ossature 24 se compose de deux profilés en U désignés par 27 et entre lesquels les tirants 25 sont suspendus à l'aide de 10 plaques d'appui 28, les profilés 27 étant montés entre les poutres 29 supportant la voûte. Des poutres intermédiaires 30 peuvent être prévues, si nécessaire :, pour faciliter le profilage de la voûte . Gomme indiqué plus haut,un intervalle de dilatation est 15 prévu entre des blocs adjacents 19,les intervalles étant obturés par des carreaux de remplissage 31 qui chevauchent les intervalles et qui sont disposés dans des évidements ménagés dans la couche isolante à haute température 20. Les carreaux de remplissage 31 servent à réduire les pertes 20 de chaleur par l'intermédiaire des intervalles de dilatation.Dans des fours où la voûte est soumise à une haute pression,il peut en outre être nécessaire de compléter l'étanchéité des intervalles de dilatation,ce problème étant résolu en colmatant les intervalles avec des fibres de matière céramique,comme indiqué en 25 32. En fonction des impératif s,la structure de voûte 18 peut être plane ou incurvée ou bien, comme indiqué sur les dessins, elle peut être plane au centre et sur une grande partie de sa portée mais incurvée dans une zone adjacente aux extrémités de 30 cette portée. Aux endroits où la voûte est incurvée,les carreaux d'ancrage 22 peuvent être orientés perpendiculairement au plan de leurs blocs respectifs 19, comme indiqué sur la figure 7* £n variante, comme indiqué sur la figure 8 les carreaux d'ancrage 22 peuvent 35 être disposés en oblique par rapport au plan de leurs blocs respectifs de sorte que lorsqu'ils sont dans leur position de travail, les carreaux d'ancrage sont verticaux,ce qui réduit les contraintes de flexion qui pourraient se produire autrement dans les carreaux. 7009341 2035003 Les figures 3 et 8 montrent également un mode de moiitage de la voûte incurvée sur une partie en arche 33 délimitant une ouverture d'une cuve à verre. Ce mode de montage présente l'avantage de réduire la distance entre le côté inférieur de la struc-5 ture de voûte 18 et le coté inférieur du "bloc en arche 33» à 100 mm par exemple,alors qu'elle est de 300 mm dans les fours classiques actuellement utilisés. Cela permet en outre, comme le montrent les figures 2, 3 et 4, de disposer les orifices d'air de combustion 17 à différents niveaux en vue de satisfaire aux 10 impératifs de la combustion sans rencontrer les inconvénients des constractions connues de fours. Dans une autre variante,qui est représentée en partie sur le côté droit? de la figure 7» les "blocs 19 peuvent être munis d'un rebord périphérique 34- dirigé' vers le haut et entourant 15 toute la périphérie du bloc de façon à avoir une structure en caisson à laquelle est incorporée la couche isolante à hautè température 20. Ceci présente l'avantage de protéger la couche isolante à haute température contre une attaque directe par les vapeurs du four. 20 Bien que l'invention ait été décrite plus particulièrement en référence à des fours à verre, il va de soi qu'elle peut également être appliquée à d'autres types de fours. Ainsi,la structure de voûte conforme à l'invention est d'une construction simple et robuste et, du fait qu'on utilise 25 de gros blocs monolithiques, on diminue les pertes calorifiques par rapport à des constructions de voûtes suspendues de types connus. A ce dernier point de vue, il est de pratique courante d'utiliser de petits éléments réfractaires, ayant grossièrement les dimensions d'une brique classique de bâtiment,chaque élément 30 devant être suspendu individuellement à un tirant séparé. Il en résulte une voûte qui comporte un très grand nombre de joints dont l'étanchéité ne peut pas être aisément réalisée et il est en outre nécessaire de prévoir un trè§ grand nombre de tirants métalliques autour desquels il est impossible de prévoir une cou-35 che isolante. On a estimé que, avec ce type connu de construction de voûte, il est possible d'isoler seulement environ 40% de l'étendue totale de la voûte alors qu'avec la structure conforme à l'invention cette valeur est portée jusqu'à 80% au minimum. 7009341 5 2035003 En outre, la possibilité de placer les orifices d'air de combustion à différents niveaux permet d'obtenir de meilleures conditions de combustion dans le four. Enfin la construction suivant l'invention permet d'ob-5 tenir un profil correct de voûte gui satisfait aux impératifs aérodynamiques du four. 7009341 s 2035003 -BETSHDIGAIIOHS- 1» Structure de voûte pour fours industriels à haute température îcomprenant plusieurs blocs monolithiques de revêtement formés d'une matière réfractaire et disposés cote à côte sur toute l'étendue de la chambre de four ainsi que des dispositifs 5 permettant de suspendre les blocs individuellement à line ossature portante,caractérisée en ce que lesdits blocs sont recouverts par des couches isolantes à haute et à basse températures de manière que, en service les pertes calorifiques du four au travers de la voûte soient réduites au minimum. 10 2. Structure de voûte suivant la revendication 1, caracté risée en ce que les blocs de revêtement sont suspendus à l'ossature portante par des tirants engagés dans des trous ménagés dans des carreaux d'ancrage en matière céramique fixés sur ou solidaires des blocs de revêtement. 15 J.Sûructare de voûte suivant la revendication 2,caracté risés en ee que les carreaux d'ancrage sont pourvus d'évidements ou de saillies et sont mis- en place dans les blocs en cours de moulage de ees derniers de façon à former un ensemble monobloc. 4. Structure de voûte suivant 1'une des revendications 1 20 a 3,caractérisée en ce qu'il est prévu des intervalles de dilata-tien entre des blocs adjacents, lesdits intervalles étant obturés par des carreaux de remplissage qui sont agencés de façon à chevaucher le joint. 5« Structure de voûte suivant la revendication 4, caraeté-25 risée en ce que les carreaux de remplissage sont logés dans des évidements ménagés dans la couche isolante à haute température. 6. Structure de voûte suivant l'une quelconque des revend ' dications 4 ou 5,caractérisée en ce que les intervalles de dilatation sont obturés de façon étanche par .colmatage. 30 7« Structure de voûte suivant l'une quelconque des reven dications 1 à 6,caractérisée en ce que, lorsque la voûte est incurvée ou partiellement incurvée,les carreaux d'ancrage sont disposés en oblique par rapport au plan de leurs blocs respectifs. 8. Structure de voûte suivant l'une quelconque des reven- 35 dications 1 à 7fcaractérisée en ce que la surface supérieure de chaque bloc de revêtement comporte un rebord périphérique dirigé vers le haut. 9»3?our industriel à haute température comportant une s trac ture de voûte suivant l'une quelconque des revendications 1 à f. 4-0 10*Four suivant la revendication 9 ,caractérisé en ee qu'il comprend des orifices d'air de combustion uisposés à des niveaux différents.