Brevet FR2135606A1 — publié le 19721222

La présente invention concerne un procédé pour le garnissage de parties de paroi essentiellement verticales d'un four, ces parties de paroi venant en contact avec une matière liquide pendant le fonctionnement, notamment, d'un four à cuve métallurgique, comprenant un fond ou sole 5 composé d'éléments réfractaires, auquel se raccordent des parties de paroi qui sont également garnies d'éléments réfractaires. L'invention concerne également un four à cuve métallurgique ainsi garni, notamment un haut fourneau destiné à la réduction du minerai de fer. Dans ce qui suit, le procédé de l'invention sera décrit relati-10 vement au garnissage d'une paroi d'un tel haut fourneau. Il va cependant de soi que l'invention n'est pas limitée à une telle application mais qu'elle peut également Être mise en oeuvre avec avantage pour réaliser le garnissage réfractaire de pratiquement n'importe quel type de four métallurgique ou autre. 15 .Lorsqu'un haut fourneau est porté à sa température de fonction nement, la température de son garnissage réfractaire atteint des valeurs, sur le côté intérieur du garnissage, qui sont pratiquement égales aux températures régnant à l'intérieur même du four, c'est-à-dire des températures pouvant atteindre environ 1400°C. Le garnissage réfractaire a tendance à se 20 dilater d'une manière qui varie dans le sens de l'épaisseur du garnissage. Il s'y ajoute que le fond ou la sole du four ou du fourneau, devenant également plus chaud, devient plus épais et a par conséquent tendance à pousser le garnissage de la paroi vers le haut. En règle générale, le four est construit de manière que son 25 garnissage réfractaire ne puisse pas se dilater librement vers le haut. Notamment, lorsqu'il s'agit d'un haut fourneau, les divers éléments traversant la paroi du four, tels que la couronne de tuyères et les trous de coulée, constituent des éléments qui entravent la dilatation vers le haut du garnissage. Ces obstacles à la dilatation du garnissage se traduisent par une 30 forte compression de celui-ci. Dans les fours relativement petits, cette compression assure que le garnissage se ferme convenablement et ne pose pas de problèmes graves. Il s'est cependant avéré que, au fur et à mesure que les dimensions des hauts fourneaux croissent et que leurs capacités deviennent plus importantes, la dilatation thermique décrite ci-dessus des garnissages ' 35 réfractaires pose de gros problèmes. Le risque existe en effet que les éléments réfractaires constituant le garnissage de la paroi soient écrasés ou broyés. Cet écrasement des éléments réfractaires, dû à la très forte compression se produisant localement, peut provoquer un raccourcissement notable 72 15724 2 2135606 de la durée de service du garnissage du four. Gomme les éléments réfractaires sont empilés les uns sur les autres, il est difficilement concevable de permettre une dilatation par l'incorporation de joints. Certes, il est théoriquement possible d'incliner 5 légèrement les surfaces supérieures et les surfaces inférieures des éléments réfractaires, ce qui se traduit, à froid, par la formation de joints entre les éléments réfractaires empilés les uns sur les autres, ces joints de forme conique se rétrécissant de l'intérieur vers l'extérieur du four. Moyennant une conformation appropriée, on pourrait ainsi obtenir des possi-10 bilités d'expansion réparties sur toute l'étendue de la paroi et correspond dant à l'expansion de son garnissage pendant que le four est porté à sa température de fonctionnement. Malheureusement, la pratique a démontré qu'il n'est pas possible de réaliser une telle paroi intérieure d'un four à un prix raisonnablement bas. La prévision de surfaces supérieures et inférieures 15 inclinées sur les éléments réfractaires présente en outre le risque que les joints ainsi formés ne se ferment pas complètement, de sorte que le métal très liquide pourrait traverser le garnissage réfractaire, également sous l'influence des pressions élevées pouvant régner à l'intérieur du four. La conception qui est à la base de l'invention et qui est destinée 20 à éviter les compressions excessivement élevées dans le garnissage réfractaire des fours est entièrement nouvelle. Selon l'invention, une partie des éléments réfractaires d'au moins la couche intérieure du garnissage de la paroi sont empilés les uns sur les autres en alternant avec des plaques de remplissage qui ramollissent 25 sur un intervalle de température s'étendant sur plusieurs centaines de degrés centigrades, l'épaisseur totale, mesurée dans le sens vertical, des plaques de remplissage situées les unes au-dessus des autres correspondant à la dilatation thermique dans le sens vertical du côté intérieur de la partie correspondante du garnissage de la paroi dans la même zone,, entre deux 30 points verticalement espacés où l'expansion verticale est empêchée, l'un des points étant situé au-dessus et l'autre au-dessous desdites plaques de remplissage, ladite dilatation thermique étant celle se produisant entre l'état froid et une température de garnissage, sur le côté intérieur ou côté four, qui est d'environ 50 à 300°C au-dessous de la température de fonction-35 nement. L'invention est plus particulièrement relative à un procédé, comme défini ci-dessus, selon lequel l'épaisseur totale des plaques de remplissage situées les unes au-dessus des autres correspond, de la manière indiquée ci-dessus, à la dilatation thermique dans le sens vertical du fond 40 du four et du côté intérieur de la partie du garnissage de la paroi s'étendant 72 15724 3 2135606 jusqu'à des dispositifs situés plus-haut dans la paroi du four et retenant ce garnissage. Grâce à ce procédé, des éléments réfractaires présentant des surfaces supérieures et inférieures parallèles peuvent simplement être 5 empilés les uns sur les autres, en alternant avec des plaques de remplis sage planes. Ces plaques de remplissage constituent un élément de construction du garnissage du four pendant que celui-ci est froid et également pendant le début de son échauffement jusqu'à la température de fonctionnement. Toutefois, au fur et à mesure que la température du four 10 atteint des valeurs plus élevées, les plaques de remplissage commencent à se ramollir, à commencer par le côté se trouvant à l'intérieur du four, si bien qu'elles permettent la dilatation thermique des éléments réfractaires qui les entourent. La partie des plaques de remplissage se trouvant sur le côté extérieur du garnissage conserve cependant la fonction portante. Lors-15 que le four a atteint sa température de fonctionnement ou d'exploitation, les éléments réfractaires doivent former une surface fermée sur le côté intérieur, c'est-à-dire sur le côté four. A cet effet, il faut que toute la dilatation possible ait déjà disparu avant même que la température du four n'atteigne sa valeur finale, c'est-à-dire lorsque la température du 20 four est encore inférieure de 50 à 300 degrés centigrades à sa température d'exploitation. Dans ces conditions, il est tout à fait concevable que des restes intacts des plaques de remplissage se trouvent encore sur le côté du garnissage de la paroi se trouvant à l'opposé du four, c'est-à-dire à 1'extérieur. 25 Pour que l'invention puisse être mise en oeuvre avec succès, il est important que les plaques de remplissage ne ramollissent pas brusquement, car cela entraînerait l'effondrement du garnissage réfractaire. La demanderesse a trouvé que l'on peut obtenir de bons résultats lorsque, suivant l'invention, les plaques de remplissage se composent d'un matériau composite 30 stratifié dont les différentes couches ont des intervalles de ramollissement correspondant à des intervalles de température très espacés. La demanderesse a notamment trouvé qu'il est avantageux d'utiliser une première couche qui ramollit entre 200 et 600°C, et une seconde couche qui ramollit entre 600 et 1100°C. 11 est encore plus avantageux d'utiliser une première couche formée 35 par une plaque constituée par une nappe de fibres de verre, et une seconde couche formée par une plaque constituée par des fibres d'asbeste. Bien entendu, il est également possible d'utiliser des plaques de remplissage composées d'un plus grand nombre de couches alternantes de nappes de fibres de verre 72 15724 4 2135606 et de fibres d'asbeste. Comme déjà mentionné, dans un mode de mise en oeuvre particulier de l'invention, les plaques de remplissage doivent permettre, grâce à leur ramollissement, à la fois la dilatation du fond du haut fourneau 5 et celle du garnissage réfractaire de la paroi jusqu'au tuyères ou jusqu'aux trous de coulée. La demanderesse a trouvé que cette possibilité de dilatation peut 6tre obtenue, en règle générale, lorsque, suivant l'invention, les plaques de remplissage ont une épaisseur allant jusqu'à environ 0,4% de la hauteur ou de l'épaisseur des éléments réfractaires de la paroi. Cela 10 est notamment le cas lorsque les éléments réfractaires sont des briques de carbone. La demanderesse a constaté que le ramollissement progressif de l'intérieur vers l'extérieur des différentes couches des plaques de remplissage a pour effet que ces plaques créent l'espace nécessaire pour 15 la dilatation sur un important intervalle de température, tout en assurant un soutien suffisant du garnissage de la paroi. Four obtenir ces résultats, il est très avantageux, suivant une autre caractéristique de l'invention, d'utiliser un garnissage réfractaire dont la couche extérieure, à laquelle se raccorde le blindage métallique du four, est composée de graphite. Grâce 20 à une telle réalisation, cette couche extérieure reste particulièrement froide et constitue de ce fait une sécurité supplémentaire contre la traversée de la paroi par la fonte liquide. Comme déjà mentionné, l'invention se rapporte non seulement à un procédé pour le garnissage de parois de fours, mais également aux fours 25 à cuve métallurgiques ainsi garnis, et notamment aux hauts fourneaux destinés à la réduction du minerai de fer. La demanderesse a constaté que le risque d'écrasement ou de broyage local du garnissage de la paroi de hauts fourneaux ainsi garnis peut Être évité totalement, ce qui se traduit par une augmentation considérable de la durée de service d'un tel garnissage réfractaire. 30 D'autres caractéristiques et avantages de l'invention ressorti- ront plus clairement de la description qui va suivre, donnée uniquement à titre d'exemple non limitatif, ainsi que de la figure unique du dessin, qui est une coupe verticale schématique d'une partie de la paroi du creuset et du fond d'un haut fourneau. Puisqu'il s'agit dans cet exemple d'une construc-35 tion symétrique, hormis les trous de coulée, seule la moitié gauche du creuset et du fond du four est représentée. 1 et 2 désignent une enveloppe ou blindage en acier et une plaque de fond du haut fourneau. Sur la plaque de fond en acier sont posées 72 15724 5 2135606 successivement les couches d'éléments réfractaires désignées par 3 à 7. Sur la couche 7 du fond est érigé le garnissage de la paroi, composé de blocs réfractaires, dont les différentes couches sont désignées par 8 à 12, La couche supérieure 12 est retenue par une couronne de tuyères 13 qui 5 sont montées tout autour du four et qui sont fixées sur l'enveloppe 1 en acier. Une couche 14 à base de graphite est disposée entre les couches 8 à 12 constituées par les éléments réfractaires de la paroi, et l'enveloppe 1 en acier. Les blocs réfractaires des couches 8 à 12 ont une épaisseur 10 d'environ 60 cm. Entre ces blocs sont disposées des plaques de remplissage 15 ayant une épaisseur de 2 mm. Ces plaques de remplissage sont composées de deux couches : une couche formée par une nappe de fibres de verre et une couche de fibres d'asbeste. La position de ces couches, au-dessus ou au-dessous, n'a pas d'importance. 15 La paroi de creuset ainsi érigée a une plus longue durée de service que les parois de creuset construites de la façon habituelle et, après le refroidissement de la paroi, au moment de la mise hors service d'un four ainsi garni, on constate que la surface tournée vers le foyer des couches 8 à 12 n'est pas attaquée par un fractionnement du matériau réfrac-20 taire. Au cas où le trou de coulée (non représenté) est également réalisé comme un élément fixe relié rigidement au blindage 1 en acier, la dilatation verticale du fond doit Être absorbée localement et de façon séparée dans la zone de la paroi située sous ce trou de coulée. En règle 25 générale, cette absorption de la dilatation*du fond peut seulement être réalisée par une plaque de remplissage disposée entre le fond et la première couche 8. La dilatation entre le trou de coulée et les tuyères de soufflage doit dans ce cas Être absorbée localement par des plaques de remplissage 30 séparées. Il est encore à noter qu'il n'est pas recommandé de disposer des joints de dilatation ou des plaques de remplissage horizontaux entre les différentes couches du fond car de tels joints ou plaques formeraient une barrière pour la transmission de la chaleur à travers le fond. 72 15724 6 2135606 REVENDICATIONS 1- Procédé pour le garnissage de parties de paroi essentiellement verticales d'un four, ces parties de paroi venant en contact avec une matière liquide pendant le fonctionnement, notamment d'un four à 5 cuve métallurgique, comprenant un fond ou sole composé d'éléments réfractaires, auquel se raccordent des parties de paroi qui sont également garnies d'éléments réfractaires, caractérisé en ce qu'une partie des éléments réfractaires d'au moins la couche intérieure du garnissage de la paroi sont empilés les uns sur les autres en alternant avec des plaques de remplissage qui ramollissent 10 sur un intervalle de température s'étendant sur plusieurs centaines de degrés cenigrades, l'épaisseur totale, mesurée dans le sens vertical, des plaques de remplissage situées les unes au-dessus des autres correspondant à la dilatation thermique totale dans le sens vertical du côté intérieur de la partie correspondante du garnissage de la paroi dans la 15 même zone entre deux points verticalement espacés où l'expansion verticale est empêchée, l'un des points étant situé au-dessus et l'autre au-dessous desdites plaques de remplissage, ladite dilatation thermique étant celle se produisant entre l'état froid et une température du garnissage sur le côté intérieur ou côté four, qui est d'environ 50 à 300°C au-dessous de 20 la température de fonctionnement. 2 - Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que l'épaisseur totale des plaques de remplissage situées les unes au-dessus des autres correspond, de la manière indiquée ci-dessus, à la dilatation thermique dans le sens vertical du fond du four et du côté intérieur de la partie du 25 garnissage de la paroi s'étendant jusqu'au point le plus haut où l'expansion verticale est empêchée. 3 - Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 et 2, caractérisé en ce que les plaques de remplissage se composent d'un matériau composite stratifié dont les différentes couches ont des intervalles de 30 ramollissement correspondant à des intervalles de température différents. 4 - Procédé selon la revendication 3, caractérisé en ce que les plaques de remplissage sont composées d'au moins deux couches, dont l'une au moins ramollit entre 200 et 600°C et dont au moins une autre ramollit entre 600 et 1100°C. 35 5 - Procédé selon la revendication 4, caractérisé en ce qu'une couche au moins est formée par une plaque constituée par une nappe de fibres de verre et en ce qu'au moins une autre couche est formée par une plaque constituée par des fibres d'asbeste. 72 15724 7 2135606 6 - Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 5, pour le garnissage de la paroi interne d'un haut fourneau entre le fond et les tuyères ou les trous de coulée, caractérisé en ce que les plaques de remplissage ont une épaisseur allant jusqu'à environ 0,47.. de l'épaisseur 5 totale des éléments réfractaires de la paroi. « 7 - Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 6, caractérisé en ce que la couche extérieure du garnissage réfractaire est une couche de graphite à laquelle se raccorde directement l'enveloppe ou le blindage métallique du four. 10 8 - Four à cuve métallurgique, notamment haut fourneau destiné à la réduction de minerai de fer, caractérisé en ce qu'il est garni selon le procédé d'une quelconque des revendications 1 à 7.