Brevet FR2112475A1 — publié le 19720616

La présente invention concerne de façon générale un procédé et un appareil de confinement de fonte liquide. Plus précisément, l'invention concerne un procédé et un appareil accroissant la durée d'un revêtement réfractaire au contact de fonte fondue, par 5 exemple la totalité du fond et les parois :1e creuset normalement recouverts de fonte liquide d'un haut-fourneau, la partie la plus tenace se trouvant sous la lèvre de coulée d'une poche ouverte de transfert de métal chaud ou la moitié inférieure de la paroi latérale d'un véhicule de transport de métal chaud, au-dessous du 10 chenal de coulée, ainsi que la partie de revêtement au contact du laitier, et les extrémités supérieures des éléments coniques qui s'usent lorsque le métal chaud forme des vagues au démarrage et à l'arrêt des véhicules de transport. la manutention et le confinement du métal chaud lors de la 15 mise en oeuvre de procédés de traitement du fer et de l'acier ont toujours été effectués dans des récipients métallurgiques revêtus de briques réfractaires. Par exemple, on a beaucoup utilisé des briques réfractaires d'argile pour réaliser les revêtements des récipients de transport de fer dont la parti^èupérieure est ou-20 verte ou fermée. Ces revêtements se caractérisent par leur faible prix et leur durée relativement longue, sauf dans les zones soumises au. choc du métal fondu, à la hauteur du laitier et dans les parties supérieures des cônes des véhicules de transport de métal chaud du type poche-tonneau. 25 Cependant, dans les procédés actuels, par exemple dans le procédé basique à l'oxygène, les poches de transfert de fer subissent des conditions relativement plus sévères qu'au cours,par exemple,de la mise en oeuvre des procédés au four Martin. Le passage du foui- Martin au four basique à l'oxygène a nécessité un 30 chargement plus rapide du métal fondu dans le four d'affinage, car le procédé basique à l'oxygène fournit de l'acier à des vitesses très accrues, et met en oeuvre un pourcentage plus élevé de métal chaud que la plupart des fours Martin. Le transfert de la fonte liquide d'un récipient à un autre 35 a toujours posé des problèmes particuliers. Chaque fois qu'on laisse la fonte liquide s'écouler dans un récipient, elle heurte des parties du revêtement réfractaire et peut rapidement corroder les briques d'argile réfractaire. BAD ORIGINAL ' 71 39598 2 2112475 Dans la pratique courante, on accroît l'épaisseur des briques réfractaires des revêtements dans les zones soumises au. choc du métal chaud, de manière à contrebalancer l'usure. Malgré toutes les précautions, il n'est habituellement pas pratique cepen-5 dant d'augmenter l'épaisseur du revêtement dans la zone de choc du métal chaud,d'une quantité suffisante pour empêcher qu'elle ne s'use avant le revêtement en briques du reste du récipient. Ainsi, il est coûteux et non nécessaire de mettre au rebut des briques inutilisées qu'on doit arracher des parties du revêtement 10 soumises à des conditions faciles, pour remplacer les briques utilisées dans les parties soumises, à des conditions/^par exèmple au. choc du métal chaud, au voisinage de la surface du laitier et aux extrémités supérieures des cônes, dans le cas des poches-tonneaux. 15 Pour les autres parties des procédés de fabrication de l'acier, on a fait beaucoup d'essais pour obtenir des durées assez uniformes pour les diverses parties de revêtement réfractaire soumises au choc du métal chaud. Par exemple, on a utilisé des dispositions de zones dans lesquelles des briques à teneur élevée 20 en alumine sont disposées dans diverses parties d'un récipient, le choix du type des briques utilisées dépend des conditions prévues de travail du récipient. On a aussi proposé, pour uniformiser l'usure du revêtement, d'utiliser des briques d'aluminium imprégnées de brai qui s'oppo-25 sent à l'action corrosive du laitier sur les briques à teneur élevée en alumine. Cette façon de procéder est relativement coûteuse, du fait du prix des briques à teneur élevée en alumine (55 à 75 % de A120^ en poids). Malgré l'intérêt de plus en plus grand des revêtements ré» 30 fractaires destinés à la manutention de la fonte liquide, résistant à la corrosion lors du choc du métal chaud et assurant une durée uniforme du revêtement, on a obtenu peu de résultats satisfaisants. Comme on l'a vu précédemment, la pratique courante consiste simplement à réaliser un revêtement plus épais dans les 35 zones de choc du métal chaud et au voisinage de la surface du laitier. En conséquence, il est toujours souhaitable d'utiliser des ensembles à revêtement réfractaire perfectionné capables de bad original 71 39598 3 2112475 supporter le choc du métal chaud, la corrosion par le laitier et l'érosion par le métal, ainsi que des procédés assurant la rentabilité de l'utilisation de tels ensembles. L'invention concerne un procédé perfectionné de confinement 5 de fonte liquide selon lequel on maintient le métal chaud à une température inférieure à environ 1540°C et on le maintient au contact de briques d'argile imprégnées de brai demi-sec dont la teneur er/alumine est de 40 à 45 i° en poids. On maintient dans des conditions non oxydantes l'interface de la fonte et des briques 10 imprégnées pour obtenir les meilleurs résultats. L'invention concerne aussi un ensemble perfectionné à revêtement réfractaire, destiné à être utilisé dans les zones soumises au. choc de la fonte liquide. Un revêtement réfractaire interne comprend des briques d'argile imprégnées de brai demi-sec,dont la .6"t 15 teneur en alumine est de 40 à 45 7° en poids,/disposées dans toutes les zones du revêtement qui subissent le choc de la fonte liquide et dans lesquelles l'érosion du métal et la corrosion du laitier provoquent une usure rapide. Grâce à l'utilisation de briques imprégnées de brai demi-sec 20 dans les zones délicates, par exemple soumises au choc du métal chaud et voisines de la surface du laitier dans les récipients de transport de fer fondu à partie supérieure ouverte ou fermée, on obtient une usure uniforme du revêtement. La résistance accrue des briques imprégnées à l'érosion due à la chute ou au déplacement 25 du métal et du laitier dans les zones critiques permet à celles-ci d'avoir une durée comparable à celle des briques non imprégnées disposées dans les zones moins délicates. le prix total du revêtement réfractaire, par tonne de métal, est fortement réduit, du fait de l'augmentation relativement faible du prix du revêtement 30 qui accroît notablement la durée totale de celui-ci. L'invention concerne aussi un revêtement de briques peu coûteux, lorsqu'on le ramène à la tonne de fonte liquide produite, pour la réalisation de la partie inférieure et le crep.set des hauts-fourneaux, du fait de la supériorité des briques d'ar-35 gile réfractaire imprégnées et de qualité supérieure, sur les briques habituelles non imprégnées du même type, A des températures de travail de 1540°C &*: n\c:.r.3, la ré sist^nee à 1s corrosion par le bad qriginm. 71 39598 2112475 laitier, la résistance à l'érosion par le métal et le retrait dans des conditions sévères de travail sous courant de charge, sont améliorés. L'invention concerne un procédé perfectionné de confine-5 ment de fonte liquide. Celle-ci est maintenue au contact de briques réfractaires imprégnées de brai demi-sec et ayant une teneur en alumine de 40 à 45 en poids. Les briques imprégnées sont obtenues par imprégnation de bri , ou ques d'argile réfractaire classiques, de qualité élevée/très élevée le 10 après cuisson et avant la mise en place des briques dans/revêtement On peut utiliser divers procédés d'imprégnation. Selon le procédé préféré, on place les briques dans des paniers en fil métallique et on les chauffe jusqu'à une température d'environ 200°C à coeur. On place le panier de briques préchauffées dans une chambre main-15 tenue pendant 5 minutes environ à une pression d'environ 65 à 400 millibars, de manière à évacuer les pores des briques. On introduit le brai fondu dans la chambre sous vide de manière à immerger les briques, et on met alors la chambre à une pression de 5,5 à 6,2 bars, puis on maintient cette pression pendant 6 mi-20 nutes environ pour favoriser l'introduction du brai dans la brique poreuse. On retire alors de la brique le brai en excès. Un autre procédé qu'on peut utiliser pour l'imprégnation des briques consiste à placer des briques cuites non chauffées dans un bain de brai demi-sec fondu pendant deux heures ou plus. 25 Ce procédé est efficace, mais il est coûteux du fait de la durée nécessaire pour réaliser de grandes quantités de briques destinées à des cycles de production. Un autre procédé d'imprégnation qu'on peut utiliser consiste à préchauffer les briques à environ 260°C, et à les immerger dans du brai demi-sec pendant 30 30 minutes environ. Ce procédé est efficace, mais il présente quelques risques, car la température élevée du préchauffage peut provoquer l'inflammation ou l'explosion du brai. Les briques d'argile réfractaire imprégnées de brai demi-sec selon l'invention ont, par exemple, les compositions sui-35 vantes : bad mmrn» 71 39598 5 2112475 ~~Argile réfractaire de .Argile réfractaire de Type de brique qualité élevée (îl° 1) qualité très élevée Composition, 7° s Si02 50-57 52-53 Pe203 ............ 1,5-2,5 1—2 A1203 ................. 40-42 42-45 Ïi02 ................. 1,5-2,5 2-3 ïlux*15 ........ .... 1-3,5 2 ^^Le flux comprend GaO + EgO + des oxydes alcalins. 10 II est important d'imprégner la brique réfractaire avec un brai demi-sec, c'est-à-dire dont la température de fusion est de l'ordre de 65 à 120°C. Des brais qui conviennent sont obtenus sôit par aise en oeuvre de procédés industriels de distillation destructive, soit sous forme de dépôts à la surface de la terre. 15 I« point de fusion du brai est une caractéristique importante. Du fait de leur teneur en carbone relativement faible, les brais à température de fusion relativement faible n'assurent pas la durée très accrue de protection contre le choc de métal chaud ou au voisinage de la surface du laitier selon l'invention, et les brais 20 à température de fusion relativement élevée posent des problèmes d'imprégnation. lorsque les flammes et la fumée peuvent poser des problèmes en cours d'utilisation, lors de la combustion des revêtements constitués entièrement ou en partie de briques imprégnées de brai, 25 on peut préalablement "tremper" les briques,avant de les mettre en place,par traitement thermique. Cette "trempe" est réalisée par maintien de la brique à température élevée, par exemple à environ 250°C, pendant 6 heures ou plus. Le coût de la "trempe" se justifie dans les installations où l'utilisation de briques 30 n'ayant pas subi ce traitement pourrait provoquer des problèmes de pollution d'air, ou lorsqu'on utilise de grandes zones de briques imprégnées, la matière volatile des briques non trempées pouvant provoquer une explosion. 71 39598 2112475 Il est important, lorsqu'on met en oeuvre le procédé de l'invention,de maintenir la température de la fonte liquide au-dessous d'environ 1540°C. la durée de vie prolongée de façon surprenante selon l'invention n'existe plus si la température du 5 métal chaud est supérieure à 1540°C. Bien qu'on ne connaisse pas la raison exacte de l'importance de cette température, on sait que l'utilisation de températures supérieures à 1540°C favorise les réactions chimiques qui provoquent la réduction de la silice SiOg en silicium Si par le carbone présent dans les briques imprégnées. 10 Par exemple, une brique d'argile réfractaire de qualité élevée, réalisée par extrusion et imprégnée, mise en place dans les parois supérieures d'un four de fonte malléable et exposée à des températures supérieures à l650°C,a une durée bien inférieure à celle de la même brique ne contenant pas de brai. Après seulement un seul 15 chauffage, la brique imprégnée est spongieuse et présente des signes déterminants de détérioration, et après cinq chauffages (une semaine ), la brique imprégnée présente une usure bien supérieure à celle de la brique voisine du même lot, mais ne contenant pas de brai. Selon l'invention, il est aussi souhaitable de conserver 20 l'interface de la fonte et de la brique imprégnée dans des conditions non oxydantes. On peut réaliser cette opération en immergeant la brique imprégnée dans la fonte liquide ou en la maintenant dans une atmosphère non oxydante disposée au-dessus ou autour du récipient dans lequel est confinée la fonte» Même lorsque l'atmosphère 25 à l'intérieur du récipient est oxydante, cependant, la surface de la brique est rendue pratiquement imperméable aux gaz par le revêtement de laitier qui recouvre la face chaude de la brique au cours du premier chauffage. Ainsi, le carbone des pores de la brique est protégé d'une oxydation rapide par le revêtement de laitier, et les 30 résultats qu'on obtient à l'utilisation sont excellents, d'une façon surprenante. Comme on l'a vu précédemment, on peut faire brûler la brique imprégnée de brai demi-sec aussi lentement ou rapidement qu'on le veut, sans prendre aucune précaution quant à la teneur de l'atmos-35 phère, tout en obtenant d'excellents résultats. Dans les véhicules de transport de métaivfehaud, il est recommandé de chauffer le revêtement à environ 1090°C en quatre à cinq heures, puis d'introduire 71 39598 7 2122475 1/8 de la charge totale et de faire rouler le véhicule de manière à former -le revêtement de laitier avant de mettre une charge totale de métal chaud, puis d'introduire 1/4 de la charge totale et de recommencer à imprégner de laitier, lors d'un second chauf-5 f âge. l'invention concerne aussi un revêtement interne perfectionné de dispositifs de transport de fonte liquide, le revêtement préféré comprend des briques d'argile réfractaire de qualité très élevée et imprégnées de brai demi-sec, dont la teneur en alumine est égale -10 à 40 - 45 % et qui sont disposées dans les zones du revêtement interne destinées à subir le choc de la fonte liquide, l'utilisation de briques d'argile réfractaire de qualité très élevée, imprégnées de brai demi-sec, dans les zones de choc du métal chaud d'une poche ouverte ou d'une poche-tonneau d'un véhicule,accroît de façon ex-15 trêmement importante la résistance des zones protégées à l'érosion par le métal chaud, l'invention permet ainsi d'accroîtrè la durée et de réduire le prix du revêtement en équilibrant l'usure dans les diverses zones du revêtement. le reste du revêtement, dans les zones ovi il n'est pas sou-20 mis au choc du métal chaud, à la corrosion intense par le laitier ou à une érosion rapide par le métal, comprend de préférence des briques d'argile réfractaire non imprégnées du même type que celui des briques imprégnées utilisées dans les zones de choc du métal chaud, l'utilisation de briques imprégnées de brai demi-sec dans 25 les zones d'usure intense permet d'obtenir une durée équilibrée du revêtement avec une augmentation relativement importante de la durée du revêtement dans son ensemble pour une très légère augmentation de son prix. Bien qu'il soit habituellement souhaitable de ne que disposer les briques imprégnées de brai demi-sec/dans les zones 30 soumises au choc du métal fondu, à la corrosion par le laitier ou à une érosion rapide par le métal, il peut être souhaitable en certaines applications de réaliser un revêtement interne entièrement en briques d'argile réfractaire de qualité très élevée et imprégnées de brai demi-sec. 35 Des revêtements perfectionnés de l'invention à usure équi librée conviennent au contact de fonte liquide à une température de 1540°C ou inférieure. De plus, il est souhaitable que les briques wd 71 39598 8 2112475 ne soient pas exposées à des conditions oxydantes. Des exemples de récipients destinés à contenir de la fonte liquide et auxquels on peut associer un revêtement à usure équilibrée selon l'invention,sont les véhicules fermés à métal chaud le s 5 du type poche-tonneau et/poches ouvertes. Dans ces applications, on place les briques imprégnées dans les zones où le métal chaud pénétrant dans le récipient vient heurter le revêtement interne, et aussi suivant la ligne de contact des parois latérales et d'extrémité avec le laitier, la corrosion étant intense dans cette 10 zone du fait des mouvements du laitier, l'érosion par le. métal chaud étant elle aussi intense du fait de son déplacement lors des mouvements du récipient. Les briques imprégnées de brai demi-sec sont aussi utiles dans les hauts-fourneaux, notamment ceux qui •' travaillent avec une 15 pression interne élevée et une température importante. Dans ces applications, on utilise des briques d'argile réfractaire de volume stable et imprégnées de brai demi-sec pour former la totalité du fond et des parois du creuset qui sont normalement recouverts de fonte liquide. 20 D'autres caractéristiques et avantages de l'invention res- sortiront mieux de la description qui va suivre, d'exemples particuliers d'application de l'invention, tous les pourcentages étant donnés en poids, sauf indication contraire. Exemple 1 25 On place des briques d'argilotéfractaire de qualité très élevée imprégnées de brai demi-sec dans la zone de choc du métal chaud de la moitié inférieure d'un côté du tambour au-dessous de la lèvre d'écoulement d'un véhicule fermé de transport de métal chaud "TEEADWELL". Dans la plupart des installations, on retourne 30 ce véhicule de 180°, sur un plateau rotatif à des intervalles rapprochés pour uniformiser l'usure dans les zones délicates qui subissent le choc du métal chaud. Malgré ce retournement et l'utilisation de briques épaisses dans les zones de choc, l'érosion de celles-ci nécessite régulièrement la mise hors service du réci-35 pient pour une réfection du revêtement, le reste du revêtement contenant cependant de bonnes briques. Cette usure déséquilibrée entraîne une mise au rebut peu rentable et un travaiH^upplémentaire de maçonnerie. bad original. 71 39598 9 2112475 On utilise un véhicule de transport de métal chaud de cet exemple dans une petite installation qui ne comporte pas de plateau rotatif. Ainsi, au cours d'une campagne entière, le métal chaud doit heurter la même zone de chaque côté du véhicule et, même 5 lorsqu'on met en place le revêtement le plus épais envisageable, cette zone s'use toujours la première et nécessite la mise hors service du véhicule du fait de l'usure fortement déséquilibrée du revêtement. Selon l'invention, on met en place des briques d'argile 10 réfractaire de qualité très élevée, imprégnées de brai demi-sec dans la moitié inférieure de la zone soumise au choc du métal chaud du haut-fourneau, lors du remplissage par la fonte liquide du haut-fourneau. Le panneau de briques imprégnées se trouve à gauche de la moitié inférieure du tambour, c'est-à-dire dans la position 15 6 à 9 heures. Des briques d'argile réfractaire de qualité très élevée contiennent par exemple 51,5 i° de SiO„, 42,7 i° de A1„0X ©s*t et leur porosité apparente/ ae 11 à 14 $ (porosité ouverte) ; on les imprègne de brai demi-sec en utilisant le procédé préféré d'imprégnation décrit selon lequel on chauffe préalablement la 20 brique, on la met sous vide et on l'imprègne en l'immergeant dans du brai fondu à une pression de l'ordre de 5,5 à 6,2 bars pendant 6 minutes. On met en place un panneau d'essai de briques imprégnées ayant les briques suivantes î 25 (200) 34,3 x 15,2 x (7,-6-5,1) cm - coin H® 3 (100) 34,3 x 15,2 x 7,6 cm - parallélépipède On met en place les briques imprégnées de brai demi-sec en utilisant une construction à mortier comprenant des joints relativement épais en mortier au phosphate à 78 Q/o de AlgO^. La 30 teneur extrêmement élevée en alumine du mortier et l'association due au phosphate, qui résiste très bien au mouillage par le laitier ou le métal fondu,permettent une réduction d'une usure excessive des joints entre les briques. Il est souhaitable d'utiliser de tels joints pour éviter la corrosion entre les briques qui réduit 35 dans une grande mesure la durée des briques et du revêtement» On assure la combustion du revêtement en élevant la température à raison de 55°C par heure, en utilisant environ trois 71 39598 2112475 tonnes de coke en morceaux. On essaie de réaliser cette combustion en atmosphère réductrice dans le véhicule, de manière à assurer une certaine protection contre la combustion de la totalité du brai avant l'introduction de métal chaud dans la poche. On sait qu'après 5 la première phase, le laitier déposé sur les briques au cours du premier chauffage réduit les possibilités de combustion rapide du carbone résiduel disposé dans les pores de la brique. De petits panneaux disposés dans cLes conditions très sévères et constitués de briques d'argile réfractaire de qualité très éle-10 vée,et imprégnées de brai demi-sec, selon l'invention, permettent au véhicule de supporter 90 000 tonnes de métal chaud, 28,5 ia de plus que la valeur moyenne de 70 000 tonnes que supportent normalement les revêtements antérieurs qui ne comprennent pas de petits panneaux de briques imprégnées dans la zone délicate soumise au choc 15 du métal chaud. On obtient une augmentation de 28,5 i° de la durée avec une augmentation de prix de seulement 7,1 $. Exemple 2 On place un panneau de briques d'argile réfractaire de qualité très élevée,réaliséé^ar extrusion "Kentucky" et imprégnées 20 de brai demi-eec,dans la partie la plus tenace du revêtement au-dessous de la lèvre de coulée d'une poche ouverte de transfert de métal chaud d'une installation fabriquant du fer marchand. On réalise les briques du panneau à partir de briques d'argile réfractaire de qualité très élevée,réalisées par extrusion et conte-25 nant environ 52,5 7° de Si02, 40,5 % de A^O^ et ayant une porosité apparente de 10 à 14 f° (porosité ouverte) à l'aide de brai demi-sec. la partie essentielle du revêtement interne de la poche de transfert comprend des briques non imprégnées ayant, mis à part le brai, une composition de caractéristiques physiques identiques0 30 le panneau d'essai comprend les briques suivantes : 90 briques 22,9 x 11,45 x 6,35 cm parallélépipède 90 briques 22,9 x 11,45 x 6,35 cm briques courbes 30 briques 22,9 x 11,45 x 6,35-4,77 cm Ooin n° 1 On monte les briques avec un mortier à liant de silicate 35 de sodium prenant dans l'air humide et à 62 7° d'alumine, les joints étant trempés et lissés pour que l'érosion soit minimale. 71 39598 n 2112475 les résultats donnent satisfaction d'une façon surprenante, en ce que, grâce à l'utilisation du panneau spécial de "briques imprégnées, la poche présente une usure équilibrée pour la première fois. Bien que les briques imprégnées placées dans la zone soumise 5 au choc du métal chaud soient plus coû.teuses que les mêmes briques non imprégnées, l'augmentation très importante de la durée de la poche obtenue grâce à l'usure équilibrée fait plus que compenser le prix supplémentaire des briques. Il est bien entendu que l'invention n'a été décrite et 10 représentée qu'à titre d'exemple préférentiel et qu'on pourra apporter toute équivalence technique dans ses éléments constitutifs sans pour autant sortir du cadre de l'invention, qui est défini dans les revendications annexées. 71 39598 12 2112475 BEVBHDICATIOBS 1, Procédé de confinement de fonte liquide, caractérisé en ce qu'on maintient la fonte liquide à une température inférieure à environ 1540°C, et on confine cette fonte au contact de briques 5 d'argile réfractaire imprégnées de brai demi-sec et dont la teneur en alumine est comprise entre 40 et 45 7° en poids. 2. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que la teneur en alumine des briques d'argile réfractaire est comprise entre 42 et 43 7° en poids. 10 3. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que les briques imprégnées de brai sont, dans les conditions normales entièrement de travail,/immergees dans la fonte liquide qui évité l'oxydation des briques imprégnées de brai. 4. Revêtement réfractaire interne, destiné à un ensemble 15 destiné à confiner de la fonte et à subir le choc du métal fondu, caractérisé en ce qu'il comprend des briques d'argile réfractaire imprégnées de brai demi-sec et dont la teneur en alumine est comprise entre 40 et 45 7° en poids, les briques étant disposées dans toutes les zones du revêtement soumises au choc de la fonte liquide, 20 à la corrosion rapide du laitier ou à l'érosion rapide par la fonte liquide. 5. Revêtement selon la revendication 4, caractérisé en ce qu'il est constitué dans sa totalité par des briques d'argile réfractaire de qualité très élevée et imprégnées de brai demi-sec. 25 6. Revêtement réfractaire interne, destiné à une poche ouverte de transfert de fonte liquide, caractérisé en ce qu'il comprend des briques d'argile réfractaire de qualité très élevée, imprégnées de brai demi-sec dans toutes les zones soumises au choc de la fonte liquide» 30 7. Revêtement réfractaire interne, destiné à un véhicule de transport de métal chaud à poche-tonneau , caractérisé en ce qu'il comprend des briques d'argile réfractaire de qualité très élevée, imprégnées de brai demi-sec dans toutes les zones qui sont soumises au choc de la fonte liquide. 35 8. Revêtement selon l'une quelconque des revendications 4 à 7, caractérisé en ce que la teneur en alumine des briques imprégnées de brai demi-sec est de l'ordre de 42 à 43 7» en poids.