Brevet FR2296485A1 — publié le 19760730

La présente invention concerne un garnissage réfractai- re pour récipient métallurgiques destinés au transvase-ont de métaux liquides, notamment en sidérurgie. De tels récipients peu- vont entre ainsi constitués par les poches et les manière de coulée recevant des bains d'acier liquide. Complémentairement, l'in- vention concerne également les récipient métallurgiques Punir d'un tel garnissage réfractaire. On sait que les garnissages réfractaires dos récipients de transvasement de métaux liquides tels que l'acier sont soumis ê des conditions de service extrêmement sévères. Ces garnissages reçoivent en effet brutalement en quelques minutes plusieurs di saines de tonnes de métal on fusion provenant par exenple d'un convertisseur, et dont-la température se situe entre 14000C et 1650 C environ pour l'acier liquide. Bien que ces garnissages subissent un préchauffage avant de recevoir la charge en fusion, ils sont généralement souais k des chocs thermiques considérables. En outre, ils subissent une érosion due à la formation de laitiers corrosifs. Pour constituer les garnissages réfractaires des ré- copient précités, on a proposé diverses solutions. Suivant cer- trines réalisations connues, le garnissage comporte plusieurs couches réfractaires superposées, de composés argileux riches en silice grésée ou en chamotte, c'est-à-dire, dans le second cas, à haute teneur en alumine (60 à 80 %). La porosité de ces couches réfractaires doit Stre assez faible pour que leur pénétration par le métal en fusion ne soit pas dangereuse. De ce fait, les couches ont une densité élevée et corrélativement leur coefficient d'iselation thermique est médiocre. On a également proposé d'utiliser des réfractaires basiques dits "nobles", tels que le chrome et/ou la magnésie, ainsi que le carbure de silicium. Ces matériaux ont un faible coefficient d'isolation thermique et ils supportent difficilement les variations thermiques de grandes amplitudes qui entraînent des risques de fissuration et d'éclatement des couches réfractaires. De plus, leur poids let alourdit très sensiblement le récipient. De ce fait, ils ne peuvent pratiquonont pas entre utilisés. L'invention a pour but de remédier à ces inconvénients en réalisant un garnissage réfractaire qui assure à ceux-ci un coefficient d'isolation thermique nettement supérieur à ceux des garnissages connus. Suivant l'lnvention, le garnissage réfractaire pour récipients métallurgiques de transvasement de métaux liquides tels que poches et panières de coulée, destin8 à étire fixé au manteau métallique du récipient et comportant une couche d'usure destinée à être en contact avec le métal liquide, est caractérisé en ce qu'il comprend un revêtement isolant calorifuge qui est interpose entre la couche d'usure et le manteau métallique. L'interposition de ce revêtement isolant permet notas; ment d'utiliser une couche d'usure conductrice de la chaleur. La couche d'usure peut ainsi Store constituée par exemple au moyen de briques en magnésie, ce qui n'était pas possible dans les réalisée tions connues dont la couche d'usure Qtait réalisée notamment en chamotte. Suivant un mode de réalisation préféré, le revêtement isolant précité est constitué de façon que sa densité soit comprise entre o,6 et 1,1 environ, et qu'il présente entre 55 et 83 * de porosité ouverte. De ce fait, on peut réaliser une couche d'usure de for- te densité, par exemple 3 environ, et qui est corrélativement bonne conductrice de la chaleur. L'augmentation du coefficient d'isolation thermique obtenue avec le revêtement précité, permet entre autres avantages, d'introduire dans le récipient un métal en fusion à température plus basse. On réduit de ce faitl'amplitude des variations thermiques que subit le garnissage réfractaire., Suivant l'invention également, le récipient mótallur- gique de transvasement de métaux liquides, notamment l'acide liquide, qui comporte un manteau métallique auquel est fixé intérieurement un garnissage réfractaire, est caractérisé en ce que le garnissage réfractaire est constitué par le garnissage précité. Dans le cas où le récipient est constitué par une po che de coulée d'acier liquide, le reviitement isolant peut entre fixé directement sur les parois du manteau métallique attenantes au fond du récipient, notamment au moyen de ciment réfractaire, de colle ou par clouago, et ce revêtement est recouvert d'une couche de protection réalisée par exemple en chamotte. Cette couche de protection est elle-m & e recouverte par une couche d'usure en réfractaire acide tel que la silice, ou basique tel que le chrome-magnésie. La diminution des variations de température subies par le garnissage permet donc d'utiliser avantageusement un réfractaire basique, tel que le chrome et/ou la magnésie. D'autres particularités et avantages de l'invention apparattront encore au cours de la description détaillée qui va suivre. Aux dessins annexés, donnés à titre d'exemples non limitatifs, on a représenté deux modes de réalisation de l'invention. - La figure I est une coupe longitudinale avec arrachements d'une poche de coulée de métal ferreux liquide munie du revêtement isolant calorifuge conforme à l'invention - la figure 2 est une coupe partielle avec arrachements similaire à la figure 1, d'une panière de coulée de métal ferreux liquide. Dans la réalisation représentée à la figure 1, le récipient métallurgique de transvasement de métaux liquides est cons titube par une poche 1 de coulée d'acier liquide dans les aciéries. La poche 1 comporte un manteau métallique 2 de forme tronconique, à la partie supérieure duquel sont fixés par coudage deux tourillons 3 de support. Le fond h de la poche t est muni d'une busette 5 à tiroir permettant de vider la poche 1 après remplissage. La busette 5 est d'un type connu en lui-même et elle ne sera donc pas décrite en détail. La poche 1 comporte un garnissage réfractaire 6 fixé intérieurement au manteau 2, et dans lequel est ménagé un puits 7. Celui-ci communique avec un chenal 10 aménagé dans une pièce 20 solidarisée avec le garnissage 6. La pièce 20 coopère avec la bu sette à tiroir ss pour permettre l'écoulement du métal en fusion à l'extérieur de ia poche 1 quand la busette 5 est convenablement positionnée en regard du chenal 10. Le garnissage 6 comprend un revêtement isolant calorifuge (8, 9) constitué conformément à l'invention par un mélange de fibres organiques, de fibres minérales, de grains réfractaires, d'un fondant et d'un liant. Le revêtement isolant est réalisé au moyen de briquettes qui sont fixées directement aux parois du manteau 2 attenantes au fond 4 en formant une couche tronconique 8. Complémentairement, le revêtement isolant comporte au-dessus du fond 4 une couche 9 qui est intercalée entre deux couches de briquettes de protection 11 et 12. La couche inférieure 12 est ellemême constituée par deux couches 12a, 12b 'la couche 12a étant située immédiatement au-dessous de la couche 9, et la couche 12b, plus épaisse que la couche 12a, étant fixée au fond 4 de la poche 1. La couche 8 de revêtement isolant calorifuge conforme à l'invention est recouverte par une couche réfractaire 13 de briquettes de protection similaires aux briquettes qui forment les couches 11 et 12. Enfin, les couches de protection 11 et 13 sont recouvertes respectivement par des couches d'usure réfractaires 14 et 15. Les briquettes de la couche 8 de revêtement isolant et celles de la couche de protection 12b, peuvent être fixées au manteau 2 par collage ou clouage, de manière connue en elle-même. Les couches 13 et 15 sont solidarisées entre elles et avec la couche 8 par collage, les couches 12a, 9, 11 et 14 étant similairement solidarisées entre elles et avec la couche 12 b. Le collage peut être exécuté à l'aide d'un coulis ou de ciments isolants réfractaires du commerce, tels que des silicates ou des gels de silice. Les couches 8 et 9 du revêtement isolant calorifuge conforme à l'invention présentent de préférence la composition suivante t - 2 à 6 % d'un liant organique ou minéral, naturel et/ou svnthéti- que - 1 à 15 * de fibres pouvant se décomposer en t -- 0,5 à 10 ffi de fibres organiques, telles que pâte à papier, cellulose -- 0,5 à 10 * de fibres minérales s laine de roche, laine de verre, fibres d'amiante, - 97 à 59 ffi de grains réfractaires, tels que s -- silice et/ou alumine et/ou silicate d'alumine, à base de chrome et/ou de magnésie, résidus de fabrication de métaux, tels que aluminium, scories de hauts-fourneaux, -- laitier de convertisseur, - 0 à 20 % d'un fondant suivant la nature des réfractaires em ployés s fluorure de calcium, carbonate de soude. Suivant une particularité complémentaire de l'lnvention, le rev8tement constituant les couches 8 et 9 présente entre 35 et 85 % de porosité ouverte, et les proportions de ses composants sont déterminéas de façon que sa densité soit comprise entre 0,6 et 1,1 environ. En d'autres termes, la porosité des couches 8 et 9 est telle que les deux faces de chacune de celles-ci communiquent entre elles par une surface comprise entre 53 et 85 ffi de leur surface totale. Les couches de protection 12a, 12b, 11 et 13 sont réalisées de préférence en chamotte, tandis que les couches d'usure réfractaires 14 et 15 sont constituées avantageusement en chrome et/ou en magnésie, ces derniers matériaux pouvant résister à une température supérieure à 1650 . On peut aussi réaliser les couches 14, 13 en un réfractaire tel que la silice. Les effets techniques et les avantages de l'invention sont les suivants t Quand on verse de l'acier en fusion dans la poche 1 à partir notamment d'un convertisseur, les couches d'usure 14 et 13 subissent les premières le choc thermique et dynamique entraîné par l'impact du jet d'acier liquide, dont la température se situe entre 1550eC et 1650-C environ. Les zones superficielles des couches 8 et 9 du revêtement isolant conforme à l'invention peuvent Entre portées progressivement jusqu'à une température de 13300C. Des grains réfractaires et tes fibres minérales des couches 8 et 9 permettent à celles-ci de résister à la température précitée, méme en cas de fissure du revêtement réfractaire adjacent. En service normal, les couches d'usure (14, 15) et de protection (11, 13) résistent suffisamment à l'attaque par le oé- tal liquide pour empecher toute infiltration de celui-ci jusqu'aux couchess8, 9 de revêtement isolant calorifuge. Toutefois, l'expérience a montré qu'en cas de rupture des couches d'usure 14, 15 et de protection 11, 13, les couches 8, 9 peuvent résister, en fonction de leur épaisseur, pendant une durée pouvant atteindre plusieurs heures à la température de l'acier en fusion, laquelle est de l'ordre de 16000C. Au contact du métal liquide, les couches 8 9 ne sont pas décomposées et résistent au métal.De ce fait, le risque de percée du manteau du récipient par l'acier liquide, encouru avec les réalisations connues, est pratiquement écarté avec le revAtement isolant calorifuge conforme à l'invention. La sécurité de la manutention du récipient contenant le mé- tal liquide est donc corrélativement augmentée. Les essais ont montré que le revêtement constituant les couches 8, 9 présente un coefficient d'isolation thermique élevé. Celui-ci compense le faible coefficient d'isolation thermique des couches d'usure (14, 15), ce qui permet de diminuer d'environ 50 96 les pertes de chaleur à travers le garnissage 6 et le manteau métallique 2. De ce fait, on peut dans certains cas introduire le bain d'acier liquide à une température d'environ 15500C, au lieu de 16500C selon la pratique antérieure. Ceci permet d'augmenter la durée du séjour du métal en fusion dans la poche 1, et d'homogénéiser corrélativement la température du bain. Les risques d'éclatement et de fissuration des couches d'usure 14, 15 par les chocs thermiques sont ainsi évités, ce qui accroit la durée d'utilisation du garnissage réfractaire 6. La réduction de la température du bain lors de son versement dans la poche 1 présente également l'avantage de diminuer l'amplitude des variations thermiques auxquelles sont soumises les couches d'usure 14, 15. De ce fait, celles-ci peuvent entre réalisées en un réfractaire basique "noble", tel que chrome et/ou magnésie, ce qui n'était pas possible dans les réfractaires connus. En outre, l'épaisseur réduite des couches d'usure 14 et 13 diminue le poids total du garnissage 6. La diminution de la température d'introduction du métal liquide dans la poche 1 évite la formation de criques sur les lingots, dans le cas de la coulée traditionnelle. D'autre part, quand les couches d'usure 14 et 15 sont réalisées en un réfractai re acide, on observe une diminution de leur usure sous l'action du laitier. On constate également que les couronnes de laitier solidifié à la périphérie supérieure du bain sont supprimées, et que la meilleure homogénéisation de la température à l'intérieur du récipient évite les défauts dits "fonds de poche". L'un des avantages les plus importants de l'invention est qu'elle permet de remplacer la couche d'usure habituelle en chamotte par une couche d'usure en magnésie. Les avantages précités, notamment l'utilisation de revêtements basiques tels que la magnésie pour les couches d'usure 14 et 15, associés à l'utilisation de busettes à tiroir telles que la busette 5, permettent d'augmenter la rotation des récipients et corrélativement leur coefficient d'utilisation. On peut en effet supprimer les préchauffages intermédiaires ainsi que les refroidissements accélérés à lteau qui étaient mis en oeuvre suivant la pratique antérieure pour permettre la réfection des quenouilles de coulée. La suppression des préchauffages et des refroidissements présente en outre l'avantage d'épargner des chocs thermiques aux revetementfs réfractaires du garnissage 6, ce qui réduit les risques de fissuration et d'éclatement. L'isolation thermique renforcée de la poche 1 réduit très notablement les déformations telles que Fenflements, qui peuvent affecter les tourillons de manutention de la poche 1, consécutivement aux déformations du manteau métallique 2. Ceux-ci étant étroitement ajustés aux crochets des ponts roulants de manutention, on comprend que la manutention de la poche de coulée 1 en est facilitée. A titre indicatif non limitatif, les épaisseurs des différentes couches du garnissage réfractaire 6 peuvent être les suivantes, pour une poche 1 de 30 tonnes environ s - couche isolante calorifuge 8 t 30 mm environ - couche réfractaire de protection 13 s 20 mm environ - couche d'usure 15 s 20 à 50 t environ - couche 12 t 20 mm environ - couche isolante calorifuge 9 t 30 mm environ - couche de protection 11 t 20 mm environ - couche d'usure t4 t 210 m environ On notera que, pour la commodité du dessin, les proportions des couches du garnissage 6 correspondant aux épaisseurs précitées n'ont pas été respectées.L'épaisseur de la couche isolante 9 peut être comprise, selon les cas, entre 10 et 100 mm environ, sa résistance à l'écrasement lui permettant de subir corrélativement des pressions de 5 à 20 kg/cm2. Dans le mode de realisation représenté à la figure 2, le récipient métallurgique conforme à l'invention est une panière 16 de coulée d'acier liquide, qui comporte un manteau métallique 17 auquel est fixée une anse de manutention 18. Le manteau 17 est revêtu d'un garnissage réfractaire 19 percé, de manière connue en elle-même, par une busette de coulée 21 qui est obturée par une quenouille non représentéel La busette 21 débouche sur un orifice 22 ménagé dans le manteau 17 pour permettre le vidage de la panière 16. Le garnissage réfractaire 19 comprend s - une première couche de protection 23 réalisée par exemple au moyen de briques en chamotte - une seconde couche 24 constituée par des briques du revêtement isolant calorifuge conforme à l'invention, et fixée à la couche 23 ; - une troisième couche de protection 25, semblable à la première couche 23 et fixée à la seconde couche 24 ; et - une quatrième couche d'usure 26 fixée à la troisième couche 25. Les quatre couches précitées 23 à 26 sont solidarisées les unes avec les autres par collage, la couche 23 pouvant être fixée au manteau 17 à l'aide d'un ciment réfractaire ou d'une colle, ou encore par clouage. Les couches de protection 23 et 25 sont réalisées par exemple en chamotte. La couche d'usure 26 peut être en un réfractaire basique tel que le chrome-magnésie, ou en un réfractaire acide tel que la silice. L'invention n'est pas limitée aux modes de réalisation décrits et elle peut comporter des variantes d'exécution. Notamment la constitution du garnissage du fond 4 de la poche 1 peut être appliquée au revêtement des parois du manteau 2 attenantes au fond 4, le revêtement isolant calorifuge étant alors intercalé entre deux couches de protection telles que 13. D'autre part, le liant utilisé pour le revetement isolant calorifuge-8, 9 ou 24 peut encore être du type colle plastique, résine phénol-formol ou formol aldéhyde, ou suivant le cas, être constitué par un ciment réfractaire, un silicate de sodium et/ou une lessive de sulfite. L'invention peut encore etre appliquée au revêtement des récipients tels que mélangeurs et chenaux de coulée pour four Martin. REVENDICATIONS 1. Garnissage réfractaire pour récipients métallurgiques de transvasement de métaux liquides tels que poches et panitres de coulée, destiné à être fixé au manteau métallique du récipient et comportant au moins une couche d'usure destinée à être en contact avec le métal liquide, caractérisé en oe qu'il comprend un revêtement isolant calorifuge qui est interposé entre la couche d'usure et le manteau métallique. 2. Garnissage conforme à la revendication 1, caractérisé en ce que le revêtement isolant est constitué de façon que sa densité soit comprise entre 0,6 et 1,1 environ, et qu'il pré- sente entre 55 et 85 96 de porosité ouverte. 3. Garnissage conforme à l'une des revendications 1 et 2, caractérisé en ce qutil présente la composition suivante t - 2 à 6 96 d'un liant organique ou minéral, naturel eqou synthéti que, - 1 à 15 96 de fibres pouvant se décomposer en t -- 0,5 à 10 96 de fibres organiques, telles que ptte à papier, cellulose, -- 0,5 à 10 96 de fibres minérales s laine de roche, laine de verre, fibres d'amiante, - 97 à 59 96 de grains réfractaires, tels que 1 - silide et/ou alumine et/ou silicate d'alumine, à base de chrome et/ou de magnésie, résidus de fabrication de mé- taux, tels que aluminium, scories de hauts-fourneaux, - laitier de convertisseur, - 0 à 20 96 d'un fondant suivant la nature des réfractaires em ployés s fluorure de calcium, carbonate de soude. 4. Récipient métallurgique de transvasement de métaux liquides, notamment l'acier liquide, comportant un manteau métallique auquel est fixé intérieurement un garnissage réfractaire, caractérisé en ce que le garnissage réfractaire est conforme à l'une des revendications 1 à 3. 5. Récipient conforme à la revendication 4, et constitué par une poche de coulée d'acier liquide, caractérisé en ce que le revêtement isolant est fixé directement sur les parois du manteau métallique attenantes au fond du récipient, notamment au moyen de ciment réfractaire, de colle ou par clouage, et en ce que lzdit revêtement est recouvert d'une couche de protection réalisée par exemple en chamotte. 6. Récipient conforme à la revendication 5, caractérisé en ce que le garnissage réfractaire qui recouvre le fond et les parons latérales du manteau métallique comporte une couche de revêtement isolant calorifuge intercalée entre deux couches de protection réalisée par exemple en chamotte. 7. Récipient conforme à la revendication 6, caractérisé en ce que les couches de protection sont recouvertes intérieurement par des couches d'usure constituées notamment par des réfractaires basiques tels que chrome et/ou magnésie. 8. Récipient conforme à la revendication 4 et constitué par une poche de coulée d'acier liquide, caractérisé en ce que le garnissage réfractaire qui recouvre les parois attenantes au fond de la poche comporte une couche de revêtement isolant calorifuge intercalée entre deux couches de protection réalisées par exemple en chamotte, la couche de protection intérieure étant recouverte par une couche d'usure basique ou acide. 9. Récipient conforme à la revendication 4 et constitué par une panière de coulée d'acier liquide, caractérisé en ce que son garnissage réfractaire comprend une première couche de protection fixée au manteau métallique par collage ou par clouage, une seconde couche constituée par ledit revêtement isolant calorifuge et fixée à la première couche par exemple par collage, une troisième couche de protection semblable à la première couche et fixée à la seconde couche, et une quatrième couche d'usure fixée à la troisième couche et réalisée notamment en chrome-magnésie ou en magnésie.