Brevet FR2369895A1 — publié le 19780602

La présente invention concerne un procédé de préchauffage de certaines parties d'un récipient de manutention de métal liquide. Dans la manutention de métal liquide, par exemple d'acier liquide, il est courant de charger le métal dans une poche de coulée, un répartiteur garni de réfractaire (appelé ci-après "répartiteuf) ou un récipient analogue, équipé d'une ouverture de sortie fermée par ce qu'on appelle une quenouille. L'ouverture se trouve normalement dans la base du récipient et est entourée par ce qu'on appelle une busette. L'ouverture est fermée en introduisant une extrémité de la quenouille dans la busette, et la tige de la quenouille s'étend vers le haut à travers le métal liquide contenu dans le récipient et est accessible d'au-dessus de la surface du métal liquide. Pour éviter le refroidissement du métal liquide lorsqu'il est chargé dans le récipient et-pour être sur que la quenouille fonctionnera correctement, il est nécessaire de préchauffer la busette et la quenouille (en particulier l'extrémité qui se loge dans la busette) au moyen de brûleurs. L'utilisation de brûleurs pour chauffer les quenouilles selon la pratique courante présente des inconvénients. Ces brûleurs sont habituellement placés à l'intérieur du récipient avec les canalisations d'alimentation pour l'air comprimé et le combustible, par exemple un combustible gazeux, et on doit les enlever avant de remplir le récipient avec le métal liquide ; il s'écoule ainsi un certain laps de temps entre le préchauffage et l'arrivée du métal liquide, ce qui entraîne une baisse de température dans les parties préchauffées.Par ailleurs, les ouvriers peuvent rencontrer des difficultés pour manipuler l'équipement et le retirer du récipient avant qu'on y coule le métal liquide. Dans le cas d'un répartiteur garni d'un garnissage intérieur de matériau réfractaire isolant thermique selon le brevet britannique N0 1 364 665, il faut moins de chaleur pour chauffer le récipient avant son remplissage par le métal liquide, car les seules parties qui ont besoin d'être chauffées sont les busettes et les quenouilles. Dans ce cas, la chaleur provenant des brûleurs peut endommager la surface du garnissage située dans les parties qui n'ont pas besoin d'être chauffées.En outre, l'entretien des brûleurs est coûteux et leur rendement est faible du fait qu'une grande partie de l'énergie thermique qu'ils produisent est gas pillée. I1 serait, en conséquence, avantageux de pouvoir préchauffer la quenouille de façon plus efficace, notamment quand le ré- partiteur est garni avec un garnissage intérieur de matériau réfractaire isolant thermique. La présente invention concerne donc un procédé pour préchauf fer les parties coopérantes d'un ensemble de busette et de quenouille dans un récipient de manutention de métal liquide ayant une surface intérieure sensible à la chaleur ou pouvant être endommagée par la chaleur, procédé dans lequel on place à l'in térieur du récipient, autour de la busette et de l'extrémité inférieure de la quenouille adjacente à la busette, un écran thermique formant un volume pratiquement clos autour de L'extrémité inférieure de la quenouille, et on amène de la chaleur dans le volume situé à l'intérieur de lécran. De préférence, la chaleur est amenée à travers la busette L'écran thermique est, de préférence, dimer@ionné et agence pour s'étendre vers le haut à partir du fond du récipient entourant la busette de façon à entourer l' l'extrémité inférieure de la quenouille et entrer en contact avec les parois de celle-ci à une courte distance de son extrémité inférieure. De préférence, la chaleur est amenée de l'extérieur du récipient par l'intermé- diaire de la busette1 ce qui a l'avantage de confiner la chaleur aux parties d'un répartiteur garni d'un garnissage réfractaire isolant thermique qui exigent d'être chauffées tout en évitant simultanément d'endommager le garnissage lui-même. Comme on l'a noté ci-dessus1 l'invention est particuliè- rement intéressante dans le cas des répartiteurs chauffants. Lors- que le récipient est un répartiteur ayant un tube de coulée s'éten- dant en dessous du niveau du métal liquide contenu dans le récipient ou dans le moule situé en dessous, la chaleur est de préférence amenée au volume à l'intérieur de l'écran thermique par l'intermédiaire de ce tube. L'écran thermique a de préférence une forme tronconique et est constitué par un mélange de matériaux fibreux, notamment un matériau fibreux réfractaire tel que l'amiante, la laine de laitier ou la laine de roche, les fibres d'aluminosilicate, les matériaux réfractaires en particules, et d'un liant organique. L'écran peut être constitué en disposant de façon appropriée un morceau de forme appropriée de tissu souple de cette composition. En variante, l'écran thermique peut avoir une forme générale cylindrique. Grâce à l'utilisation de l'écran thermique, les tempé- ratures atteintes à la fois sur la surface extérieure de la quenouille et sur les surfaces de la busette qui coopèrent avec celle-ci peuvent être pratiquement les mêmes et, en outre, on peut rapidement élever la température jusqu'S la valeur élevée recherchée. Comme le montrent par ailleurs les évaluations c@après, on a trouvé en pratique que, lorsque la quenouille et la busette avaient été chauffées à une température suffisamment élevée, du fait de la présence de 1 écran thermique, cette température n'avait tendance à descendre que lentement sur une période d'environ 10 minutes apres le chauffage1 ce qui donnait un laps de temps suffisant entre l'enlèvement des sources de chaleur et la coulée du métal liquide dans le récipient. Dans certains cas, il peut être souhaitable de faire monter brusquement la température de la busette st de la base de la quenouille en y appliquant un chalumeau juste avant la coulée du métal liquide dans le récipient. De façon appropriée, l'écran thermique est formé en un matériau isolant thermique et/ou exothermique, tel que décrit dans les brevets français Nos 1.494.838, cartificat d'addition N 94.641, brevet français N 69. 32549 du 24 Septembre 1969. Il est également souhaitable d'utilser un écran constitué par une double couche, l'une étant une couche d'isolant thermique et l'autre une couche exothermique. Bien qu'en pratique l'écran thermique soit de préférence tronconique, on peut également utiliser d'autres formes, telles qu'un cylindre avec un couvercle, notamment si ces formes sont plus faciles à fabriquer. écran thermique peut être constitué par une multiplicité de parties que l'on peut assembler avant utilisation à la forme voulue. A l'utilisation, on doit conser- ver une petite ouverture, par exemple un petit jeu annulaire entre la quenouille et la partie supérieure de l'écran thermique, pour laisser s'échapper. les gaz brûlés. A la fin du préchauffage, on peut laisser en place l'écran thermique pour qu'il soit détruit par le métal liquide coulé dans le récipient, ou bien on peut le récupérer pour le réutiliser, par exemple en le soulevant avec la quenouille lorsqu'on enlève celle-ci de la busette. L'invention est particulierement intéressante lorsqu'il s'agit de préchauffer des parties sélectionnées d'un répartiteur appelé répartiteur "froid", du type décrit dans les brevets français Nos 72.43585 du 7 Octobre 1972, 74. 26420 du 30 Juillet 1974 A l'intérieur d'un tel répartiteur se trouve une couche consommable formée par es plaques d'isolation thermique e si celles-ci sont chauffées accidentallement par les brûleurs avant de couler le métal liquide dans le répartiteur, elles peuvent entre endommaqées, par exemple en étant brülées superficiellement L'anvention est également intéressante lorsqu'on utilise le répartiteur pour couler des brames, auquel cas la busette peut avoir un tube ou une gaine, de coulée descendant par exemple en silice ou en alumine graphitée. L'extrémité inférieure d'un tel tube peut comporter une multipli- cité d'ouvertures dont chacune conduit au même moule de coulée con- tinue pour répartir l'arrivée de métal Liquide dans le moule Au lieu de fournir la chaleur à parti @ de lgint- rieur du repartiteur, selon l'invention les brûleurs sont diri gés dans les ouvertures d'un tel tube, ou gaine pour réchauffer le tube et les surfaces intérieures de la busette et l'extrémité inférieure de la quenouille Dans ce cas, la présence de l'écran thermique sert à accélérer l'obtention de la température recher- chée. Ceci est particulièrement important lorsqu'on utilise des parties entierement ou partiellement en silice, du fait qu'on évite d'autant plus que ces parties soient endommagées que la silice est transformée plus rapidement en cristobalite. Le brûleur utilieé pour amener la chaleur au tube de coulée ou dans la busette peut étre de tout type approprié On a trouvé en pratique que l'on pouvait utiliser des brûleurs à oxy- acétylène, a oxypropane ou à air et gaz naturel. -La forme optimale du brûleur dépend de circonstances particulières ; lorsque le tube de coulée a plusieurs sorties, il convient de diriger un brûleur vers chacune de ces sorties. Les figures du dessin annexé, donné à titre d'exemple non limitatif, feront bien comprendre comment 11 invention peut être réalisée. La figure 1 est une vue partiellement en coupe à travers le fond d'un répartiteur,. montrant un ensemble de busette et de quenouille. La figure 2 est une vue analogue à la figure 1, montrant l'emplacement de sondes de température lorsqu'on effectue certains essais. Les figures 3 à 8 sont des graphiques montrant l'évolution de la température en fonction du temps dans certains essais En se reportant a la figure 1, un répartiteur est constitué par une enveloppe métallique extérieure 11 garnie de deux couches de briques réfractaires 12 et daun garnissage intérieur consommable formé par des plaques de matériau rérac- taire isolant thermique 13. Un anneau réfractaire 14 est logé sur lQenveloppe métallique il au-dessus d'une ouverture formée dans cette enveloppe et une busette réfractaire 15 est logée a l'intérieur de l'anneau réfractaire 14, la busette 15 se prolongeant par un tube de coulée descendant 19 qui, comme on le voit sur la figure 2, a une sortie double fourchue. L'anneau 14 et la busette 15 sont fixés en place par du client réfractaire 16. Une quenouille 17 est montée dans le répartiteur par des moyens non représentésr l'extrémité inférieure de la quenouille étant située légèrement au-dessus de la busette. L'extrémité inférieure de la quenouille est entourée par un écran thermique 18 en toile d'amiante, dont le fond repose sur le garnissage intérieur 13 et dont le sommet est en contact aveus la quenouille. L'écran 18 peut êtrev de façon appropriée, fixé sur la quenouille par des moyens non représentés, et de cette manière, l'écran peut être maintenu en compression entre la quenouille et le fond du répartiteur. Lorsqu'on prépare le répartiteur a recevoir du métal liquide, on préchauffe la busette 15 et la base de la quenouille 17 au moyen de brûleurs à gaz disposés à l'extérieur du répartiteur et orientés vers les ouvertures du tube de coulée 19 de façon que les gaz de combustion soient dirigés vers le haut en direction de la busette 15 et de l'extrémité de la quenouille 17. L'écran 18 garantit que la chaleur est conservée dans la zone des parties coopérantes de la busette et de la quenouille, et il en résulte que l'extrémité inférieure de la quenouille 17 et la surface intérieure de la busette 15 s'échauffent rapidement. Les pertes de chaleur par rayonnement, convection et conduction qui surviennent lorsqu'on utilise un brûleur disposé a l'intérieur du répartiteur sont considérablement réduites et on empêche le garnissage consommable de matériau réfractaire isolant thermique 13 d'être endommagé. Lorsque la busette 15 et la quenouille 17 ont été suffisamment préchauffées, on éteint les brûleurs et on les retire. On laisse l'écran 18 en position a I'intérieur du répartiteur, ce qui réduit les pertes thermiques de la quenouille 17 et de la busette 15 pendant le laps de temps entre l'enlèvement des brûleurs et le déversement du métal liquide dans le réparti- teur. Lors du remplissage du répartiteur, cran 18 est pro- gressivement détruit par la chaleur provenant du métal liquide, et des résidus du matériau de écran 18 remontent à la surface du métal liquide. Ce dernier quitte le répartiteur par le tube de coulée 19. On a effectué une série d'essais en utilisant le répartiteur de la figure 1. Pour effectuer les lectures, on ut se six sondes de température en platine et rhodium (8713). Les sondes 5 et 6 sont disposées sur la surface intérieure de la busette du répartiteur, les sondes 1 et 3 sur la surface extérieure de la quenouille, et les sondes 2 et 4 a l'intérieur de la quenouille, comme le représente la figure 2. L'ensemble représenté sur la figure 1 est préchauffé pendant une période de 20 minutes et laissé ensuite sans chauffage pendant 20 autres minutes. La température est enregistrée de façon continue sur un enregistreur de graphiques. On effectue des cycles de préchauffage et de refroidissement ultérieur similaires, en utilisant d'autres dispositions, comme il est indiqué ci-après. On obtient les figures 3 a 5 et 7 en utilisant des procédés qui ne sont pas conformes a l'invention. On obtient les figures 6 et 8 en utilisant le procédé de l'invention. Le graphique de la figure 3 montre la température atteinte pour les diverses positions des sondes en l'absence de tout écran thermique1 avec chauffage par des brûleurs à acétylène a travers la busette. On doit noter que la température varie beaucoup d'une position à l'autre lors du chauffage et que la perte de chaleur est rapide ; 10 minutes après l'enlèvement des brûleurs, toutes les positions sont à la même température relativement basse. Pour ces raisons, le chauffage a travers la busette et en l'absence de tout écran thermique ne donne pas satisfaction. Le graphite de la figure 4 montre le cas ou, au lieu dtinstaller l'écran thermique représenté sur la figure 1, on dispose autour de la busette un manchon ouvert à chaque extré- mité.La présence du manchon améliore notablement la température atteinte par la quenouille, mais non pas celle atteinte par les parois de la busette On prépare le manchon en déshydra- tant et en desséchant des portions d'une suspension aqueuse contenant les composants solides suivants (les parties sont donn en poids) : fibres de silicate d'aluminium 55 liant résineux 7 alumine 15 sol de silice colloïdale 15 poudre d'aluminium L'utilisation d4un manchon d'isolation thermique n'est pas de cette manière particulièrement avantageux ; le chauf- fage n'est pas uniforme, comme on peut le voir sur la figure 4. Le graphique de la figure 5 montre les résultats obtenus en utilisant un manchon comme dans l'essai dont la figure 4 montre les résultats, mais contenant un combustible exothermique qui fournit de la chaleur pour compenser les pertes de chaleur provenant de la forme du manchon. Le manchon est formé en déshy- dratant et en séchant des portions d'une suspension aqueuse contenant les composants solides suivants (parties en poids) cendre d'aluminium 83 résine 4 papier 5 fibres de silicate de calcium 3 spath fluor 3 agent tensio-actif 2. On doit noter que, bien que la température de la quenouille soit considérablement accrue par comparaison aT:ec 11 ut-i- lisation d'un manchon isolant, celle de la surface de la busette ne l'est pas. Ceci montre que l'amélioration des caractéristiques thermiques du manchon ne permet pas d'obtenir un chauffage und- forme. Le graphite de la figure 6 montre les résultats obtenus lorsqu'on utilise le procédé de la présente invention L'écran 18 est formé par la première composition spécifiée cidessus. Comme on peut le voir sur la figure 6, toutes les sondes atteignent pratiquement la même température à peu près à la même vitesse. En outre; lorsque la température descend après l'en pavement du brûleur, le gradient de chute de température est considérablement réduit par comparaison avec les portions correspondantes des figures 3 à 5 dans lesquelles n'utilise pas de pro- tection ou lorsqu'on utilise un manchon ouvert à chaque extrémité. Le graphique de la figure 7 montre le résultat obtenu en l'absence d'un écran thermique lorsqu'on utilise un brûleur a gaz en forme de fer a cheval. On notera quici la température de la busette est élevée tandis que celle de la quenouille ne l'est pas dans la même proportion et n'est pas uniformément élevée La figure 8 est le graphique obtenu lorsqu'on utilise un écran thermique 18 de la première composition spécifiée ci-dessus. On notera qu'il y a tendance à un chauffage plus uniforme, a la fois de la. busette et de la quenouille. REVENDICATIONS 1.- Procédé pour préchauffer les parties coopérantes d'un ensemble de busette et de quenouille dans un récipient de manutention de métal liquide ayant une surface intérieure sensible à la chaleur ou pouvant être endommagée par la chaleur, caractérisé en ce qu'on place à l'intérieur du récipient, autour de la busette et autour de l'extrémité inférieure de la quenouille adjacente à la busette, un écran thermique formant un volume pratiquement clos autour de l'extrémité inférieure de la quenouille, et on amène de la chaleur dans le volume situé à l'inte- rieur de l'écran. 2.- Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que la chaleur est amenée au volume à l'intérieur de l'écran thermique à travers la busette. 3.- Procéde selon la revendication 1 ou 2, dans lequel le récipient est un répartiteur ayant un tube de coulée adapté pour s'étendre en-dessous du niveau du métal liquide contenu dans le récipient ou dans le moule en-dessous, caractérisé en ce que la chaleur est amenée dans le volume à l'intérieur de l'écran thermique par I1 intermédiaire de ce tube. 4.- Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 a 3, caractérisé en ce que le récipient de manutention du métal liquide est un répartiteur qui a une enveloppe extérieure métallique, un garnissage réfractaire semi-permanent et un garnissage intérieur consommable de matériau réfractaire isolant thermique. 5.- Procédé selon l'une quelconque des revendicatiom 1 à 4, caractérisé en ce que l'écran thermique s'étend du fond du récipient de manutention du métal liquide entourant la busette jusqu'aux parois de la quenouille à une courte distance au-dessus de son extrémité inférieure. 6.- Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 5, caractérisé en ce que l'écran thermique a une forme inté- rieure généralement tronconique. 7,- Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 6 , caractérisé en ce que l'écran thermique est cons titué par un mélange de matériaux fibreux réfractaires, de matériaux réfractaires en particules et d'un liant organique. 8.- Procédé selon l'une quelconque des revendi cations 1 à 7, caractérisé en ce que 11 écran thermique est fait en un tissu fibreux réfractaire. 9.- Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 8, caractérisé en ce que l'écran thermique est partiellement en matériau exothermique. 10.- Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 9, caractérisé en ce qu'on ménage a l'extrémité supérieure de l'écran un petit jeu annulaire pour laisser échapper les gaz de combustion. 11.- Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 a 10, caractérisé en ce que la chaleur est amenée à 1'in- térieur de l'écran au moyen d'une flamme oxyacétylénique. 12.- Récipient de manutention de métal liquide comportant une busette logée dans le fond du récipient et une quenouille réfractaire adaptée pour coopérer avec la busette, caractérisé en ce qu' on prévoit un écran thermique entourant la busette et la partie inférieure de la quenouille, cet écran formant une enceinte autour de lsextrémitE supérieure de la busette et de l'extrémité inférieure de la quenouille. 13.- Récipient selon la revendication 12, caractérisé en ce que l'écran thermique a une forme intérieure générale- ment tronconique. 14.- Récipient selon la revendication 12 ou 13, caractérisé en ce que l'écran thermique est formé en une composition comportant des fibres réfractaires, un matériau réfractaire en particules et un liant. 15,- Récipient selon la revendication 12 ou 13, caractérisé en ce que l'écran thermique est formé en un tissu fibreux réfractaire