Brevet FR2364081A1 — publié le 19780407

La présente invention concerne un appareil destiné au transfert des métaux à l'état liquide, désigné communément dans le langage technique sous le nom de chenal de coulée, auquel ont été apportees des améliorations de structure et de composition. Dans toutes les industries ou on est amené à véhiculer des métaux alliages à l'état fondu soit pour les acheminer d'un poste d'élaboration ou de fusion vers des fours d'affinage ou de stockage temporaire, soit pour les amener de ces derniers vers les différents métiers de façonnage : moules, lingotieres, filières, plaques, billettes etc..., il est, le plus souvent, nécessaire de recourir à des dispositifs spéciaux dits chenaux de coulée qui relient les appareils entre eux et assurent le passage des produits liquéfiés de l'un à l'autre. Pour remplir convenablement leur fonction, ces chenaux doivent posséder certaines caractéristiques - une forme appropriée permettant une bonne répartition et un écoulement régulier du liquide, - une résistance mécanique suffisante pour supporter (sans déformation) la charge qui circule, - un isolement thermique apte à empêcher un refroidissement du métal tel qutil entraînerait une prise en masse, - une tenue à la température, aux chocs thermiques, à l'abrasion et à la corrosion provoquéespar le produit transporté, propre à éviter une destruction trop rapide du matériel. Ces qualités sont obtenues en utilisant des matériaux de structure et de composition appropriées agences de manière adéquate. De façon classique, on associe l'emploi d'éléments métalliques et de produits réfractaires, les premiers formant une carcasse rigide répondant à l'impératif de résistance mécanique à la charge, les autres constituant un garnissage destiné à satisfaire aux qualités de forme, d'isolement thermique et de te- nue aux différents facteurs énumérés ci-dessus. Mais, il est bien connu que les ensembles ainsi réalisés sont lourds, encombrantsr peu souples d'utilisation, d'entretien difficile et de courte durée de vie et ce, en raison de la mauvaise adaptation des moyens utilisés aux caractéristiques souhaitées. Certes, l'emploi de matériaux nouveaux tels que des bétons contenant de 5 à 75 X de fibres minérales a permis de pallier certains défauts de garnissages usuels en briques réfractaires, notamment leur poids éleve et leurs grandes dimensions, mais cela n'a pas résolu complétement les problèmes de maintien en bon état du matériel. En effet, le plus souvent, l'isolement thermique reste insuffisant et le métal en se solidifiant crée des obstacles à ltecoulement du liquide,ce qui peut hêtre la cause de débordements préjudiciables à la sécurité du personnel l'effet d'abrasion et de corrosion peut aller jusqu'à la destruction complète du garnissage,mettant à nu la carcasse rigide,au risque d'un perçage de celle-ci par les produits en fusion ; le choc thermique peut provoquer des fissures du garnissage entraînant les mêmes coZ(quences que celles évoquées à C'est pourquoi la demanderesse, soucieuse de fonrnir aux utilisateurs un équipement leur garantissant des frais d'entretien minima, a mis au point un nols 7eau chenal de coulée ayant une composition et une structure tenant mieux compte des impératifs auxquels le matériel sera soumis de façon à en limiter I'usure et la rapidité de destruction et permettant une intervention simple Btt aisée. Le chenal, objet de la présente invention, comprend une armature rigide et un volume réfractaire constitué par une composition réfractaire comportant au moins un type de fibres à haute résistance thermique et au moins un et se.sle en ce que le volume réfractaire est recouvert d'une couche hautement résistante à la corrosion et à l'abrasion et en ce qu'il existe entre le volume réfractaire et la couche hautement résistante un film coloré. Cette conception, selon l'invention, tient donc compte des particularités habituelles présentées par des dispositifs de ce type, à savoir - une armature rigide ayant la forme d'une goulotte de section à contour courbe ou polygonale; ouverte ou fermée, renforcée éventuellement par des profilés, qui apporte la résistance mécanique nécessaire pour supporter la charge vehiculée ou pour permettre les manipulations consécutives à la mise en place, au transport ou au démontage de l'appareil. - un volume réfractaire épousant la forme de l'armature et constitué d'un produit réfractaire moulable contenant une proportion plus ou moins grande de fibres minerales à haute résistance thermique et un liant adéquat, l'ensemble étant destiné à assurer un isolement thermique convenable du métal en circulation et à en éviter la solidification. La première caractéristique du chenal revendiqué consiste dans l'utilisation en revêtement du volume de réfractaire d'une couche hautement résistante à la corrosion et à l'abrasion par le métal en fusion. Cette couche dite "couche d'usure" qui recouvre entièrement le volume réfractaire en reproduisant le profil de ce dernier est réalisé, en majeure partie, de fibres minérales dont l'augmentation de proportion contribue à améliorer le pouvoir d'isolation thermique ; cette proportion peut aller jusqu a 95 %. Cette couche peut être obtenue par moulage par voie seche ou humide suivant les procédés classiques de mise en forme. Elle est plus ou moins compactée, ce qui permet de faire varier sa densité et d'adapter sa résistance à l'abrasion suivant le métal avec lequel elle sera mis en contact : plus la densité sera élevée, plus cette résistance sera grande. Cette couche est composée de toute fibre réfractaire ayant des caracté ristiques telles qu'elle résiste convenablement aux conditions de température du métal considéré et présente une grande intertie chimique à l'égard de ce dernier. De préférence, on utilise soit des fibres constituées de silice et d'alumine et qui contiennent 50 à 55 Z de silice et 40 à 50 % d'alumine, soit de fibres à au moins 85 Z d'alumine. Cette couche d'usure permet donc de protéger le volume réfractaire des effets agressifs du métal coulé et de prolonger sa durée de vie. Elle améliore également l'isolation thermique de l'ensemble par ses propriétés isolantes particulières ; en effet, des essais effectués avec de l'aluminium fondu ont montré que la perte de calories était inférieure à 3 C/metre de coulée. Suivant une particularité de l'invention, la couche d'usure peut s'enlever et se remplacer facilement en la réalisant en plusieurs parties mises bout à bout et joint4yées avec des produits appropriés et bien connus de lthomme de l'art et ce, de façon correcte pour avoir une surface parfaitement étanche et lisse. Cette disposition, outre l'intéret quelle présente dans la fiabilité et la facilité d'entretien,permet de prévoir une standardisation des pièces de remplacement et, par suite, une plus grande souplesse d'utilisation. En variante, la couche d'usure peut aussi être obtenue à partir d'éléments munis à leurs extrémités de dispositifs d'assemblage : échancrures, bossages, tenons, de façon à améliorer l'étanchéité des joints. La deuxième caractéristique du chenal revendiqué reside dans la présence, entre le volume réfractaire et la couche hautement résistante, d'un film coloré. Celui-ci est obtenu soit directement par pulvérisation ou par peinture avec des oxydes réfractaires colorés de la surface entière du volume de réfractaire en contact avec la couche d'usure, soit par l'intermédiaire d'une mince couche de béton ou de coulis déposée sur le volume de réfractaire ; ce coulis peut d'ailleurs lui-meme être coloré dans sa masse, préalablement. Ce film coloré est appelé "témoin d'usure" en raison de la fonction qu'il exerce.En effet, il a pour objet de permettre de déceler la détérioration de la couche d'usure car il n'est pas facile, sur un chenal de coulée ayant été utilisé, de distinguerben raison des dépôts d'oxydes qui se produisent à la surface,la présence d'anomalies dans la couche d'usure telles que amincissement, fissuration, écaillage. Aussi, ce témoin a pour effet, des son apparition, d'attirer la vue et de prévenir qu'un ne s' ne pas entretien stimpose si on veut encourir le risque d'une dégradation irréparable. C'est doncuune caractéristique qui répond au but que stestofixée la la demanderesse, à savoir limiter l'usure et la rapidité de destruction par une prévention efficace. Dans une disposition particuliere de l'invention, le chenal de coulée comprend, outre l'armature rigide, le volume de réfractaire, la couche d'usure et le témoin d'usure, des moyens de chauffage associés à une couche accumulatrice de calories. Cet ensemble se trouve disposé entre: le volume de réfractaire et la couche d'usure et les moyens de chauffage s'intègrent dans le volume de réfractaire par l'intermédiaire de logements aménagés à cette fin. Ces logements peuvent exister soit sur les faces latérales, soit sur la face inférieure quand il s'agit d'un chenal ouvert en forme de U par exemple, soit sur toute la périphérie dans le cas d'un chenal fermé. Ces logements peuvent être disposés parallèlement à l'axe de coulée ou perpendiculairement. Ces moyens de chauffage sont constitués soit par des résistances électriques dont l'alimentation peut être réglée par des prises de température noyées dans la couche accumulatrice de calories ou dans la courbe d'usure, soit par des éléments parcourus par un fluide caloporteur, soit par tout autre élément équivalent. Ces moyens de chauffage permettent de supprimer totalement les chutes de température et jouent le rôle d'un isolant parfait ; ils peuvent aussi servir de dégourdisseur du chenal avant introduction du liquide transporté de façon à atténuer le choc thermique et à prolonger ainsi la durée de vie du matériel. En ce qui concerne la couche accumulatrice de calories, elle est cons tituée d'un béton réfractaire dense qui forme isolant thermique et contribue, en maintenant la couche d'usure à une température relativement constante, à éviter toute solidification du métal véhicule, véhicule/, lors d'un arrêt accidentel de l'écou- lement. Suivant une autre disposition de l'invention, lorsqu'il s'agit d'un chenal de coulée ouvert suivant l'axe de coulée, cette ouverture peut être obturée par un couvercle amovible composé d'une armature rigide et d'un volume réfractaire. Ce couvercle vient s'appliquer exactement sur la partie supérieure du chenal par l'intermédiaire d'un rebord horizontal qui prolonge l'armature rigide des deux côtés de l'axe de coulée. Sa fonction est de limiter également les pertes de calories par la surface libre du métal et d'améliorer ainsi l'homogénéité thermique de l'ensemble dans le but d'éviter toute variation de température ou toute solidification préjudiciable au maintien en bon état du système. Une autre particularite de l'invention réside dans la possibilité de préparer les chenaux de longueur variable en partant d'éléments unitaires préfabriqués qui sont réunis à la demande. La couche d'usure étant mise en place après assemblage de façon à pouvoir disposer les joints de cette dernière a l'écart des joints de la couche sous-jacente et d'éviter la superposition de deux parties ayant des caractéristiques moins performantes, ce qui serait préjudiciab- le à la bonne tenue de l'ensemble. La présente invention sera mieux comprise à l'aide des dessins annexés qui ne présentent aucun caractère limitatif. - La figure 1 représente, en perspective, un chenal de coulée ayant la forme d'un V tronqué sur lequel on distingue l'armature rigide (1), le volume réfractaire (2), le film coloré ou témoin d'usure (3), la couche hautement résistante à l'abrasion et à la corrosion ou couche d'usure (4). - La figure 2 montre, en coupe,t,un chenal de coulée de même forme que ce- lui de la figure 1 mais dans lequel a été incorporé l'ensemble moyen de chauffage (ici résistances électriques) (5) avec prise de température (11) et la couche accumulatrice de calories (6). A titre d'exemple, on peut signaler que, pour un chenal du type représenté par la figure 2, ayant une profondeur utile de 250 mm,uXe largeur intérieure supérieure de 300 mm et une largeur intérieure inférieure de 200 mm, l'épaisseur du volume de réfractaire est d'environ 40 mm, celle de la couche accumulatrice de calories de 15 mm, celle de la couche d'usure de 10 mm. - La figure 3 est un écorché d'un chenal de coulée dans lequel on peut voir les encoches (7) pratiquées perpendiculairement à l'axe de coulée dans les parois latérales du chenal et dans lesquelles viennent s'insérer les résistances électriques (5) ainsi que les échancrures (12) permettant d'améliorer l'étanchéité des joints entre éléments latéraux et horizontaux de la couche d'usure. - La figure 4 est également un écorché dans lequel les résistances électriques (5) sont disposées parallèlement à l'axe de coulée. - La figure 5 montre, en perspective, un assemblage de chenaux de coulée où les joints (8) des éléments latéraux de la couche d'usure (4) sont disposés par rapport aux joints (9) des différents chenaux de façon alternée afin d'éviter une détérioration trop rapide. On y voit également les rebords (10) sur lesquels peut venir s' appliquer le couvercle amovible. - Les figures 6 et 7 montrent un type particulier d'assemblage de chenaux dans lequel l'étanchéité des joints (8) de la couche usure est améliorée respectivement par la présence d'un bossage et d'un tenon Le chenal de coulée selon l'invention présente donc, de par sa composition et sa sturcture, des particularités intéressantes dans le domaine isolement thermique et tenue à la température, aux chocs thermiques, à l'abrasion et à la corrosion, ce qui en fait un appareil particulièrement résistant aux diverses conditions de traitement auquel il est soumis et, par suite, lui confère une durée, de vie importante et un entretien modéré. D'autre part, en raison même de sa structure, toute intervention est rende particulièrement aisée et simple. Le même principe,qui a été utilisé à la réalisation des chenaux de cout lée,peut trouver son application dans tous les dispositifs au contact avec un métal à l'état liquide et où se posent des problèmes d'abrasion, de corrosion et de protection thermique. Il en est ainsi, par exemple, pour les busettes de coulée, les flotteurs, les poches etc... REVENDICATIONS 10/ - Chenal de coulée comprenant une armature rigide et un volume réfractaire constitué par un matériau comportant au mo;i n type de fibres à haute résistance thermique et au moins un liant, caractérisé en ce que le volume réf ractaire est recouvert d'une couche hautement résistante à l'abrasion et à la corrosion et en ce qu'il existe un film coloré entre le film réfractaire et la couche hautement résistante. 2 / - Chenal de coulée selon revendication 1, caractérisé en ce que le volume de réfractaire comporte des logements dsT lesquels sont placés des moyens de chauffage et qu'ils sont séparés de la couche hautement résistante et du film coloré par une couche accumulatrice de calories. 30/ - Chenal selon la revendication 2, caractérisé en ce que les moyens de chauffage appartiennnt au groupe constitué par les résistances électriques et les éléments parcourus par des fluides caloporteurs. 40/ - Chenal de coulée selon les revendications 1, 2 et 3, caractérisé en ce que la couche hautement résistante à l'abrasion et à la corrosion se compose d'au moins un matériau fibreux réfractaire. 50/ - Chenal de coulée selon les revendications 1 et 2, caractérisé en ce que la couche hautement résistante à l'abrasion et à la corrosion est constituée d 'éléments standards interchangeables. 60/ - Chenal de coulée selon le revendication 5, caractérisé en ce que les éléments standard, sont munis de moyens d'assemblage appartenant au groupe des échancrures, bossages, tenons. 70/ - Chenal de coulée selon les revendications 1 et 2, caractérisé en ce que le film coloré se compose d'au moins un pigment minéral stable à haute température. 80/ - Chenal de coulée selon la revendication 2, caraetérisé en ce que la couche accumulatrice de calories se compose d'un matériau réfractaire dense. 90/ - Chenal de coulée selon les revendications 1 et 2, caractérisé en ce que sa section perpendiculaire à la direction de la coulée a un contour appartenant au groupe des contours rectilignes, curvilignes, ouverts, fermés. 100/ - Chenal de coulée selon les revendications 1 et 2, caractérisé en ce que, lorsque sa section a un côntourouvert, il est'muni à sa partie supérieure d'un couvercle amovible isolé thermiquement. 11 / - Chenal de ~ulf-e selon les revendications 1 et 2, caractérisé en ce qu'il constitue une unité d'un ensemble où les chenaux sont mis bout à bout et dans lequel les éléments de la couche hautement résistante à la corrosion et à l'abrasion sont disposés de façon que leurs joints sont a I'ecart des joints de la couche sous-jacente.