Brevet FR2444245A1 — publié le 19800711

L'invention concerne un procédé pour la réalisa- tion dune structure murale pour un four, consistant en une couche réfractaire cuite et un refroidisseur à plaques, constituant un ensemble de refroidissement coulé en même temps que la couche réfractaire, de façon à créer une surface effective de refroidissement solidaire de la couche réfractaire. Les fours métallurgiques de l & t actuel de la technique, par exemple ceux utilisés pour la fusion des minerais de fer ou pour le raffinage de métaux fondus, sont pourvus, sur leurs parois intérieures, dtun revêtement formé par une couche d'un matériau réfractaire, protégé par un dispositif de refroidissement distinct. On connait plusieurs techniques pour refroidir cette couche réfractaire; parmi ces techniques, le refroidisseur à plaques est de plus en plus utilisé dans l'industrie. La paroi réfractaire dtun haut fourneau est représentée en coupe verticale sur la figure 1 (a) et, partiel lement agrandie, sur la figure 1 (b), ,- Comme on le voit sur les figures 1 (a) et 1 (b), la paroi réfractaire de haut fourneau se compose de plusieurs rangées de refroidisseurs à plaques 1 destinées à refroidir le four, chaque élément refroidisseur étant coulé en même temps qutun tube de refroidissement 9,.Ce refroidisseur 1 est fixé à la surface intérieure du blindage 2, et une brique réfractaire 3 est mise en place sur la surface intérieure du refroidisseur 1 au moyen dwun mortier 10 servant d'adhésif.. Le four est refroidi par l'eauui s'écoule à travers le tube 9, et qui absorbe la charge thermique provenant de espace intérieur dufour, Les tubes de refroidissement 9 appartenant aux différents refroidisseurs à plaques 1 sont reliés entre eux par un tuyau de lia-ison 11. La figure 1 (c) présente une réalisation du refroidisseur à plaques 1 vu à partir du blindage 2. Pour réaliser des parois réfractaires ayant la structure mentionnée ci-dessus dans un haut fourneau, il est généralement nécessaire de mettre en place séparément les rangées de refroidisseurs à plaques 1 et les briques réfractaires 3. I1 n'est nécessaire d'appliquer aucune technique spéciale particulière pour mettre en place les parois réfractaires si la surface effective de refroidissement du refroidisseur à plaques I est plane. Cependant, si cette surface à la forme de la lettre grecque r' (L inversé), comme indiqué sur la figure 4, ou la forme d'un ff , comme indiqué sur la figure 2 (a), ou encore une autre forme présentant des saillies, il est nécessaire de disposer sur les surfaces intérieures du refroidisseur à plaques des briques réfractaires 3 de différentes dimensions. De plus, il faut une plus grande habileté technique pour réali ser les parois réfractaires avec un minimum d'interstices.. La figure 2 (b), présente sur la surface intérieure du refroidisseur à plaques, un nombre de saillies plus grand que sur la figure 2 (a). On connaît deux techniques pour résoudre les problèmes liés à la réalisation des parois réfractaires jouant également le roule d'un refroidisseur. L'une de ces techniques consiste à couler un refroidisseur à plaques et à installer sur sa surface effective de refroidissement une couche réfractaire faite en un réfractaire de coulée. L'autre technique consiste à former une couche réfractaire en ajustant des briques réfractaires à l'intérieur des évidements créés dans la surface effective du refroidisseur à plaques. La couche réfractaire préparée par la première méthode peut être séchée, mais sa cuisson est très difficile. La paroi réfractaire mise en place par cette méthode doit subir en outre une cuisson ; et bien que la cuisson s'effectue grâee à la chaleur du four dans la phase de démarrage des opérations, il arrive fréquemment que ne soient pas satisfaites les conditions de température et les conditions d'atmosphère de cuisson qui conviendraient à la couche réfractaire particulière. Par exemple, un réfractaire réalisé en une substance susceptible d'être coulée et à base de carbure de silicium a intérêt à être cuit dans une atmosphère réductrice; cependant, il est extrêmement difficile d'atteindre les conditions convenant à cette atmosphère réductrice, pendant la marche du four. Autre part, le refroidisseur à plaques produit par la deuxième méthode ci-dessus utilise une brique réfractaire pour former une couche réfractaire, de sorte qu'il peuX être immédiatement utilisé. Cependant, il est nécessaire, pour former un contact intime entre la couche réfractaire et la surface effective de refroidissement du refroidisseur à plaques, et pour que la première soit fermement fixée sur la dernière, non seule ment d'effectuer-un usinage précis-de la brique réfractaire, mais aussi d'avoir un mécanisme compexe de fixation et de retenue .- De plus, le pouvoir adhésif du moutier ou analogue diminue progressivement au fur et à mesure de l'utili- sation des parois réfractaires; ainsi, au bout d'un certain temps, il advient que les briques réfractaires ne tiennent en place que grâce aux forces de contact entre les briques adjacentes; en conséquence,si l'une des briques s'use, il en résulte une diminution des la liaison entre chacune des briques, ces qui a souvent pour conséquence que des briques sortent, les unes après les autres, du refroidisseur a plaques. L'invention a pour but de créer un procédé pour réaliser une structure murale pour un four, structure ne possédant pas les défauts et inconvénients de l'état actuel de la technique, décrits ci-dessus, La structure se compose d'une couche réfractaire cuite et d'un refroidisseur à plaques, qui est un système de refroidisement coulé avec la couche réfractaire de façon à créer une surface effective de refroidissement solidaire de la couche réfractaire. Plus particulièrement, la structure-de paroi de four selon l'invention comprend une couche d'un réfractaire de coulée formé d'une manière solidaire avec un refroidisseur à plaques, de sorte qu'elle ne peut pas se séparer aisément du refroidisseur. En outre, la couche réfractaire de coulée a subi une cuisson suffisante avant la coulée du refroidisseur pour -présenter la propriété réfractaire recherchée Un autre avantage de cette structure réside en ce qu'elle peut etre facilement réalisée à 11 échelle industrielle. Dans le procédé selon l'invention, on utilise un bloc réfractaire, formé et cuit à l'dvance, en tant qutélément du moule; le refroidisseur à plaques ainsi moulé possède une couche réfractaire solidaire de la surface intérieure du refroidisseur, de sorte que la couche réfractaire se trouvant sur la surace vint g ieure du refroidisseur à plaques, non seulement est renforcée, mais encore est en contact intime avec le refroidisseur à plaques. En outre, ce dernier permet un refroidissement uniforme, et empêche la création de contraintes.thermiques locales à l'intérieur de la couche réfractåire, de sorte que la structure de paroi de four selon l'invention présente une grande résistance au craquage sous contrainte thermique. L'invention concerne à cet effet. un procédé de production d'une structure de paroi de four, destinée à un four métallurgique, caractérisé ence qu'il comprend les étapes consistant à former et cuire un réfractaire susceptible d'être coulé, pour former une couche réfractaire constituant une surface d'un moule pour la coulée d'un refroidisseur à plaques, à positionner un tube destiné à l'écoulement d'un fluide de refroidissement dans espace creux du moule, et à verser un métal fondu dans cet espace, pour, de cette manière, mouler un refroidisseur à plaques qui, avec la couche réfractaire qui en est solidaire, forme une structure de paroi de four. L'invention sera mieux comprise en regard de la description ci-après et des dessins anaexés, qui représentent des exemples de réalisation de l'invention, dessins dans lesquels - la figure 1 (a) est une vue en coupe longitudinale d'une partie d'un haut fourneau possédant des parois réfractaires équipées de refroidisseurs à plaques, - la figure 1 (b) est une vue agrandie, de la partie A de la paroi réfractaire selon la figure 1 (a), - la figure 1(c) représente un exemple de refroidisseur à plaques installé dans la partie A, vu à partir du blindage 2 du haut fourneau, - les figures 2(a) et 2(b), ainsi que les figures 3 et 4 sont des vues en coupe de différentes réalisations d'une structure de paroi de four selon l'invention, - les figures 5 ;;) 6 sont des vues en coupe transversale d'un moule de coulée destinées à illustrer le moulage du refroidisseur à plaques, qui fait partie de la structure de paroi de four métallurgique. Par référence aux figures 2(a) et 2(b) ainsi que 3 et 4, le repère 1 désigne un refroidisseur à plaques et le repère 4 une couche réfractaire. Pour réaliser la couche réfractaire 4, on modèle un réfractaire moulable, ayant une composition convenable choisie en fonction de la nature du four et du point où sera utilisé le réfractaire, en forme de couche grâce à un procédé classique de moulage, par exemple par vibrations ou à la presse, cette opération étant suivie de la cuisson de la couche obtenue. On peut augmenter la surface efficace de refroidissement du refroidisseur à plaques 1, en rendant non-plane, comme indiqué sur les figures 2 et 3, la surface 6 de la couche réfractaire 4. La surface irrégulière 6 a pour but de diminuer les risques de fissure dus à la différence de déformation thermique entre la couche réfractaire 4 et le refroidisseur à plaques 1. Cependant si la surface de la couche réfractaire possédait des saillies angulaires comme représenté sur les figures 2(a) et 2(b), la différence de déformation thermique pourrait provoquer une fissure 15, par exemple à partir drun angle. Pour éviter ce phénomène, on peut, avant le moulage du refroidisseur à plaques, recouvrir les saillies se trouvant sur la surface de la couche réfractaire avec un matériau réfractaire, par exemple une fibre céramique, laquelle absorbe la dilatation thermique. Une autre technique pour diminuer les problèmes provoqués par la déformation thermique consiste à créer une rainure 7 dans la couche réfractaire 4, dans le sens de son épaisseur. Cette rainure formant joint de dilatation sert aussi à limiter le décollement de la couche réfractaire Si le refroidisseur à plaques 1 de coulée doit posséder une surface effective de refroidissement 5 ayant une forme spéciale non symétrique1 comme la forme dune lettre (L inversé) ou la forme d'un La couche réfractaire 4 décrite ci-dessus peut être formée avec un goujon 8 enfoncé dans la surface 6. Le goujon 8 peut être en un métal ayant la forme indiquée sur les figures 2(a) et 2(b) ou sur la figure 3, ou bien être en un matériau réfractaire ayant la forme représentée sur la figure 4. La couche réfractaire, formée de façon à satisfaire aux spécifications mentionnées ci-dessus, subit ensuite une cuisson sous une atmosphère et à la température adaptée à la composition du réfractaire. Pendant la cuisson, le goujon métallique 8 est exposé à un effet thermique mais son rôle de fixation n'en est pas diminué. La figure 5 illustre la manière dont on prépare un refroidisseur à plaques selon l'invention. On place la couche réfractaire 4, après cuisson, sur le fond d'un moule de coulée de refroidisseur à plaques, désigné par le repère 13. Un tube de refroidissement & à travers lequel, pendant llutili- sation du refroidisseur à plaques, circule un fluide de refroidissement, par exemple l'eau, est placé dans espace 12 formé à l'intérieur du moule de coulée, et on verse à l'~intérieur du moule un métal fondu 14, par exemple du fer ou du cuivre, cette opération étant suivie de la solidification de ce métal.. Sur la figure 4, le repère 7 représente une rainure (joint de dilatation) créée sur la couche réfractaire 4* Alors que la figure 5 présente une réalisation dans laquelle la couche réfractaire 4 est placée à l'intérieur du moule 13, la figure 6 présente une autre réalisation, dans laquelle la couche réfractaire 4 fait partie du moule 13. EXEMPLE Préparation d'un refroidisseur à plaques de 600 x 1400 mm, avec tubes incorporés, On a introduit un réfractaire moulable: à base de carbure de silicium dans un châssis de moule de 600 x 700 mm; on a appliqué au châssis une force de vibration (fréquence 60 Hz, accélération 7 g) pour provoquer Irécoulement 2 du réfractaire moulable; sous une pression de 3 kg/cm , on a formé le réfractaire moulable pour lui donner la forme d'une couche réfractaire de 200 mm dtépaisseur ayant la forme dtun comme indiqué sur la figure 2(a). Des goujons 8 ont été ensuite enrobés partiellement dans la couche réfractaire comme représenté dans la figure 2(a). Le réfractaire est ensuite cuit à 1 3000C. On place côte à c8te deux de ces réfractaires cuits, sur le fond d'un moule de coulée, la surface non-plane étant dirigée vers le haut. On a placé dans le moule des tubes de refroidissement, et on a préparé une coulée en sable. Pour éviter la rupture des saillies de la couche réfractaire en raison du retrait (le coefficient de retrait étant de 8 à 12/1000) ou une sollicitation de la pièce coulée (par exemple la fonte), on a recouvert les saillies d'une certaine quantité de fibres réfractaires, cette quantité étant suffisante pour compenser ltéventuel retrait du métal coulé. Après ces opérations préliminaires, on a chauffé la couche réfractaire à 6000C avec un brûleur, et on a versé le fer fondu et ductile dans le moule pour créer une pièce coulée de 200 mm d'épaisseur. Après le démoulage, on a recuit la pièce coulée à 6000C pendant 6 heures pour réduire les contraintes thermiques résiduelles. On a prélevé du refroidisseur à plaques obtenu un échantillon, pour vérifier les éventuelles fissures qui se seraient produites pendant l'opération de coulée, mais aucune fissure nta été observée. Le refroidisseur à plaques a été installé sur la surface intérieure du blindage d'un haut fourneau, dans la partie inférieure de la cheminée du haut fourneau. La couche réfractaire du refroidisseur à plaques préparé par la méthode selon l'invention a présenté une usure moindre qu'une paroi réfractaire (à base d'-alumine, épaisseur 5OOmm) qui avait été combinée avec le refroidisseur à plaques prépré par le procédé classique, et qui n'avait duré que 8 moias7à-un an et 2 mois. La couche réfractaire du refroidisseur à plaques préparé selon l'invention a présenté une durée utile de vie de 3 ans en marche c-ontinue..- Un refroidisseur à plaques dans lequél la couche réfractaire avait été obtenue par la mise en place de briques réfractaires (à base de carbure de silicium, épaisseur 200 mm) dans des évidements aménagés dans la surface effective de refroidissement a donné des résultats aussi bons que le refroidisseur à plaques selon l'invention jusqu'à 1 an et demi après son démarrage; cependant,- après cette période,. la couche réfractaire se décolla soudain de la surface du refroidisseur à plaques..Ce phénomène était vraisemblablement dû à la diminution de la force de liaison entre chacune des briques réfractaires si une brique usée se décollait,. lrune des briques adjacentes se- décollait aussi, de sorte que les briques se décollaient les unes après les autresv Comme il a été décrit ci-dessus, la surface 6. de la couche réfractaire 4 préparée par le procédé selon l'inventian, sert de moule dans lequel on versq un métal fondu pour couler un refroidisseur à plaques; en conséquence. il n'est pas nécessaire d'effectuer des travaux spéciaux, par exemple un découpage, pour créer un contact intime entre la surface 6 de la couche rfractaire 4 et la surface effective de refroidissement 5 du refroidisseuràplaques 1, de sorte que l'on obtient un refroidissement efficace de la couche réfractaire 4. Comme le refroidisseur à plaques 1 est moulé en même temps que le goujon 8, il est fermement lié à la couche réfractaire 4, ce qui assure une longue durée de vie à la paroi réfractaire obtenue si elle est utilisée dans un four à usage métallurgique. En outre, la couche réfractaire 4 est créée par la formation et la cuisson d'un réfractaire moulable; c'est la raison pour laquelle onpeut immédiatement utiliser le refroidisseur à plaques 1 créé avec la couche réfractaire 4 en tant qu'élément structural pour les parois réfractaires d'un four à usage-métallurgique. REVENDICATIONS 1.- Procédé pour la réalisation-d'une structure de paroi de four, destinée à un four à usage métallurgique, procédé caractérisé en ce qu'on forme et cuit un réfractaire moulable, sous forme d'-une couche réfractaire (4) constituant une surface d'un moule destiné à couler un refroidisseur à plaques; on place dans la cavité de ce moule un tube (9) pour un fluide de refroidissement, et on verse- un métal fondu dans cet espace pour mouler un refroidisseur à plaques (1) qui, combiné avec la couche réfractaire, forme une structure de paroi de four. 2.- Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que la surface de la couche réfractaire qui doit être en contact avec le refroidisseur à plaques est pourvue des saillies. 3.- Procédé selon la revendication 1, caractéri sé en ce que la couche réfractaire est pourvue d'au moins une rainure formant joint de dilatation dans le sens de ltépaisseur de la couche réfractaire. 4.- Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que, lors du formage de la couche réfractaire, un goujon est enrobé dans la surface de la couche destinée à être en contact avec le refroidisseur à plaques. 5.- Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que le refroidisseur à plaques, après moulage, est soumis à un traitement thermique pour diminuer les éventuelles déformations thermiques créées dans la pièce pnoulée.- 6.- Procédé selon la revendication 2, caractéri sé en ce que les saillies sont angulaires. 7. Procédé selon la revendication 6, caractérisé en ce que les saillies angulaires sont recouvertes de fibres réfractaires destinées à absorker le retrait du métal fondu; retrait susceptible de se produire pendant le moulage du refroidisseur à plaques.