Brevet FR2430583A1 — publié le 19800201

La présente invention concerne un procédé et un dispositif d'un four de fusion métallurgique chargé tel que haut-fourneau ou autres fours à cuve, four comportant un garnissage réfractaire et un blindage extérieur en tôle d'acier entourant ledit garnissage. Le fort régime de productivité auquel on soumet les fours à cuve, notamment les hauts-fourneaux,depuis ces dernières années, a notablement accéléré 11 usure du garnissage réfractaire, en particulier de la partie inférieure de la cuve, d'un tel four. Les raisons de cette usure rapide du garnissage réfractaire sont multiples. Certaines doivent être vues dans l'action des gaz injectes et/ou dégagés dans le four sur le garnissage, l'action mécanique et/ou thermique et/ou chimique de la charge sur le garnissage lors de sa descente progressive dans le four, l'action de la fonte sur le garnissage, etc... Lorsque l'usure du garnissage réfractaire devient très avancée, le blindage devient incandescent et se détériore rapidement. On peut éviter ou supprimer le rougissement thermique du blindage- en le refroidissant immédiatement à l'air dès l'apparition d'une zone de rougissement. Cette manière de procéder entraîne des consommations élevées en air de refroidissement qui peuvent facilement dépasser le million de m3 par mois et par four. Mais, lorsque I'opération de refroidissement intervient trop tardivement, le blindage se fissure et le four doit être arrêté en cours de campane qui, d'une façon courante, dure plusieurs annees. On a déjà essayé de maintenir le four dans des conditions normales de fonctionnement en injectant périodiquement sous pression un mélange réfractaire de garnissage à travers des trous ménagés préalablement dans le blindage en face des zones où le matériau d garnissage réfractaire a disparu. Pendant la réalisation trous d'injection et l'opération d'injection du mélange rdgractaire de recarnissage, on arrête simplement le soufflage dans le four qui est donc maintenu chaud et chargé à plein. Les mélanges refractaires de regarnis sage injectées dans le four à une pression- d'au moins 20 bars, et pouvant dépasser 100 bars, Si besoin est, doivent être suffisamment fluides pour pouvoir être injectés, mais ne doivent pas être trop fluides afin d'éviter une pénétration trop profonde des mortiers dans la charge du four, charge oui, au niveau de la cuve, du ventre et des étalages, se compose de couches successives de coke, de fondants et de minerais de fer plus ou moins frittés. Les mélanges réfractaires couramment utilisés sont de composition connue comportant principalement une forte proportion d'alumine (de l'ordre de 45 à 90 % en poids) et un liant hydraulique, phosphorique, silicieux, base d'huile etc... Les compositions de ces produits pulvérulents réfractaires de garnissage étant généralement connues (voir par exemple le brevet français 2.312.469), il n'est pas nécessaire de les décrire ici. Les mélanges réfractaires contenant de l'eau doivent en contenir le moins possible (de préférence entre 4 et 11 % en poids), car dès qu'ils sont portés à une température supérieure à 1000C en contact avec la charge du four, qui dans les zones critiques d'usure est à des températures comprises entre environ 8000 et L.4000C, cette eau s'évapore et se dépose sur la face interne du blindage sous forme d'un film mince de vapeur qui e le le mélae réfractaire d'adhérer intimement au blin- dage au cours de son durcissement à l'intérieur du four. On a donc proposé de remplacer l'eau par une huile liquide dans les compositions de mélange réfractaire (voir le brevet français déjà cité 2.312.469). Si l'adhérence du mélange . réfractaire sur le blindage a pu ainsi être améliorée, elle est encore trop souvent insuffisante pour empêcher, lors de la descente de la charge, l'arrachement du nouveau garnis sage fortement imbriqué avec les morceaux et produits en vrac et frittés constituant ladite charge. La présente invention a pour but de supprimer ces incon vénients et de proposer un procédé et un dispositif de regarnissage d'un four à cuve tel qu'haut-fourneau grâce auxquels le mélange réfractaire injecté dans le four reste solidaire du blindage dudit four. Le procédé de regarnissage d'un four à cuve tel qu'un haut-fourneau chargé et maintenu en température, procédé selon lequel on arrete le soufflage dans le four pendant que l'on ménage des trous d'injection dans les zones du blindage ayant perdu leur garnissage réfractaire et l'on injecte ensuite sous pression à travers lesdits trous une quantité de mélan ge réfractaire suffisante pour réaliser dans la zone autour de chaque trou d'injection un regarnissage adhérant au blindage et se composant, au voisinage dudit blindage, d'une couche de m é 1 a n g e réfractaire pur et, à une certaine distance dudit blindage, d'un agglomérat de m é 1 a n g e réfractaire et de particules ou morceaux de la charge, conformément à la présente invention,est caractérisé en ce que, préalablement à l'injection du mélange réfractaire, on fixe, sur le blindage, à une certaine distance de chaque trou d'injection et dans le trou d'injection, un certain nombre d'élements d'accrochage métallibues, réfractaires ou non, ou de retenue pénétrant dans l'intérieur du four à travers ledit blindage et que lors de l'injection, on enrobe lesdits éléments d'accrochage par la masse du mélange réfractaire injecté. Ainsi, les couches de regarnissage sont mécaniquement fixées sur le blindage et ne sont détruites que par l'usure normale du regarnissage mais ne sont plus emportées en bloc par la charge descendant dans le four Le dispositif de regarnissage d'un four à cuve comporte au moins un trou d'injection pratiqué dans le blindage du four à un endroit où ledit blindage ne présente déjà plus de garnissage ou perdra son garnissage, une tubulure de raccordement fixée de façon étanche sur la face extérieure du blindage dans le prolongement dudit trou d'injection, une tubulure d'injection susceptible d'être raccordée - pour l'opération d'injection - à la tubulure de raccordement et à une pompe de refoulement ainsi que, le cas échéant, un organe obturateur recouvrant de façon étanche entre deux opérations d'injection, l'extrémité de raccordement de la tubulure de raccordement, et est caractérisé du fait-qu'il comprend aussi des éléments d'accrochage ou de retenv-equi sont fixés sur le blindage, penè- trent dans le four et se trouvent à une distance du trou d'injection telles que ces éléments peuvent être atteints par et noyés dans la masse du m é 1 a n g e réfractaire avant la prise de celui-ci. Au lieu d'installer le dispositif de regarnissage sur le four à cuve tel que haut-fourneau, peu de temps avant la première opération de regarnissage, on peut également monter ce dispositif sur le four pendant la construction de celuici, à l'exception des éléments d'accrochage qui ne seront mis en place que lorsque leur présence devient nécessaire. L'invention sera décrite en détali sous la forme d'un mode de réalisation non limitatif et à l'aide des dessins annexés sur lesquels - la figure 1 est une vue en élévation d'une coupe radiale verticale à travers le blindage d'un haut fourneau, blindage muni du dispositif de regarnissage ainsi que d'une couche de regarnissage, - la figure 2 est une vue en élévation sur le dispositif de regarnissage suivant la flèche E1 de la figure 1, et, - la figure 3 est une vue en élévation analogue à la figure 1, mais montrant le dispositif de regarnissage muni d'une tubulure d'injection. La constitution d'un four à cuve tel que haut-fourneau étant largement connue, il n'est pas nécessaire de la décrire ici en détail. Pour l'objet de la présente invention, il convient seulement de noter qu'il comporte un blindage 1 en tôle d'acier de forme généralement tronconique revêtu sur sa face intérieure d'un garnissage réfractaire qui protège le blindage contre un echauffement trop important. Le four contient une charge de composition connue comprenant notamment du coke, des fondants et des minerais de fer. Le dispositif de regarnissage associé au four comprend par zone de regarnissage d'une superficie comprise entre 0,25 m2 et 4,00 m2 un trou d'injection 2 pratiqué de préférence horizontalement dans la tôle de blindage 1 dans la partie centrale de ladite zone, la longueur dudit trou 2 étant déterminée par l'épaisseur du blindage 1, qui est de l'ordre de 5 à 8 cm. I1 importe que le diamètre du trou d'injection 2 soit compatible avec la granulométrie de la charge du four et ne permette pas une fuite de la charge. Ainsi, il est préférable que le diamètre du trou d'injection 2 ne dépasse pas 10 cm et soit plutôt de l'ordre de 5 cm. D'autres trous d'injection 2 sont prévus pour d'autres zones de regarnissage et sont distants l'un de l'autre d'environ 0,5 à 2 m et de préférence de 0,8 à 1,0 m. Une tubulure de raccordement 3 est fixée, par exemple par soudage, sur la face extérieure du blindage 1 et entoure de façon étanche le trou d'injection 2. Cette tubulure de raç- cordement 3 est relativement courte et se termine par une bride 4 sur laquelle peut être fixé de façon amovible, par exemple à l'aide de boulons, un organe obturateur tel qu'une plaque d'étanchéité 5, un joint d'étanchéité 6 étant interposé entre celle-ci et la bride 4. Pour l'injection du mélange réfractaire, on enlève la plaque d'étanchéité 5 et, après avoir débouché la tubulure de raccordement 3 et le trou d'injection 2 jusqu'à la communication avec la charge 16 du four, opération qui peut être effectuée à l'aide d'une perforatricequi peut être pneumatique ou électrique, munie d'un taillant d'un diamètre légèrement inférieur au diamètre du trou d'injection 2, on raccorde à la bride 4 la bride frontale 7 d'une tubulure d'injection 8 dont l'extrémité arrière est munie d'un raccord 9 pouvant se fixer sur le flexible d'une pompe de refoulement adaptée au produit à injecter (péristaltique, à piston, etc.). Différents types de ces pompes se trouvent dans le commerce et ne font pas partie de la présente invention.La tubulure d'injection 8 est munie d'une vanne d'obturation 10, ce qui permet -après fermeture de celle-ci- de débrancher le flexible de la pompe de refoulement aussitôt après la fin de l'opération d'injection. Le dispositif de regarnissage comprend aussi -en tant que moyens essentiels - un certain nombre d'éléments d'accrochage et de retenue 11 qui sont, de préférence, en métal ou comportant au moins une âme métallique ou réfractaire. -Ces éléments d'accrochage 11 ont une forme de tige et sont par exemple avantageusement constitués par des ronds à béton dont la surface est en général conformée de façon à assurer une liaison de forme entre le rond et le: béton dans le sens axial dudit rond à béton. Les éléments d'accrochage 11 sont introduits dans le four à travers des perçages de passage 12 pratiqués dans le blindage 1, de préférence horizontalement et dont le diamètre est de l'ordre de 1, 5 à 3,0 cm et adapté à celui des éléments d'accrochage 11. I1 s'est avéré que des ronds à béton ayant des diamètres compris entre 0,5 et 1,5 cm conviennent parfaitement pour remplir la fonction des éléments d'accrochage 11. Ceux-ci pénètrent dans le four sur une longueur qui, pour l'efficacité d'accrochage, doit être supérieure à 5 cm, et de préférence à 10 cm. On a d'ailleurs constaté d'excellents résultats avec des éléments d'accrochage 11 dont la longueur de pénétration est de l'ordre de 25 à 35 cm. Ces éléments d'accrochage 11 sont fixés sur le blindage 1 à partir de la face extérieure de celui-ci et de pr6- férence de façon amovible en vue de leur remplacement avant une nouvelle opération de regarnissage. Suivant un mode de réalisation préféré, on fixe par soudage sur la face extérieure du blindage 1 un tube de support 13 qui est de faible longueur, taraudé et disposé coaxialement au perçage de passage 12. L'extrémité arrière de l'élément d'accrochage 11 est fixée, par exemple par soudage, dans l'alésage central coaxial 14 d'un boulon de support 15 dont la partie filetée est vissée dans le taraudage du tube de support 13. La tête du boulon de support 15 permet la manoeuvre de l'élément d'accrochage 11 et porte, en position de service, contre l'extrémité arrière du tube de support 13. Ces éléments 11, leurs tubes 13 et les persages coaxiaux correspondants 12 sont disposés plus ou moins régulièrement autour du trou d'injection 2 de préférence à une distance comprise entre 10 et 80 cm. De bons résultats d'accrochage ont été obtenus avec quatre éléments 11 par trou d'injection 2 disposés régulièrement espacés sur un cercle d'un diamètre de-60 cm et dont le centre coincide avec l'axe du trou d'injection 2 (voir figure 2). Bien entendu, le nombre des éléments d'accrochage 11 par trou d'injection2, les distances entre ces éléments 11 et ledit trou 2, la répartition plus ou moins régulière des éléments 11 sur un ou plusieurs cercles, la longueur de pénétration des éléments dans le four etc... sont des paramètres qui doivent être adaptés à chaque cas particulier et notamment aussi à la composition des mélanges réfractaires. On peut utiliser aussi pour l'accrochage, des fils métalliques droits, torsadés, ou formés en tire-bouchon, et fixés par un point de soudure aux orifices 2 et 12. Les compositions des mélanges réfractaires sont connues et sont sensiblement les memes que ceIles utilisées pour le regarnis sage des fours métallurgiques dont l'intérieur est accessible et est vide lors de l'opération de regarnissage. Lorsque l'on utilise des mélanges réfractaires gâchés avec de l'eau, on veillera que leur teneur en eau ne dépasse pas 15% en poids, et de préférence soit de l'ordre de 5 à 10% en poids. On peut aussi utiliser des ciments à l'huile. I1 faut noter que la composition du mélange réfractaire ne fait pas partie de la présente invention On donnera ci-après la composition d'un mélange réfractaire qui a donné de bons résultats de tenue de regarnissage, dont la durée est de plusieurs mois A1203 ................. 46 - 488 en poids SiO2 .................. 47 - 49% TiO2 ................. 0,9 - 1,1% Fe2O3 0,9 - 1,1% - .. 2,3 - 2,6% eau ................... . 5 à 7% en poids du mélange solide. granulométrie maximum 2 mm. Avant l'opération d'injection du mélange réfractaire, on arrête le soufflage dans le four qui reste cependant entièrement chargé et maintenu en température et on met en place les éléments d'accrochage. La mise en place du dispositif de regarnissage doit entre effectuée dès l'apparition de zones rougissantes sur le blindage 1 du four. On peut cependant aussi prévoir ce dispositif de regarnissage lors de la construction du four et cela pour toutes les zones de blindage, zones que l'on estime sujettes à une usure prématurée du garnissage. Dans ce cas, cependant, on installe., à la place des éléments d'accrochage 11 et leurs boulons de support 15, des boulons d'obturation qui seront remplacés par lesdits éléments 11 juste avant l'opération d'injection. Pour l'injection. du mélange réfractaire, on utilisera la tubulure d'injection 8. Lorsque le mélange réfractaire pénètre dans le four à travers le trou 2, il s'infiltre d'abord dans la charge du four tel que le coke en morceaux ou les minerais en vrac. Sous l'influence de la température élevée (de l'ordre de 800 à 14500 C) régnant à l'endroit de l'injection, le mélange réfractaire prend très rapidement et se céramise et forme ainsi une dalle de déviation qui oblige les quantités suivantes de mélange réfractaire à s'étaler le long de la face intérieure du blindage 1 et la charge 16 du four. Le mélange réfractaire se répand donc autour du trou d'injection tout. en pénétrant aussi dans la charge 16,-mais en raison de sa prise rapide, la pénétration dans la charge -dans le sens radial du four- reste limitée. Ainsi le mélange réfractaire atteint les éléments d'accrochage 11, les noie dans sa masse et les dépasse le long du blindage 1. On constate que grâce à cette opération, on réalise un regarnissage du blindage 1, ce regarnissage comportant une première couche 17 pratiquement en mélange réfractaire pur et en contact avec le blindage, et une deuxième couche 18 qui est constituée d'un agglomérat de mélange réfractaire et de charge, agglomérat dont le pourcentage en mélange réfractaire diminue rapidement de l'extérieur vers l'intérieur du four. On a constaté que l'épaisseur de l'ensemble des deux couches 17, 18 du regarnissage est relativement uniforme et est de l'ordre de 40 à 60 cm. On a également constaté que même la couche d'agglomérat 18 possède une résistance mécanique remarquable et présente une capacité d'isolement thermique notable. Le mode de réalisation tel que précédemment décrit peut subir un certain nombre de modifications sans que l'on sorte pour cela du cadre de protection déterminé par les revendications annexées. R E V E N D I C A T I O N S 1. Procédé de regarnissage d'un four à cuve tel que hautfourneau chargé et maintenu en température, procédé selon lequel on arrête le soufflage dans le four pendant que l'on ménage des trous d'injection dans les zones du blindage ayant perdu totalement ou partiellement leur garnissage réfractaire et l'on injecte ensuite sous pression, à travers lesdits trous, une quantité de mélange réfractaire suffisante pour réaliser dans la zone, autour de chaque trou d'injection, un regarnissage adhérant au blindage et se composant, au voisinage dudit blindage, d'une couche de mélange refrac- taire pur et, a une certaine distance dudit blindage, d'un agglomérat de mélange réfractaire et de particules en morceaux de la charge, caractérisé en ce que, préalablement à l'injection du mélange réfractaire, on fixe sur le blindage, à une certaine distance de chaque trou d'injection, et dans le trou d'injection, un certain nombred'éléments d'accrochage ou de retenue pénétrant dans l'intérieur du four à travers ledit blindage et que, lors de l'injection, on enrobe lesdits éléments d'accrochage par la masse du mélange réfractaire injecté. 2. Dispositif de regarnissage diun four à cuve tel que haut-fourneau, muni d'un blindage en tôle d'acier, dispositif comprenant, pour chaque zone de regarnissage, au moins un trou dtinjec- tion pratiqué dans le blindage et des moyens permettant de le raccorder à une pompe de refoulement, et étant caractérisé en ce qu'il comprend aussi des éléments d'accrochage qui sont fixés sur le blindage, pénètrent dans le four et se trouvent à une distance de trou d'injection telle que ces éléments peuvent être atteints par et noyés dans la masse du mélange réfractaire avant la prise de celui-ci. 3. Dispositif selon la revendication 2, caractérisé en ce que le trou d'injection est prolongé à l'extérieur du four par une tubulure de raccordement fixée coaxialement audit trou et de façon étanche sur la face extérieure du blindage, cette tubulure de raccordement étant susceptible d'être obturée ou d'être raccordée à une tubulure d'injection. 4. Dispositif selon la revendication 3, caractérisé en ce que la tubulure d'injection comprend-'une. vanne d'obturation. 5. Dispositif selon la revendication 2, caractérisé en ce que les éléments d'accrochage comprennent au moins une âme métallique qu réfractaire. 6. Dispositif selon la revendication 2, caractérisé en ce que les éléments d'accrochage sont constitués par des ronds à beton. 7. Dispositif selon la revendication 2, caractérisé en ce que les éléments d'accrochage sont constitués par des ronds métalliques formés en tire-bouchon. 8. Dispositif selon la revendication 2, caractérisé en ce que les éléments d'accrochagé sont amovibles et sont fixés ou non sur le blindage du four. 9. Dispositif selon la revendication 2, caractérisé en ce que, à l'emplacement de chaque élément d'accrochage, le blindage comporte un perçage de passage prolongé à l'extérieur par un tube de support sur lequel peut être fixé, soit l'extrémité arrie- re de l'élément d'accrochage correspondant ou un simple bouchon d'obturation. 10. Dispositif selon la revendication 8, caractérisé en ce que le tube de support est taraudé et l'extrémité arrière de l'élément d'accrochage est fixée sur un boulon de support vissé dans ledit tube de support. 11. Four à cuve muni d'un dispositif de regarnissage selon l'une des revendications 2 à 10. 12. Four à cuve caractérisé en ce que son blindage comporte au moins un trou d'injection pour le mélange réfractaire de regarnissage et au moins un perçage de passage disposé à proximité dudit trou et prolongé vers l'extérieur du blindage par un tube d'introduction et de support pour un élément d'accrochage.