Brevet FR2484620A1 — publié le 19811218

- 1- L'invention se rapporte aux fours à longerons et concerne plus particulièrement des plots ou boutons réfrac- taires pour de tels fours. Depuis quelques années, les fours à longerons mobiles refroidis tendent à remplacer les fours poussants pour le réchauffage de brames, blooms ou billettes d'acier en raison, notamment, de leur capacité de production supé- rieure, de leur bonne fiabilité et de leur intérgt économi- que. Dans les fours à longerons, la charge (brames, blooms ou billettes) à réchauffer passe successivement des longerons mobiles à des longerons fixes, sans frottement, par pose et dépose contrôlées sur des plots ou boutons es- pacés, solidaires des longerons et faisant saillie sur le dessus desdits longerons. Les longerons étant constitués d'un tube métallique (d'un diamètre de 130 à 220 mm envi- ron) refroidi intérieurement par une circulation d'eau et d'un garnissage réfractaire isolant relativement épais (60 mm environ) gainant ledit tubes il y aurait avantage à ce que les plots ou boutons soient les plus hauts possibles de façon que leur face supérieure soit à une t empérature aussi voisine que possible de celle de la face inférieure de la charge. Egalement, plus les plots ou boutons sont hauts, moins il y a à redouter l'effet d'ombre que peuvent exercer les longerons et leur garnissage isolant sur le chauffage de la charge par les braleurs inférieurs latéraux. Cependant, les plots ou boutons actuellement em- ployés, qui sont réalisés en un alliage à 50%a de cobalt, % de chrome et 20% de fer, ont tendance à s'écraser, par suite d'une résistance au fluage insuffisante, après quel- ques mois de fonctionnement lorsque leur hauteur dépasse une certaine valeur (90 mm environ), passant d'une forme cylin- drique initiale à celle d'un champignon, du fait que les contraintes pouvant être supportées par le métal diminuent lorsque la température en service du métal augmente, ce qui est le cas lorsqu'on accroît la hauteur des plots ou boutons. Pour cette raison, la hauteur des plots actuels est compri- se dans la gamme de 70 à 90 mm. Pour remédier à cet incon- -2 - vénient, on a proposé d'employer un alliage riche en nickel à la place de l'alliage sus-mentionné, mais les résultats obtenus n'ont pas été, à la connaissance de la Demanderesse, pleinement satisfaisants. En outre, il faut noter que les plots ou boutons en alliage utilisés jusqu'à présents sont très onéreux. Il existe donc un besoin pour des plots ou bou- tons de relativement grande hauteur pour fours à-longerons qui soient plus performants que les plots ou boutons actuel- lement utilisés et qui soient moins chers que ces derniers. La présente invention a pour objet de satis- faire ce besoin en fournissant un nouveau plot ou bouton pour fours à longerons. L'invention concerne un plot ou bouton pour fours à longerons comprenant un corps en une matière réfrac- taire à base d'oxydes, et une chemise en alliage métallique réfractaire entourant la périphérie du corps, des moyens étant prévus pour éviter l'arrachement vers le haut du corps par rapport à sa chemise. De préférence, le corps fait légèrement saillie à sa partie supérieure par rapport à la chemise. Selon un mode de réalisation préféré, le plot ou bouton comporte, en outre, un renforcement métailique noyé dans le corps en matière réfractsJre. Par "plot ou bouton", il fat entendre aussi bien des éléments de forme générale circulaire que de forme générale carrée, rectangulaire ou autre. Il faut prévoir des moyens évitant l'arrache- ment du corps afin d'éviter que le corps, sous l'effet d'un collage avec la charge à réchauffer, ne soit arraché de sa chemise. On s'est, en effet, aperçu qu'un tel phénomène in- désirable pouvait se produire dans le cas de corps simple- ment frettésdans une chemise cylindrique. Les moyens anti- arrachement peuvent consister à donner à la chemise une sec- tion allant en diminuant de sa base à son sommet, par exem- ple à donner à la chemise une forme tronconique ou pyrami- dale. En variante, on pourrait donner à la chemise une forme ondulée ou prévoir des saillies sur la surface interne de la -3 - chemise destinées à retenir le corps contre toute force vi- sant à l'arracher de sa chemise. Les matières réfractaires à base d'oxydes utili- sables sont toutes les matières réfractaires fondues et coulées qui présentent un fluage très faible dans les con- ditions de service des plots (température de l'ordre de 13000C et efforts de compression de l'ordre de 2,5 N/mm par exemple), sont insensibles à l'oxydation, résistent à l'atta- que par l'oxyde de fer, donc peu poreuses, et présentent une tendance réduite au collage avec la calamine présente sur la surface de la charge à réchauffer. On pourra, en général, utiliser les matières réfractaires fondues et coulées uti- lisées pour réaliser les soles des fours poussants. Des exemples non limitatifs de telles matières sont les suivants: - une matière réfractaire fondue et coulée dont la composi- tion chimique est approximativement, en poids, 73% d'Al203, % de ZrO2, 20% de SiO2, 0,5% de TiO2, 0,3% de CaO, 0,5% de Fe2O3 et 0,7% de Na20, et dont la composition cristallo- graphique est, en poids, 43% de corindon, 5% de zircone, 37%o de mullite et 15% de phase vitreuse. Cette matière est disponible dans le commerce sous la marque MAGIAIOX et est largement utilisée pour la construction des soles de fours poussants; - les matières réfractaires fondues et coulées, recommandées dans le brevet français nO 2 295 930 ou le brevet améri- cain nO 4 139 394 pour le garnissage des soles de fours poussants et dont la composition chimique est, en poids, de 10 à 28% de ZrO2, 3 à 12% de SiO2, 60 à 80% d'A1203, 0,3 à 1,5% de Na20, jusqu'à 5% au total de Fe203, TiO2, CaO et MgO avec la condition que le rapport pondéral Si02 12 2016 et dont la composition cristallographique, en Na2O " poids, est de 60 à 80% de corindon, 10 à 28% de zircone et à 19% de phase vitreuse, la somme corindon + zircone + phase vitreuse constituant au moins 99% de la composition et la somme zircone + 2,5 (phase vitreuse) étant comprise entre 33 et 57,5i%. A la place de réfractaires fondus et coulés, on peut aussi utiliser des bétons réfractaires et des matériaux - 4 - réfractaires /frittés à haute teneur en alumine, en particulier les bé- tons réfractaires décrits dans les demandes de brevets français N S 76. 22344 et 77.14717 ou dans le brevet des E.U.A. no 4 111 711, spécialement ceux contenant de l'oxy- de de chrome. A ce jour,cependant, on préfère utiliser des matières réfractaires fondues et coulées (appelées aussi électrofondues) pour constituer le corps des plots. La chemise est constituée d'un alliage métalli- que réfractaire ayant une bonne résistance mécanique à haute température. Des exemples non limitatifs d'alliages qui con- viennent sont des aciers réfractaires tels que les suivants: - 0,5% C, 26,5% Cr, 48,5%o Ni, 6,25% W et du fer pour le com- plément à 100%; - 0,4% O, 25% Cr, 20% Ni et du fer pour le complément à 100%. De préférence, le plot de l'invention comprend, en outre, une semelle métallique sur laquelle repose le corps réfractaire, de façon à répartir les efforts de compression exercés sur le corps sur une plus grande surface du longeron refroidi. Les plots ou boutons selon l'invention ont des hauteurs d'au moins 70 mm environ, de préférence de 100 à mm afin de minimiser le transfert thermique de la charge à réchauffer vers les longerons refroidis. Une telle hauteur, qui représente un progrès important par rapport aux 70-90 mm des plots ou boutons de la technique antérieure, est rendue possible grâce au faible taux de fluage à haute température des matières réfractaires utilisées pour constituer le corps des plots de l'invention. Le IGN ML0X résiste, par exemple, à 13000C à des pressions de l'ordre de 30 N/mm2 alors que les efforts de compression exercés sur les plots par les charges à réchauffer sont de l'ordre de 2,5 à 3 N/mm2. Par ailleurs, du fait que les matières réfractaires fondues et coulées à base d'oxydes ont une conductivité thermique beaucoup plus faible que les alliages métallique utilisés pour la réalisa- tion des plots de l'art antérieur, le transfert thermique de la charge à réchauffer vers les longerons refroidis est fortement minimisé, ce qui permet d'obtenir une homogénéité - 5- du réchauffage améliorée. Le renforcement métallique, facultatif mais pré- féré, noyé dans le corps, a pour but d'améliorer la résistan- ce aux chocs mécaniques et thermiques du corps, les matières réfractaires étant relativement fragiles à ces chocs. Egale- ment, en cas de bris du corps, ce renforcement a tendance à retenir les morceaux du corps qui, autrement, risqueraient d'être arrachés du plot, par exemple par suite d'un collage avec la calamine des charges à réchauffer. Le renforcement métallique peut présenter diverses configurations. Il peut, par exemple, être constitué par un insert métallique de for- me cruciforme ou en forme d'ailettes solidaires d'un mât central. Il peut également être constitué d'ailettes soli- daires de la chemise et réparties sur la surface interne de celle-ci, auquel cas le renforcement métallique peut remplir simultanément le rÈle des moyens anti-arrachement0 Les plots ou boutons de l'invention peuvent être facilement fixés aux longerons les supportant par soudure de la base de la chemise auxdits longerons. La fabrication d'un plot ou bouton de l'inven- tion, lorsqu'on utilise une matière réfractaire fondue et coulée pour constituer le corps du plot, peut s'effectuer en coulant dans la chemise reposant sur sa base la matière ré- fractaire fondue et en l'y laissant se solidifier, une masse- lotte étant prévue sur le dessus de la chemise formant moule de façon à y localiser la cavité de mtassure. Après refroi- dissement, on scie la partie solidifiée correspondant à la masselotte, la ligne de sciage se trouvant légèrement au- dessus du sommet de la chemise. On pourrait aussi, bien entendu, couler le corps réfractaire à part et l'introduire ultérieurement dans la chemise. De préférence, on fait reposer le corps réfrac- taire sur une semelle métallique qui-répartit la contrainte sur une plus grande surface du longeron refroidi. La description qui va suivre, faite en se réfé- rant aux dessins,fera bien comprendre l'invention0 Sur les dessins: - 6 Les figures la et lb sont des vues en coupe verticale et horizontale, respectivement, d'un plot selon 1'invention. Les figures 2a et 2b sont des vues en coupe ver- ticale et horizontale, respectivement, d'un autre plot selon l'invention. Les figures 3a et 3b sont des vues en coupe ver- ticale et horizontale, respectivement, d'encore un autre plot selon l'invention. Sur les figures la et lb, on voit une partie d'un longeron constitué d'un tube métallique 1 refroidi par une circulation d'eau et d'une isolation thermique réfrac- taire 2. Ce longeron porte à sa partie supérieure un plot, désigné par la référence générale 3, constitué d'un corps 4 en matière réfractaire fondue et coulée, d'une chemise 5 en acier réfractaire de forme générale tronconique entourant le corps et d'un insert 6 en acier réfractaire constitué d'une pièce cruciforme 7 soudée à sa base à une semelle ronde 8 en acier, la pièce cruciforme étant noyée dans la matière ré- fractaire du corps. Le plot 3 est fixé par soudure de la base de la chemise 5 au tube 1, et le corps fait légèrement saillie, à sa partie supérieure, par rapport à la chemise. A titre indicatif, le plot peut avoir une hauteur de 120 mm et un diamètre à son sommet de 110 mm et à sa base de 130 mm. La saillie du corps par rapport à la chemise peut être de l'ordre de 2 mm. La forme tronconique de la chemise empêche l'arrachement du corps. Sur les figures 2a et 2b, qui illustrent une va- riante de réalisation du plot de l'invention, on voit un plot, désigné par la référence générale 13, constitué d'un corps 14 en matière réfractaire fondue et coulée et entou- ré d'une chemise 15 en acier réfractaire de forme générale cylindrique. La chemise 15 porte sur sa face interne une pluralité d'ailettes 16 en acier réfractaire, par exemple sous forme de groupes de 3 ou 4 ailettes réparties à 900 les uns des autres comme le montre la figure 2b, les ailettes de groupes opposés étant décalées les unes par rapport aux au- tres dans le sens de la hauteur comme le montre la figure 2a. - 7 - Ces ailettes sont noyées dans la matière réfractaire fondue et coulée lors de la fabrication du plot et empochent tout arrachement du corps en service, Les figures 3a et 3b illustrent encore un autre type de plot selon l'invention. Ce plot, désignés, par la ré- férence générale 23, présente une forme rectangulaire en sec- tion horizontale et est constitué d'un corps 24 en matière réfractaire fondue et coulée, d'une chemise 25 en acier ré- fractaire en forme générale de tronc de pyramide à base rec- tangulaire, et d'un insert 26 en acier réfractaire consti= tué d'une plaque rectangulaire 27 porteuse d'ailettes 28 réparties sur ses faces, Le type de plots des figures 3a et 3b convient plus particulièrement au réchauffage de pièces étroites (billettes) qui imposent une quasi continuité du support le long des longeronso Il va de soi que les modes de réalisation dé- crits ne sont que des exemples et qu'il serait possible de les modifier, notamment par substitution d'équivalents tech- niques,sans sortir pour cela du cadre de l'inverntion. - 8 - REVEi'DI CATIONS 1. Un plot ou bouton pour fours à longerons, ca- ractérisé en ce qu'il comprend un corps (4) en une matière réfractaire à base d'oxydes et une chemise (5) en alliage métallique réfractaire entourant la périphérie du corps, des moyens étant prévus pour éviter l'arrachement vers le haut du corps par rapport à sa chemise. 2. Un plot ou bouton selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'il comporte, en outre, un renforcement métallique (6) noyé dans le corps en'matière réfractaire. 3. Un plot ou bouton selon la revendication 1, caractérisé en ce que la chemise présente la forme d'un tronc de cÈne ou d'un tronc de pyramide. 4. Un plot ou bouton selon la revendication 1, caractérisé en ce que la chemise présente une forme cylin- drique et est pourvue, sur sa face interne, d'éléments en saillie. 5. Un plot ou bouton selon la revendication 2, caractérisé en ce que le renforcement métallique présente une forme cruciforme. 6. Un plot ou bouton selon la revendication 2, caractérisé en ce que le renforcement métallique est cons- titué d'un élément central à ailettes. 7. Un plot ou bouton selon l'une quelconque des revendications 1 à 6, caractérisé en ce qu'il a une hauteur d'au moins 100 mm. 8. Un plot ou bouton selon l'une quelconque des revendications 1 à 7, caractérisé en ce qu'il présente, en outre, une semelle métallique (8) sur laquelle repose le corps.