Brevet FR2477275A1 — publié le 19810904

PROCEDE DE FUSION CONTINUE ET CONTROLEE DE MATIERES ESSENTIELLEMENT NON-METALLIQUES. La présente invention concerne un procédé de fusion continue et contrôlée de matières essentiellement non-métalliques, notamment d'oxydes minéraux, en vue de la fabrication de fibres minérales ou céramiques. Les fibres minérales sont utilisées avant tout dans les domaines du calorifugeage et du renforcement de produits à base de ci- ments de plâtres. Leur qualité et leur comportement en service dépen- dent de manière essentielle de la constance de leurs propriétés physi- ques et chimiques, liées surtout à l'homogénéité du bain liquide à par- tir duquel on obtient les fibres par effilage. En effet, il est connu que de très faibles déviations du degré d'homogénéité du bain, tant du point de vue de la composition que du point de vue thermique, suffisent pour affecter de manière adverse la qualité des fibres produites, ainsi que le rendement de l'équipement d'effilage installé à la sortie du four de fusion. Les installations actuellement connues pour la fusion des ma- tières premières en vue de la fabrication de fibres minérales sont sur- tout des fours du type cubilot ( '\ 95%) et des fours à arcs ou à arcs submergés (- 5%). Des fours à induction sont utilisés à titre expé- rimental. La particularité commune aux fours connus et aux bains qui y sont formés réside dans le fait que le volume du bain liquide est très faible par rapport au volume total respectifs de la charge et de l'en- ceinte du four. En effet, ce rapport se situe entre 1:10 et 1:50 pour les fours cubilot. Or, un volume réduit du bain liquide est très désavantageux dans le cadre du présent problème, étant donné que de très faibles dé- viations des propriétés des matières chargées se répercutent de manière Z477275 de plus en plus marquée sur l'homogénéité du bain, lorsque le volume total du bain diminue. En effet, la coulée continue d'oxydes inorganiques en fusion est une opération délicate o les variations de température ou de compo- sition chimique, ainsi que tout facteur affectant l'homogénéité de la masse liquide, sont susceptibles de déranger le bon fonctionnement de l'équipement d'effilage pour la fabrication des fibres désirées. Or, un arrêt de cet équipement, dû par exemple à des obstructions provoquées par une solidification prématurée de la masse liquide coulée, entraînera des perturbations de la totalité de l'installation de production. Par ailleurs, on a constaté que dans la mise en oeuvre des procédés connus de fusion à débit continu, le jet liquide sortant du trou de coulée est irrégulier à cause des variations de la pression dans le four, agissant sur un volume relativement restreint de matières en fusion, et à cause des variations de la température entraînant des varia- tions du diamètre de l'orifice de coulée. Ces variations en amont du trou de coulée sont difficilement contrôlables à cause de l'état hétérogène de la masse liquide à cet endroit. Le but de la présente invention est donc de proposer un pro- cédé de fusion continue et contrôlée d'oxydes inorganiques, exempt des désavantages inhérents aux procédés connus. Ce but est atteint par le procédé suivant l'invention qui est. caractérisé en ce que l'on prévoit une enceinte étanche munie d'un revê- tement réfractaire à base de carbone, ainsi que de moyens de chauffage électrique (par exemple électrodes immergées), et qui contient un bain liquide d'une masse d'au moins 8 tonnes, que l'on prélève en continu de ce bain une quantité de liquide telle que le débit par heure soit infé- rieur à la moitié de la masse totale du bain et que l'on alimente le bain en fonction dudit débit. L'idée qui est à la base de la présente invention s'éloigne du principe de fusion des fours cubilot, o l'on opère une fusion de quanti- tés relativement réduites, destinées à être directement coulées et con- verties en fibres et tient compte des exigences particulières de la pro- blématique visée. En effet, le procédé suivant l'invention est axé sur la réalisation d'un temps de résidence suffisant pour englober la durée des différentes actions inter et intramoléculaires qui se déroulent au cours de la fusion des matières premières et pour assurer une homogénéisation chimique et thermique du bain. Dans le cas d'un mélange de laitier de haut fourneau et de -35% de silice, ce temps de résidence doit se situer vers les 2 heu- res, ce que le procédé suivant l'invention permet de réaliser (par exem- ple masse utile 8 t/débit 4 t par heure). A l'homogénéité du bain due au temps de résidence suffisamment long, vient s'ajouter une grande homogé- néité thermique due à la grande inertie du bain vis-à-vis de changements inopinés de la température. Cette inertie permet un réglage correct de la puissance de chauffe nécessaire pour équilibrer les pertes thermiques dues aux ajoutes continues de matière première, dont l'envergure dépend du débit du bain par un réglage de pression qui règne dans l'enceinte du four. Dans le cas présent on met en oeuvre une enceinte parfaitement étanche, si bien que l'on peut régler la pression avec une grande préci- sion par exemple à l'aide d'une vanne-papillon installée dans la cheminée. On peut, suivant une première forme d'intervention, créer au- dessus du niveau du bain une pression positive, soit en injectant au- dessus dudit niveau un gaz neutre ou réducteur, soit en injectant un tel gaz ou mélange de gaz directement dans la masse du bain par le fond de l'enceinte ou à travers une électrode immergée creuse. Pour maintenir au- dessus du bain une pression positive constante, il suffit de moduler la vanne-papillon suivant la pression mesurée vis-à-vis de la pression dési- rée. On peut également créer une pression positive constante en emprison- nant les fumées du bain dans l'enceinte et en modulant la vanne de façon à maintenir une pression d'un degré désiré. Une deuxième forme d'intervention prévoit de créer au-dessus du bain une pression négative. Pour cela il suffit de connecter une pompe à vide à aspiration variable en by-pass sur la cheminée, en ayant soin d'obturer hermétiquement le conduit d'échappement normal. L'étendue de- variation de la pression réalisable dans le cadre du procédé suivant l'invention est de l'ordre de 0,5 bar, ce qui est suffisant pour régler le débit du trou dé coulée en fonction de la hauteur du bain dans le four et de la variation du diamètre du trou de coulée, de façon à obtenir un débit constant dans le temps. Ceci est indispensable pour obtenir un rendement optimum de l'équipement d'effilage ainsi qu'unè qualité cons- tante de la fibre produite. Pour ce qui est de l'alimentation du four, on peut envisager un chargement continu ou discontinu, de matières soit solides, soit d477275 4.préfondues comme par exemple du laitier de haut fourneau. Il est évident qu'une alimentation en matières liquides peut réduire considérablement la consommation en énergie de l'engin de fusion tout en évitant les problèmes que l'on rencontre lors du démarrage de l'installation en cas de chargement à 100% solide. L'alimentation continue ou discontinue de matières liquides peut utilement être réalisée à partir d'un récipient étanche, fixe ou mobile et muni d'un revêtement isolant ainsi que de moyens de chauffage. Le transport des matières préfondues depuis le récipient au four est effectué par l'intermédiaire d'un conduit étanche, présentant une paroi intérieure en graphite. On peut prévoir un transport soit par gravité, si l'emplacement du récipient par rapport au four le permet ou si le récipient est mobile, soit par pressuration du récipient à l'aide de gaz neutres ou réducteurs, soit encore par aspiration opérée à partir du four o l'on crée une pression négative. Une forme d'exécution particulièrement avantageuse du procédé suivant l'invention prévoit que l'on homogénéise le bain, tant du point- de vue composition que du point de vue thermique, en insufflant par le fond ou par les électrodes un gaz de barbotage neutre ou réducteur. Etant donné que l'on travaille suivant l'invention en atmos- phère contrôlée, neutre ou réductrice, il est possible d'utiliser dans l'enceinte un revêtement en carbone resp. en graphite. Ceci constitue deux avantages majeurs: d'un côté les réfractaires à base de carbone ne sont pas mouillés par les oxydes minéraux fondus: d'un autre côté, ces réfractaires permettent d'opérer à des températures dépassant 2000'C, - sans refroidissement extérieur, ce qui évite des frais substantiels. Il est bien entendu qu'une condition primordiale pour une bonne tenue d'un réfractaire à base de carbone, est l'absence d'oxygène ou de molécules susceptibles de dégager dé l'oxygène lors de leur désagré- gation thermique. Or, si l'on-prévoit d'utiliser des laitiers de haut fourneau comme matière première, il-faut tenir compte de la présence éven- tuelle dans le laitier de quantités d'oxydes de fer résiduelles, non né- gligeables dans le présent contexte. Suivant l'invention on peut protéger le revêtement réfrac- taire à base de carbone contre l'oxydation en injectant dans le bain, en même temps queles gaz de barbotage, ou en incorporant dans la charge des additifs réducteurs pulvérulents, comme par exemple du charbon, du coke de pétrole, du graphite ou encore du goudron. L'injection, suivant l'invention, de matières carbonées, surtout de goudron ou d'ttn mélange goudron/graphite, permet d'une part d'opérer une sorte de gunitage des parois de l'enceinte et d'autre part de produire en continu des gaz ré- ducteurs qui sont désirables dans le présent contexte, si bien que l'on peut réduire sensiblement la consommation de gaz neutres (azote, argon) assez chers qui dans des cas extrêmes peuvent devenir superflus. Dans le cas o une teneur résiduelle élevée en oxyde de fer est souhaitée (par exemple 8-10%), un revêtement en oxyde de chrome ou en chrome-magnésie remplace avantageusement le revêtement en carbone. On peut également envisager, suivant l'invention, d'injecter dans le bain, ensemble avec les gaz de barbotage, une quantité détermi- née d'additifs susceptibles de se désagréger sous l'influence de tempé- ratures élevées, en dégageant des gaz neutres ou réducteurs. * 477275 R E V E N D I C A T I 0 N S 1. Procédé de fusion continue et contrôlée de matières essen- tiellement non-métalliques, notamment d'oxydes minéraux, en vue de la fabrication de fibres minérales, caractérisé en ce que l'on prévoit une enceinte étanche munie d'un revêtement réfractaire à base de carbone ainsi que de moyens de chauffage électrique, ladite enceinte contenant un bain liquide d'une masse d'au moins 8 tonnes, que l'on prélève de ce bain en continu une quantité de liquide telle que le débit par heure soit inférieur à la moitié de la masse totale du bain et que l'on ali- mente le bain en fonction dudit débit. 2. Procédé suivant la revendication 1, caractérisé en ce que l'on contrôle le débit du bain en réglant la pression qui règne au-dessus du niveau du liquide. 3. Procédé suivant les revendications 1 ou 2, caractérisé-en ce que l'on crée au-dessus du niveau du bain une pression positive.: 4. Procédé suivant une quelconque des revendications 1 à 3, caractérisé en ce que l'on injecte au-dessus du bain un gaz neutre ou réducteur de manière à maintenir au-dessus du bain une pression cons- tante. 5. Procédé suivant une quelconque des revendications l à 3, caractérisé en ce que l'on injecte dans le bain un gaz neutre ou réducteur de manière à maintenir au-dessus du bain une pression constante. 6. Procédé suivant une quelconque des revendications 1 à 3, caractérisé en ce que l'on soutire une partie des fumées de l'enceinte de manière à-maintenir au-dessus du bain une pression constante. 7. Procédé suivant la revendication 1 ou 2, caractérisé en ce que l'on crée au-dessus du niveau du bain une pression négative.: 8. Procédé suivant les revendications 1,ou 7, caractérisé en ce que l'on aspire à l'aide d'une pression negative la matière pre- mière liquide dans l'enceinte du four, à partir d'un récipient indépen- dant. 9. Procédé suivant une quelconque des revendications 1 à 8, caractérisé en ce que l'on homogénéise le bain en insufflant par le fond ou par les électrodes un gaz de barbotage neutre ou réducteur. 10. Procédé suivant une quelconque des revendications 1 à 9, caractérisé en ce que l'on crée dans l'enceinte du four une atmosphère réductrice en insufflant dans le bain, en même temps que le gà,de barbotage, 24 77275 une quantité déterminée d'additifs réducteurs pulvérulents, comme par exemple du charbon ou du coke de pétrole. 11. Procédé suivant une quelconque des revendications 1 à 10, caractérisé en ce que l'on effectue en cours des opérations de fusion un gunitage du revêtement réfractaire du four en insufflant dans le bain, en même temps que le gaz de barbotage une quantité déterminée d'addi- tifs pulvérulents, comme par exemple du graphite, du goudron ou un mé- lange goudron/graphite. 12. Procédé suivant une quelconque des revendications l à 11, caractérisé en ce que l'on insuffle dans le bain,en meme temps que le gaz de barbotage,une quantité déterminée d'additifs qui dégagent au cours de leur désagrégation thermique des gaz neutres ou réducteurs.