Brevet FR2487817A1 — publié le 19820205

La présente invention a trait au renforcement des composants réfractaires qui sont formés sous une dépression à partir de fibres céramiques, et qui sont appelés à être montés sur la structure extérieure d'un four pour faire ainsi partie du revêtement réfractaire du four résistant à la chaleur. De tels composants renforcés peuvent être, par exemple, des modules, des blocs pour brûleurs, des blocs pour tuyaux ou conduites, des cadres de regards et de portes d'accès et des supports d'éléments chauffants électriques. La présente invention propose un composant réfractaire formé sous une dépression à partir de fibres céramiques et destinés à être monté sur la struc- ture extérieure d'un four( qu'elle soit sous forme d'enveloppe, de colonne ou de poutrelle), ce composant réfractaire se caractérisant en ce qu'au cours de son processus de fabrication sous dépression un ou plusieurs éléments de ren- forcement en forme de treillis rigide à mailles ouvertes sont noyés dans le composant de telle manière à être disposés dans la région de celui-ci qui sera éventuellement placée le plus près de ladite structure et par laquelle le composant est appelé à être ancré à cette dernière et ce, suivant un plan ou des plans dans leur ensemble parallèles à cette structure, le ou les élément(s) de renforcement étant réalisé(s) en un alliage métallique résistant à la chaleur, en argile réfractaire ou en alumine recristallisee. Dans la pratique, le matériau constitutif de ou des élément(s) de ren- forcement est choisi en fonction du poids du composant, de la température et de la composition chimique des gaz produits par le four et des vibrations aux- quelles celui-ci est soumis en fonctionnement. Chacun des éléments de renforcement en forme de treillis, que l'on désignera ci-après par le terme"renforts", est de préférence réalisé selon une configuration tridimensionnelle afin d'augmenter la résistance à la flexion que possède déjà en lui-même le matériau constitutif des renforts, de sorte que, d'une part, pendant la fabrication du composant, les renforts ne fléchiront pas sous l'effet de la dépression créée et, en revenant à leur position initiale lorsque la dépression est interrompue, ne déformeront pas le composant humide et tendre, et que, d'autre part, les renforts peuvent transformer les charges ponctuelles sur les points d'ancrage en une charge répartie sur toute la zone du composant dans laquelle les renforts, sont noyés, en raison à la fois de la résistance accrue octroyée par leur configuration et de la multiplication des plans dans le tissu fibreux qui offrent une résistance au cisaillement. Ces résultats peuvent être obtenus en donnant aux renforts la forme d'un profilé en U, d'une gouttière, ou d'un élément ayant une section en T ou en L. Quand on utilise de telles formes ou sections et que le composant est monté sur la structure de support, le renfort est à son emplacement le meilleur si l'une des ailes du profilé en U ou le pied de l'élément en T ou en L court le long du bord le plus froid du composant, parallèlement à la partie de la structure à laquelle il doit être fixé. L':*me ou La branche centrale, dans le cas d'un profile en U, est à son meiileur emplacement appro-.:imativement au centre de la paroi du composant de sorte que l'autre aile es plus pros de la face chaude de la paroi du four d'une distance égale h;a largeur *ie lidite âme. Dans les renforts en ainiages mdtalliques résistant e la chaleur, les mailles du treillis sont en forne de d!amants, comme celles des treillis en métal déployé. Dans les renforcts faits de matériaux réfractaires, les mailles peuvent être ovales ou n forme de _iams-tsz Cvs formes d'ouverture sont à pré- férer de beaucoup car. dens e cas, Lou,!es br ns ou fils forimant le treilis supportent une charge dans le soens dans lequei ils résistent aux forces tendant à pousser le treillis à travers le tissu de fibres; au contraire, un treillis à mailles carrées, dont les bords seraientcoupés parailllement aux c8tés des carrés, ne supporterait une charge que sur la moitié de ses brins ou fils. Les dimensions des ouvertures et la grosseur des brins du treillis sont: fonction de la longueur g$ngrale des fibres devant être moulées sous dépression, cette longueur étant quant à elle déterminée par les dimensions et la finesse du composant à obtenir, Des parois fines pour les composants les plus petits peuvent gtre avan- tageusement formées de fibres courtes dans leur ensemble. qui se mouleront au- tour et à travers de petites ouvertures de mailles. Des composants de plus grandes dimensions ont des longueurs de fibres dans leur ensemble plus importantes et requièrent des ouvertures plus grandes si le tissu fibreux doit être réalisé sans vides. Le renfort s'étend longitudinalement le long de la paroi du composant en approchant les angles de celui-ci o la paroi est plus épaisse et donc plus résistante. Toutefois, dans certaines applications, le renfort peut être plié pour prendre place dans un ou plusieurs angles du composant. Appliqué aux blocs pour brûleur ou aux modules de parois de foyer formés sous une dépression à partir de fibres céramiques, ces deux composants étant constitués en gros d'un bottier présentant une face ouverte (la face la plus froide) et cinq parois dont les quatre plus étroites ont une largeur qui consti- tue une partie de l'épaisseur de la paroi du four et la cinquième plus large fait partie de la paroi du foyer, le renfort sus-mentionné est logé dans une ou plusieurs des quatre parois les plus étroites qui sont sensiblement perpen- diculaires à la paroi du foyer et ce, dans les positions décrites plus haut. Un mode de réalisation de la présente invention va maintenant être 24878 1 7 décrit à titre d'exemple non limitatif en référence aux dessins annexés dans lesquels: - la figure 1 est une vue de face d'un bloc réfractaire pour brûleur destiné à être monté dans un four, ce bloc étant conçu selon les principes de la présente invention; - la figure 2 est une vue en coupe effectuée selon la ligne 2-2 de la figure I; - la figure 3 est une vue en coupe effectuée selon la ligne 3-3 de la figure I et - la figure 4 illustre un organe de fixation ou d'ancrage du bloc sur la paroi du four. Ces différentes figures montrent un bloc réfractaire pour brûleur moulé en une seule pièce à partir de fibres céramiques selon une technique de façon- nage par création d'une dépression, qui implique l'étirage dans une cavité de moule ayant la forme du bloc et sous une forte dépression, d'une bouillie aqueuse contenant des fibres céramiques d'une longueur moyenne imposée, des agents de liaison, organiques ou minéraux ou les deux (amidon et/ou silice colloïdale) et éventuellement une certaine quantité d'une substance de remplis- sage telle que de l'alumine tabulaire,.les matériaux solides et une quantité appréciable des agents de liaison étant retenus. Les matières solides sont re- tenues dans la cavité du moule par des filtres faisant partie du moule et à travers lesquels le liquide est évacué. Le bloc ainsi moulé présente une paroi frontale 10 comportant une ouverture centrale 10a, et des parois latérales 11, 12, 13 et 14 s'étendant vers l'arrière ainsi qu'une paroi latérale intérieure 15 entourant l'ouverture, ces parois formant une sorte de boîte ouverte à l'arrière. En utilisation, le bloc est monté par ses parois latérales sur la surface intérieure de l'enveloppe en acier d'un four (non représenté) en étant accolé, parois latérales contre parois latérales avec d'autres composants du revêtement du four et de telle manière que sa paroi frontale 10 définisse une partie de la chambre du four. En addition, un matériau réfractaire et/ou isolant thermique, qui peut être souhaité pour augmenter le gradient de température entre les parois chaude et froide du bloc, peut être placé dans les deux cavités délimitées par les parois latérales 11,12,13,14 et la paroi intérieure 15 en étant maintenu en place par une plaque arrière isolante (non représentée). Le bloc pour brûleur est solidarisé à l'enveloppe en acier du four par des organes de fixation 16, dont un est représenté sur la figure 4, de la manière décrite plus en détail dans le brevet britannique n0 1 544 407 appartenant à la présente demanderesse. Ces organes de fixation s'étendent vers l'intérieur entre les parois latérales 12 de deux composants adjacents et comportent des langues 16a 24878 1 7 dirigées en sens opposés et pressées dans le matériau tendre des deux composants. La partie d'extrémité arrière extérieure 16b de l'organe de fixation s'étend latéralement et est percée d'une fente 16c dans laquelle peut être introduite un goujon soudé à l'enveloppe 17 pour que l'organe de fixation soit solidaire à cette dernière. En variante, la partie d'extrémité 16b peut être directement soudée à l'enveloppe 17. Les extrémités intérieures des organes de fixation sont positionnées dans une zone suffisamment éloignée vers l'extérieur de la paroi frontale chaude 10 du bloc pour ne pas êtreaffectées, dans une mesure inaccep- table, par la température à laquelle ellessont exposées; les organes de fixa- tion sont protégés par la masse de fibres céramiques disposée entre leurs langues et la chambre du four ainsi que par des bandes réfractaires formant joints, dis- posées entre les parois latérales des composants, et sont refroidis par conduc- tion à travers le métal vers l'enveloppe du four. Afin que soit améliorée la fiabilité de la fixation du bloc pour brûleur illustré à l'enveloppe du four, les quatre parois latérales Il à 14 de celui-ci sont renforcées par un treillis réfractaire rigide noyé à l'intérieur d'elles. Dans chacune de ces parois latérales, le renfort comprend un tronçon rigide de 18 ayant la forme d'un profilé en U ou d'un canal rectangulaire et formé d'un treillis raide lequel est constitué d'alliage résistant à la chaleur, d'alumine recristallisée ou d'argile réfractaire. Ce treillis 18 s'étend le long de la paroi latérale mais, dans l'exemple représenté, s'arrête à courte distance des angles du bloc qui sont naturellement plus résistants que les parties médianes de la paroi latérale. Dans le sens de sa largeur l'âme ou la branche centrale 19 du profilé en U s'étend de l'intérieur vers l'extérieur du four tandis que ses deux ailes et 21 sont dirigées transversalement à la paroi latérale correspondante, l'aile 21 étant plus précisément disposée sur la tranche arrière de la paroi latérale car elle sert à fixer le renfort 18 au moule au cours de la fabrication du composant. Comme on peut le voir sur la figure 2, les mailles du treillis ont la forme d'un diamant ou d'un losange et le renfort est coupé et disposé de telle sorte que chacun des fils de matériaux délimitant les ouvertures de maille soit incliné par rapport-aux bords des parois. Afin d'éviter la formation de vides dans la région du renfort au cours du moulage et pour lier fermement ce dernier aux fibres, les brins de fibre doivent s'étendre à travers les ouvertures et ensuite les remplir; pour cette raison, il est préférable d'utiliser un treillis ayant des ouvertures relativement grandes; plus les fibres sont longues et plus les ouvertures doivent être grandes. Les langues des organes de fixation s'étendent de préférence juste à l'extérieur du profilé en U mais tout près de l'aile inté- rieure 20 de cette dernière; toutefois, si ces langues présentent une section 2 4878 17 transversale faible et compacte, elles peuvent s'étendre à travers les ouver- tures dans l'âme du profilé en U. L'inclinaison mentionnée plus haut des brins de matériau réfractaire délimitant les ouvertures assure que sensiblement tout le matériau constitutif du renfort sert à répartir ce qui serait sans cela des charges de compression ponctuelles exercées par les langues sur la plus grande partie de la paroi. Les éléments de renforcementpeuvent&tre enstitués d'argile réfractaire ou d'un matériau réfractaire similaire meilleur marché si les conditions de fonctionnement du four l'autorisent. On comprendra aisément que le même procédé de renforcement peut être employé pour la fabrication des modules de paroi et des autres composants du four, ces composants étant faits de fibres par une technique de moulage sous dépression et étant fixés à l'enveloppe du four par des organes de fixation du type général de ceux décrits ci-dessus et tels qu'illustrés dans le brevet britannique n0 I 544 407 dont il a déjà été question plus haut. Il sera observé que la présente invention procure aussi un composant de four fabriqué sous dépression à partir de fibres réfractaires et comportant, formée d'une seule pièce avec lui, une partie de support par laquelle le com- posant est appelé à être porté par la structure extérieure du four; dans cette partie de support, est noyé un élément de renforcement en forme de treillis ouvert rigide et fait en un alliage métallique résistant à la chaleur ou en un matériau réfractaire tel que de l'alumine recristallisée ou de l'argile réfrac- taire, cet élément de renforcement comprenant une première partie qui s'étend le long de ladite partie de support à partir d'un point distant vers l'extérieur de l'extrémité ou face "chaude" ou intérieure du composant jusqu'à un point voisin de l'extrémité ou face "froide" ou extérieure de cette partie de support, et une seconde partie reliée rigidement à la première partie et s'étendant transversalement à celle-ci en un emplacement distant à la fois des extrémités ou faces froide et chaude du composant. Ainsi, quand le composant est monté sur l'enveloppe du four, ladite première partie de l'élément de renforcement s'étend le long de la partie de support en direction de l'enveloppe tandis que ladite seconde partie s'étend dans la direction de l'épaisseur de la partie de support et, de préférence, parallèlement dans son ensemble à la zone adjacente de la surface intérieure du four. Le terme "paroi" employé jusqu'ici à propos du four doit être compris comme désignant, en plus de la paroi latérale de celui-ci, sa paroi de plafond et sa paroi de fond. 24 87817 REVENDICATIONS 1. La présente invention propose un composant réfractaire formé sous une dépression à partir de fibres céramiques et destiné à être monté sur la struc- ture extérieure d'un four (qu'elle soit sous forme d'enveloppa, de colonne ou de poutrelle>, ce composant réfractaire se caractérisant en c- qu'au cours de son processus de fabrication sous dépressicn un ou plusieu- i lments de renforcement (18) en forme de treillis rig!de à 'aill'es ouverte- sot no résiscant à la chaleur, en argile rfrac-taire ou en aluminc recristallis. e. 2. Composant réfractaire seion la re-endication 1, caract-risé en ce que chacun des liments de renforcement (18) en treillis à mailles ouvertes est réalisé sous une configuration tridimensionnelle. 3. Composant réfractaire selon ia revendication 2, caractérisé en ce que le ou les élément(s) de renforcement (18) présente(nt) la forme d'un profilé en U, les deux ailes latérales (20 et 21) de ce profilé en U s'étendant parallèle- ment au plan de la face froide du composant. 4. Composant réfractaire selon la revendication 3, caracterise en ce que l'une desdites ailes latérales (21) est disposée sensiblement dans la face froide du composant. 5. Composant réfractaire selon la revendication 2, caractérisé en ce que le ou les élément(s) de renforcement (18) prêsen-e(nt) une section en forme de T, le pied du T étant disposé sensiblement dans la face la plus froide du composant tandis que sa branche transversale s'étend parallèlement au plan de la face froide du composant. 6. Composant réfractaire selon la revendication 2, caractérisé en ce que le ou les élément(s) de renforcement (18) présent(nO une section en forme de L, l'une des deux branches du L s'étendant sensiblement dans le plan de la face froide du composant tandis que son autre branche fait saillie sur cette face froide, son bord libre se trouvant sensiblement dans la face la plus froide du composant. 7. Composant réfractaire selon l'une quelconque des revendications I à 6, caractérisé en ce que le ou les élément(s) de renforcement (18) comporte(nt) des mailles ovales ou en forme de diamants. 8. Composant réfractaire selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'il a la forme d'une boîte rectangulaire creuse qui est ouverte sur une face (la face froide) et comporte une paroi frontale (10) constituant une face chaude ainsi que quatre parois latérales (11,12,13,14) s'étendant vers l'arrière et s'arrêtant sur la face froide, chacune de ces parois latérales contenant, noyé intérieurement, un élément de renforcement (18) à section en canal rectangulaire, et comportant des mailles en forme de diamants, l'une des ailes latérales (21) de ce canal étant disposée sensiblement dans le plan de la face froide, l'autre aile latérale (20) s'étendant parallèlement à cette dernière et l'âme ou la branche centrale (19) du canal étant située sensiblement au centre de la paroi latérale dans le sens de son épaisseur.