Brevet FR2509453A1 — publié le 19830114

La présente invention concerne un appareil pour durcir et chauffer un garnissage réfractaire et elle a trait plus particulièrement à un appareil pour durcir un garnissage réfractaire d'un récipient utilisé dans la fabrication de fonte en vue d'assurer le transport ou la mise en réaction de fonte ou acier à l'état fondu ou bien d'un métal fondu semblable, tel qu'une poche une cuve à fonte, un bec de coulée, un entonnoir de coulée, un récipient de dégazage sous vide et d'autres récipients destinés à recevoir un métal en fusion, notamment un garnissage réfractaire obtenu par coulée d'une matière réfractaire amorphe. Les récipients pour métaux en fusion qui sont pourvus d'un garnissage réfractaire ne peuvent pas être utilisés immédiatement après dépôt de ce garnissage; le métal en fusion peut seulement être reçu par les ré- cipients après achèvement du durcissement et de l'échauf- fement de la matière réfractaire Le but du durcissement est de conférer au garnissage une certaine qualité en fai- sant durcir le garnissage jusqu'à une dureté prédéterminée. Ce durcissement est particulièrement important quand le garnissage est obtenu par coulée d'une matière réfrac- taire amorphe contenant de 6 à 8 % d'humidité On peut atteindre une certaine qualité de garnissage en effec- tuant un durcissement pendant un certain temps à une température de 40 à 1000 C. Le but de l'échauffement du garnissage après durcissement est de préchauffer la matière réfractaire jusqu'à une température supérieure et proche de la tem- pérature du métal en fusion pendant plusieurs dizaines d'heures en relation avec une courbe prédéterminée d'aug- mentation de température Par un tel échauffement, le gar- nissage réfractaire peut être protégé contre une formation de criques, un écaillage ou une rupture sous l'effet de chocs thermiques auxquels le garnissage pourrait être soumis quand la fonte ou l'acier fondu est coulé dans le récipient. Par le passé, on a laissé le durcissement se produire spontanément à la température ambiante sur le lieu de fabrication Dans le cas d'une poche, on laisse le garnissage réfractaire au repos pendant 20 à 30 heures à partir de l'instant o il est coulé, et on enlève le moule quand le garnissage a apparemment durci. Par le passé, on a utilisé une matière réfrac- taire moulable comme réfractaire amorphe de garnissage. D'une manière classique, on ajoute un ciment d'alumine en quantité supérieure à 10 % en poids et on fait durcir la matière moulable par une réaction d'hydratation du ciment d'alumine Cependant le ciment d'alumine laisse beaucoup à désirer en tant qu'agent de liaison du garnis- sage réfractaire d'un récipient pour métal en fusion du fait qu'il présente à chaud-des propriétés insuf- fisantes à des températures supérieures à 12000 C et une mauvaise résistance mécanique sous l'effet d'une déshydra- tation se produisant dans la gamme de températures inter- médiaires comprises entre 800 et 12000 C. Pour éviter un tel défaut, on a mis au point une matière moulable contenant en addition, comme agent de liaison, environ 10 % en poids d'argile "kibushi", de kaolin ou d'une argile réfractaire finement pulvérulente semblable Cependant, lorsque le réfractaire est soumis pendant une période de temps prolongée à des cycles répétés d'échauffement jusqu'à une température élevée et de re- froidissement au cours de l'utilisation du récipient pour métal en fusion, ce réfractaire risque de se décoller du récipient en réduisant ainsi la durée de service de ce dernier. On a récemment mis au point une matière moula- ble qu'on peut faire durcir par réaction chimique d'un additif autre que le ciment d'alumine et l'argile réfrac- taire Par exemple on a mis au point une matière moulable contenant comme durcisseur de 1 à 5 % de ciment Cependant, puisque le processus de durcissement dépend notablement de la température ambiante, il est difficile, notamment en hiver, de faire durcir le réfractaire coulé et de lui donner une bonne résistance structurale dans un court intervalle de temps. A cet égard, on peut envisager de chauffer et d'élever la température de la matière réfractaire à l'aide d'un brûleur Cependant, la température optimale de durcissement de la matière réfractaire est comprise entre 40 et 800 C et, si on fait intervenir un chauffage à la flamme par combustion directe de combustible, il est pratiquement impossible de contrôler la température et d'effectuer le chauffage uniforme de la paroi intérieure du récipient de grande capacité jusqu'à une température inférieure à 1000 C. L'invention a pour but de remédier aux inconvé- nients mentionnés ci-dessus et de fournir un appareil permettant d'échauffer uniformément la paroi intérieure du garnissage réfractaire à l'aide d'air chaud et de terminer rapidement le durcissement sans avoir à tenir compte de conditions climatiques. L'appareil conforme à l'invention pour chauf- fer et élever la température d'un garnissage non durci qui est formé, sur la surface intérieure d'un récipient destiné à recevoir du métal en fusion, par coulée d'une matière réfractaire amorphe comprend: un tuyau d'entrée d'air chaud disposé verti- calement dans ledit récipient et dont la sortie d'air chaud placée le plus en avant est dirigée vers le bas pour faire arriver de l'air chaud sur la surface d'un garnissage de fond du récipient par l'intermédiaire d'un moule par exemple; une première plaque de guidage d'air chaud en forme de bride qui est montée dans le récipient sur la partie extrême avant dudit tuyau d'entrée et qui est es- pacée des surfaces du garnissage de fond et du garnis- sage périphérique intérieur du récipient ou bien de la surface du moule placé sur celui-ci; et une ou plusieurs secondes plaques de guidage d'air chaud en forme de brides qui sont montées sur le tuyau d'entrée à un certain intervalle de la première plaque de guidage d'air chaud, le ou les bords périphéri- ques desdites plaques étant espacés de la surface du garnissage périphérique intérieur du récipient ou bien de la surface du moule placé sur celui-ci. Les interstices annulaires définis par les bords périphériques desdites première et seconde plaques de guidage d'air chaud avec la surface du garnissage péri- phérique intérieur ou bien la surface du moule placé sur celui-ci forment un passage par lequel l'air chaud éjecté de la sortie prévue à l'extrémité du tuyau d'en- trée vers le garnissage de fond du récipient et obligé de s'écouler radialement sur la surface du garnissage de fond sous l'effet de la première plaque de guidage, est canaliséEm direction de l'ouverture supérieure du ré- cipient le long de la surface du garnissage périphérique intérieur du récipient En conséquence on peut régler à vo- lonté la dimension de ces interstices Il en résulte que, pour que la distribution de l'air chaud s'écoulant le long de la surface du garnissage périphéique intérieur du ré- cipient puisse être uniforme sur la totalité de la surface périphérique, on doit de préférence sélectionner la dimension des interstices de façon que plus un interstice donné est espacé de la surface de fond du récipient, moins la dimension de l'interstice soit grande. Dans le cas o le récipient à utiliser en coopé- ration avec l'appareil de durcissement a une dimension intérieure fixe, la première et la seconde plaque de gui- dage d'air chaud peuvent être montées dans des positions fixes sur le tuyau d'entrée Cependant, dans le cas o l'appareil de durcissement est utilisé en association avec des récipients de dimensions et formes variables, on doit utiliser des plaques de guidage d'air chaud ayant des dimensions et profils variables correspondants et montés de façon séparable sur le tuyau. En outre, la ou les secondes plaques de gui- dage d'air chaud peuvent être déplaçables axialement sur le tuyau d'entrée de façon qu'une partie ou zone parti- culière du garnissage puisse être chauffée de façon plus accentuée que la partie restante. D'autres avantages et caractéristiques de l'invention seront mis en évidence dans la suite de la description, donnée à titre d'exemple non limitatif, en référence au dessin unique annexé qui est une coupe longitudinale d'un mode préféré de réalisation de l'ap- pareil selon l'invention lorsqu'il est mis en place dans le récipient. Sur le dessin qui représente l'appareil selon l'invention en coupe longitudinale, on a désigné par 1 un garnissage de paroi latérale d'un récipient pour métal en fusion, ce garnissage étant réalisé par coulée d'une matière réfractaire amorphe On a désigné par 2 un garnis- sage de fond du récipient, également réalisé par coulée de la matière réfractaire amorphe La référence 3 désigne un moule de coulée utilisé pour former le garnissage. Dans le cas o le récipient est une poche, le moule 3 a une section tronconique et, dans le cas o le récipient est un bec de coulée, un entonnoir de coulée ou bien un four d'égalisation, et a par conséquent une section droite essentiellement rectangulaire, le moule 3 a une forme de caisson ayant une section droite essentiellement rectangu- laire La fonction de ce moule 3 est de maintenir la matière réfractaire amorphe du garnissage de paroi laté- rale 1 et du garnissage de fond 2 pendant qu'ils n'ont pas durci et le moule 3 est enlevé ou séparé après ter- minaison du durcissement de la matière réfractaire On a désigné par 4 un appareil de durcissement conforme à l'invention, qui est monté essentiellement au centre du moule 3 La référence 5 désigne un tuyau d'entrée d'air chaud et la référence 6 une sortie d'air chaud prévue à l'extrémité inféleure dudit tuyau On a designé par 7 a, 7 b, 7 c des plaques de guidage d'air chaud en forme de brides qui sont montées horizon- talement ou bien à angle droit par rapport au tuyau et on a désigné par 8 a, 8 b, 8 c des interstices annu- laires définis entre les plaques de guidage et le moule. Dans le mode de réalisation considéré, la première plaque de guidage d'air chaud 7 a est montée à l'extrémité inférieure du tuyau 5 et deux secondes plaques de guidage 7 b, 7 c sont montées d'une manière semblable sur le tuyau 5 à certains intervalles l'une de l'autre au-dessus de ladite plaque de guidage 7 a. En considérant à titre d'exemple une poche ayant une capacité de 300 tonnes, le tuyau 5 représenté sur la figure 1 a un diamètre intérieur de 600 mm et il comporte un tronçon vertical 9 et un tronçon horizontal ayant respectivement des longueurs approximatives de 4 mètres et 3 mètres Une bride de raccordement 12 est prévue à l'extrémité du tronçon horizontale 10 de manière à assurer la liaison d'un tuyau d'alimentation en air chaud 11 avec le tuyau d'entrée 5, l'extrémité inférieure du tronçon vertical 9 étant ouverte pour créer la sortie d'air chaud 6 qui est espacée supé:ieure- ment d'environ 150 mm du fond de la poche. Si on suppose que le tuyau d'entrée est relié par la bride 12 au tuyau d'alimentation et que l'air chaud à 2000 C, obtenu par échange de chaleur avec du gaz de four à coke, du gaz de convertisseur ou des déchets gazeux, est fourni par l'intermédiaire du tyau d'alimen- tation 11 à un débit de 80 m 3 par minute, l'air chaud est déchargé à la sortie 6 par l'intermédiaire du tuyau sous la forme d'un jet ayant une vitesse de 4 à 5 mètres par seconde. La caractéristique de la présente invention consiste en ce qu'il est prévu une structure telle que l'air chaud peut monter uniformément le long de toute la périphérie intérieure du moule 3 Les plaques de guidage d'air chaud 7 a, 7 b, 7 c, se présentant sous la forme de disques, peuvent être constituées par exemple par des disques en acier réfractaire d'une épaisseur d'environ 10 mm et elles sont montées essentiellement à angle droit sur le tronçon vertical 9 du tuyau Les interstices annulaires 8 a, 8 b, 8 c d'une largeur de 80 à 100 mm sont définis entre les extrémités exté- rieures des plaques de guidage 7 a, 7 b, 7 c et la surface intérieure du moule 3, les largeurs des interstices 8 a, 8 b, 8 c diminuant en direction de l'extrémité supérieure du récipient La plaque de guidage 7 a placée complètement en bas est montée à proximité de la sortie d'air chaud 6 du tuyau 5 et les intervalles entre les plaques 7 a et 7 b et entre les plaques 7 b et 7 c sont égaux et d'en- viron 1,5 mètre dans lesmode de réalisation considéré. Dans la structure décrite ci-dessus, l'air chaud déchargé de l'orifice de sortie 6 à une vitesse de 4 à 5 mètres par seconde est dispersé radialement par la plaque de guidage 7 a sur la totalité du fond de la poche de sorte que la matière réfractaire du garnissage de fond 2 est chauffée uniformément jusqu'à environ 500 'C au travers de la plaque d'acier du moule 3 L'air chaud se dé- place ensuite uniformément sur toute la surface inté- rieure et au travers de l'interstice annulaire 8 a à une vitesse de 1,3 à 1,6 mètre par seconde L'air chaud pénètre transitoirement dans l'espace formé entre les plaques de guidage 7 a et 7 b mais il est canalisé par la plaque de guidage 7 b radialement vers l'extérieur et il se déplace uniformément sur toute la surface périphérique inté- rieure et au travers de l'interstice annulaire 8 b L'air chaud passe ensuite uniformément dans l'interstice annulaire 8 c d'une manière semblable Puisque l'air chaud assure l'échauffement de toute la surface intérieure du moule 3 uniformément et par le côté intérieur, le garnissage de paroi latérale et le gar- nissage de fond peuvent être chauffés ainsi essentielle- ment uniformément jusqu'à une température de 40 à 50 'C. Dans l'appareil de durcissement conforme à l'invention, comme mentionné ci-dessus, l'effet de dur- cissement peut être établi uniformément et la phase de durcissement, qui devait être poursuivie pendant environ 30 heures en hiver en utilisant l'appareil classique, peut être terminée en environ trois heures. Du fait de cette phase de durcissement de courte durée, le garnissage de paroi latérale 1 et le garnissage de paroi de fond 2 peuvent être complètement durcis et on peut enlever le moule 3 au bout d'une courte période tout en empêchant la formation de criques dans le gar- nissage réfractaire. Il est également-évident que, avec l'appareil selon l'invention, le durcissement peut toujours être terminé dans un certain temps indépendant de la tempé- rature de l'air ambiant, ce qui permet un fonctionnement stable de la poche. Lorsque la capacité de la poche est modifiée, on peut assurer un durcissement efficace en augmentant ou en réduisant les diamètres ou le nombre des plaques de guidage d'air chaud En outre, lorsque le garnissage réfrac- taire est partiellement réparé, ce qui nécessite par con- séquent de faire durcir seulement une partie de ce gar- nissage, cette partie de garnissage peut être réalisée en changeant de façon appropriée la position de montage vertical et les intervalles de montage des plaques de guidage d'air chaud En conséquence, les plaques de gui- dage peuvent de préférence être agencées de façon à pou- voir être déplacées, démontées, remplacées le cas échéant, Les plaques de guidage n'ont pas besoin d'être montées à angle droit sur le tuyau d'entrée mais elles peuvent être modifiées de façon appropriée en fonction de la vi- tesse d'écoulement ou du volume d'air chaud ou bien de la durée de durcissement désirée. Avec l'appareil de durcissement conforme à l'invention, on peut obtenir un garnissage réfractaire d'une excellente résistance en utilisant un ensemble simple et peu coûteux qui est composé d'un tuyau d'entrée d'air chaud en acier et de plusieurs plaques de guidage d'air chaud se présentant sous la forme de plaques planes montées essentiellement à angle droit sur ledit tuyau. Le garnissage réfractaire peut être chauffé uniformément en utilisant de la chaleur perdue et le moule peut être enlevé au bout d'un temps court sans prendre en considération des conditions climatiques. En fonction de la nature de la matière réfrac- taire amorphe utilisée pour le garnissage, l'appareil de durcissement conforme à l'invention peut être utilisé seulement dans la phase finale de durcisse- ment et par conséquent après le durcissement préliminaire et l'enlèvement du moule utilisé pour ce durcissement préliminaire. L'appareil selon l'invention peut être utilisé non seulement pour faire durcir le garnissage réfractaire d'une poche de coulée mais les garnissages réfractaires d'autres récipients pour métaux en fusion, en apportant les modifications à la forme ou au nombre des plaques de guidage d'air chaud, aux diamètr E et au nombre des tuyaux d'entrée d'air chaud et à la vitesse d'écoulement ou au volume d'air chaud. REVENDICATIONS 1 Appareil pour chauffer et élever la tempéra- ture d'un garnissage non durci qui a été formé sur la surface intérieure d'un récipient de métal en fusion par coulée d'une matière réfractaire amorphe, appareil caractérisé en ce qu'il comprend: un tuyau d'entrée d'air chaud ( 5) disposé verticalement dans ledit récipient et dont la sortie d'air chaud ( 6) placée le plus en avant est dirigée vers le bas pour faire arriver de l'air chaud sur la surface d'un garnissage de fond du récipient par l'inter- médiaire d'un moule par exemple; une première plaque de guidage d'air chaud ( 7 a) en forme de bride qui est montée dans le récipient sur la partie extrême avant dudit tuyau d'entrée et qui est espacée des surfaces du garnissage de fond et du garnissage périphérique intérieur du récipient ou bien de la surface du moule placé sur celui-ci; et au moins une seconde plaque de guidage d'air chaud ( 7 b, 7 c) en forme de bride, montée sur le tuyau d'entrée à un certain intervalle de la première plaque de guidage d'air chaud, le bord périphérique de cette plaque étant espacé de la surface du garnissage périphérique intérieur du récipient ou bien de la sur- face du moule placé sur celui-ci. 2 Appareil selon la revendication 1, caracté- risé en ce que les interstices annulaires ( 8 a, 8 b, 8 c) définis entre les bords des nremière et seconde plaques de guidage ( 7 a, 7 b, 7 c) et la surface du garnissage périphérique intérieur ( 1, 2) du récipient sont d'autant plus étroits que les interstices annulaires sont plus espacés du fond de récipient. 3 Appareil selon la revendication 1, caracté- risé en ce que lesdites première et seconde plaques de il guidage d'air chaud ( 7 a, 7 b, 7 c) sont montées de façon amovible sur ledit tuyau d'entrée ( 5). 4 Appareil selon la revendication 1, ca- ractérisé en ce que la seconde plaque de guidage d'air chaud ( 7 b) est montée sur ledit tuyau de façon à permettre un réglage de la position axiale de cette seconde plaque de guidage.