Brevet FR2512186A1 — publié le 19830304

Procédé de garnissage de fours électriques d'élaboration d'acier. La présente invention a pour objet un procédé de garnissage de fours électriques d'élaboration d'acier, suivant lequel les parois du four sont recouvertes par une maçonnerie de base et par un revêtement d'usure en briques de magnésie et/ou de dolomie carbonée et une masse de sole usuelle est appliquée sur une couche de sécurité dans la zone de la sole du four et sur les parties inférieures du revêtement d'usure, et une couche de masse de projection est appliquée sur le revêtement dans la zone d'usure importante ainsi que, le cas échéant, sur des parties de la masse de sole. Jusqu'à présent, pour garnir des fours électriques à acier, les parois étaient recouvertes par un revêtement de base et par une couche de briques de magnésie et/ou de dolomie renfermant du carbone, en particulier renfermant du goudron. La sole d'un tel four électrique était recouverte d'une couche de sécurité en pierres de magnésie, sur laquelle était appliquée une masse de sole qui recouvrait, dans la partie inférieure des parois, la couche de briques renfermant du carbone Une telle structure de garnissage conventionnelle des fours élec- triques à acier est représentée sur la figure 4, le niveau du bain et la zone de la paroi particulièrement exposée à l'usure y étant également représentés. Avec de tels garnissages conventionnels pour fours électriques à acier, il s'est avéré nécessaire de réparer souvent la zone de la paroi qui est soumise à une usure parti- culièrement forte, et même éventuellement après chaque processus de fusion On réalise un tel processus de fusion dans un four électrique à acier de capacité moyenne en introduisant au début du processus de fusion dans le four électrique à acier, de la ferraille à l'aide d'un panier à ferraille, puis les électrodes sont abaissées sur cette ferraille et la ferraille est fondue comme première charge Le temps de fusion est de l'ordre de 30 minutes Ensuite, on introduit de la ferraille d'un deuxième panier qu'on fait fondre de la même manière en 30 minutes environ et puis on peut introduire encore de la ferraille provenant d'un troisième panier et la faire fondre, le temps de fusion total étant de l'ordre d'environ 90 minutes Une fois la capacité du four électrique e acier atteinte, dans le aa présent après la fusion de trois paniers de ferraille, on entreprend les travaux méta 11 ura$ques et on effectue les analyses nécessaires, puis on réalise la coulée. Par la description du brevet US N O 3 832 478, on-sait déjà éviter une usure prématurée dans les zones critiques de fours métallurgiques et en particulier de fours électriques à acier, en appliquant une masse de projection sur les surfaces chaudes, avant la mise en marche du four Pour cela, il était cependant nécessaire de chauffer tout d'abord les zones critiques considérées de la paroi, il était de plus nécessaire selon ce brevet, d'envelopper les briques de la paroi dans des caissons de tôle saillants particuliers Rien n'est révélé sur les matières de projection utilisées dans ce procédé déjà connu Une autre méthode pour appliquer une matière de pro- jection est décrite dans le brevet-US N O 3 994 676, pour un four à oxygène; dans ce cas, des ancrages sont disposés sur les briques pour tenir à distance un grillage sur lequel on applique une masse Dans ce brevet, rien n'est dit sur la composition de cette masse De plus, on connait par Industrial Heating, 30 ( 1963), pages 1120 et 1126, des masses de pro- jection à base de périclase et qui sont liées avec des phos- phates de sodium et qui renferment éventuellement encore de l'argile ou de la bentonite en tant qu'additif plastifiant Il est indiqué dans ce cas, que ces masses peuvent être appliquées par projection sur des surfaces chaudes ou bien froides; rien n'y est cependant dit sur l'utilisation dans des fours élec- triques et sur les conditions particulières à respecter Par la demande de brevet allemand n'1 571 608, on connait des mélanges réfractaires à appliquer par projection et renfermant, en tant que liant, du phosphate de sodium Ces masses connues doivent présenter en ce qui concerne la grosseur des grains, une composition tout à fait bien déterminée, elles peuvent renfermer en tant que plastifiant jusqu'à 2 % de bentonite Il est cepen- dant indiqué dans ce document qu'après avoir appliqué la masse sur une surface froide, un chauffage léger progressif doit être entrepris. L'objet de la présente invention est un procédé de garnissage de fours électriques à acier, évitant les incon- vénients des masses déjà connues, respectivement des procédés déjà connus, à savoir une réparation trop fréquente avec de la masse réfractaire, par projection, en particulier une réparation, après chaque coulée de l'acier, des endroits soumis à une usure particulièrement forte, et/ou permettant une réduction importante du temps nécessaire pour le garnissage d'un tel four électrique à acier. Selon le procédé conforme à l'invention, une masse composée de: parties en poids de magnésie, 0,5 à 5,0 parties en poids d'oxyde de chrome vert, 0,5 à 3,0 parties en poids d'argile, 0,5 à 3,0 parties en poids de métaphosphate de métal alcalin ou de polyphosphate de métal alcalin, 0,2 à 1,5 parties en poids de bisulfate de métal alcalin, 8 à 10 parties en poids d'eau, est appliquée par projection ou étalement sur les surfaces propres, froides, dans les zones prévues et est consolidée par une mise en marche immédiatement après du four électrique,la masse appliquée n'ayant pas à être séchée par un chauffage lent, c'est-à-dire qui'il n'est pas nécessaire de chasser prudemment l'eau qui se trouve dans la masse Dès que la masse a été projetée ou bien étalée sur les surfaces froides, il est possible d'introduire la ferraille, d'abaisser les électrodes et de commencer la fusion de l'acier La masse doit être appliquée sur les surfaces propres du revêtement dans les zones d'usure importante, c'est-à-dire que les surfaces du revêtement réfractaire ne doivent pas être recouvertes par exemple par des couches de laitier métallurgique La masse selon l'invention renferme en tant que cons- tituant principal de matière réfractaire, de la magnésie Il s'agit dans ce cas de façon avantageuse, d'une magnésie renfermant au moins 96 % en poids de Mg O Unetelle magnésie peut être une concrétion de magnésie d'eau de mer ou une concrétion de magnésite De-préférence, la magnésie utilisée présente un rapport C/S élevé > 1,5 et de préférence > 2. La masse selon l'invention renferme de plus 0,5 à 5,0 parties en poids d'oxyde de chrome vert, de préférence 1,0 à 3,0 parties en poids de cet oxyde de chrome vert L'oxyde de chrome vert, Cr 203, présente en général une grosseur de grains inférieure à 0,063 mm, c'est-à-dire qu'il se présente sous la forme de poudre. La masse selon l'invention renferme comme autre consti- tuant 0,5 à 3,0 parties en poids d'argile, de préférence de la bentonite, cette argile, respectivement bentonite, servant de plastifiant qui confère à la matière la malléabilité nécessaire lors de l'application par projection et en particulier lors de l'étalement L'argile utilisée possède en général une teneur en A 1203 de l'ordre de 30 à 40 % en poids. La masse selon l'invention renferme en tant que liant 0,5 à 3,0 parties en poids d'un métaphosphate de métal alcalin ou bien d'un polyphosphate de métal alcalin De préférence, la teneur de celui-ci se situe dans un domaine de 1,0 à 2,0 parties en poids, ces données se rapportant aux phosphates solides. La masse renferme de plus en tant que constituant es- sentiel 0,2 à 1,5 parties en poids de bisulfate de métal alcalin, en particulier de sodium; ainsi, à côté de l'amélio- ration de l'aptitude à la mise en oeuvre et de l'amélioration de l'adhérence, la formation de concrétion et la formation de la couche sur le revêtement se trouvent favorisées. Lors de la préparation de la masse utilisée selon l'invention, les constituants solides sont intimement mélangés dans un mélangeur Dans le cas o la masse est appliquée par projection, ceci est réalisé au moyen d'un dispositif de pro- jection classique, les quantités d'eau indiquées, de 8 à 10 parties en poids, étant ici ajoutées de préférence dans la tête du dispositif de projection, c'est-à-dire au niveau du gicleur, séparées des constituants solides, et étant ainsi mélangées ici à eux Dans le cas o la masse est appliquée par étalement, soit l'eau est mélangée avec le mélange préalablement préparé des constituants solides, soit les constituants solides sont mélangés entre eux et l'eau est ajoutée aussitôt après et incorporée intimement par mélange L'application peut se faire de façon classique à l'aide d'une truelle Les constituants solides de la masse utilisée selon l'invention possèdent une structure des-grains courante, la grosseur des grains maximale étant d'environ 6 mm, de préférence de 4 mm Une répartition courante de la granulométrie des constituants solides de la lo masse utilisée selon l'invention, pour une grosseur maximale des grains de 6 mm, est la suivante: 3 6 mm 16 22 % en poids l 3 mm 20 26 0, 09 l mm 25 30 3 et en particulier de N = 4 à Ils sont en général utilisés sous la forme d'une poudre finement moulue. Dans un mode de réalisation particulièrement préféré du procédé selon l'invention, la masse utilisée selon l'invention n'est pas seulement appliquée sur les zones de la paroi soumises à une usure particulièrement forte, mais aussi dans la zone du canal de coulée et de la gueule de coulée o l'usure est également importante Dans cette zone, la matière peut non seulement être appliquée par étalement ou projection, mais il est par exemple également possible d'introduire la masse uti- lisée selon l'invention dans la zone du canal de coulée, en la damnt en utilisant un tube en acier qui sert de moule. Selon un autre mode de réalisation, la couche de sécu- rité peut être constituée par des briques de bauxite et par un ciment riche en alumine comportant du phosphate, comme par exemple du phosphate d'aluminium primaire ou du poly- phosphate de sodium, servant de liant Cette couche de sécurité qui résiste dans une large mesure à l'infiltration de la masse métallique fondue, peut être réalisée, par rapport à la couche jusqu'ici constituée par, en particulier, plusieurs couches de briques de magnésie, de préférence en une seule couche de briques, d'épaisseur réduite. Le procédé selon l'invention est mieux expliqué dans ce qui suit, en se référant aux figures 1 à 4 du dessin; ces figures montrent en particulier: figure 1 un four électrique pourvu d'un garnissage selon le procédé de l'invention, une couche de masse de projection ayant été appliquée dans la zone critique; figure 2 un four électrique avec caisson de refroidissement par eau; figure 3 un four électrique, dans lequel le caisson de refroi- dissement par eau descend jusqu'à la couche de sécurité qui se trouve sous la masse de sole; figure 4 un four électrique à garnissage usuel. Les figures montrent une coupe partielle verticale d'un four électrique d'élaboration d'acier Sur la sole 1 du four électrique se trouve la couche de sécurité 2 qui est constituée par des briques de bauxite qui sont liées par un ciment riche en alumine, combiné à du phosphate Sur cette couche de sécurité 2 se trouve la masse de sole 3, qui est une masse de magnésie sèche classique, qui a été introduite et consolidée par vibrations La masse de sole 3 remonte au- dessus de la partie inférieure de la zone de la paroi cons- tituée par des briques et sert de talus pour la sole Au niveau de la paroi se trouve la maçonnerie de base 4 constitué par des briques de magnésie ainsi que le revêtement d'usure 5 constitué par des briques de magnésie pauvres en fer, imprégnées de goudron Le niveau du bain lorsque le four électrique à acier est utilisé au maximum de sa capacité, est désigné par la référence 6, la zone de la paroi soumise à une usure particu- lière, respectivement la zone d'usure 7, se situe au-dessus et en dessous de ce niveau maximal du bain Dans cette zone d'usure 7, on applique selon le procédé de l'invention, la masse sous la forme d'une couche 9 Dans la zone de la paroi de la figure 1, il est aussi possible d'économiser la maçonnerie de base 4 du fait de l'application de la couche 9, et il est possible de réduire le revêtement d'usure 5 de l'épaisseur de la maçonnerie initiale 6. Dans les modes de réalisation du procédé conforme à l'invention selon les figures 2 et 3, un caisson de refroidis- sement par eau présent dans le four électrique est désigné par 8. Le caisson de refroidissement 8 qui selon la figure 3 descend jusqu'à la couche de sécurité, permet de réduire l'épaisseur du revêtement d'usure et même éventuellement la suppression du revêtement d'usure 5 Dans ce dernier cas, le caisson de refroidissement par eau est recouvert par la couche 9, dans la zone d'usure 7. Selon le procédé de l'invention, on applique la masse 9 dans la zone d'usure 7, en général sur une épaisseur de 30 à mm, de préférence de 40 à 60 mm. Une masse utilisée selon le procédé de l'invention possède la composition suivante: Concrétion de magnésie (Mg O 96 %, Ca O 2,5 %, Si O 2 0,9 %) 3, 5 5,5 mm 15 % en poids 1,5 3,5 mm 25 % en poids 0,1 1,6 mm 35 % en poids 0,09 25 % en poids oxyde de chrome vert, + 2 % en poids de la concentration de métaux alcalins dans l'atmosphère du four. Lors d'un autre essai dans un four électrique de 60 t, équipé de caissons de refroidissement par eau et dans lequel 14 charges sont fondues par jour, on a constaté une augmentation de la durée de vie d'environ 50 %, uoeapplication ultérieure intermédiaire de masse n'ayant été nécessaire que dans une très faible mesure De plus, il était possible dans ce four, au cours d'un essai suivant, d'abaisser l'épaisseur de paroi à 350 mm, par rapport à une épaisseur de paroi initiale de 450 mm, en conservant au garnissage du four la même résistance. Jusqu'à présent, lors des réparations nécessaires entre les charges individuelles dans la zone d'usure 7, une masse de magnésite avec liant silicaté était appliquée ou bien projetée à l'état chaud L'inconvénient de cela consistait cependant en ce que des quantités relativement importantes de métaux alcalins provenant d'une telle masse entraient dans le garnis- sage qui non seulement diffusaient au travers des briques au niveau de la paroi, provoquant une accumulation de métaux alcalins et une fragilisation des faces arrières de briques, mais aussi attaquaient fortement la voûte du four électrique à acier, respectivement détruisaient dans la voûte les briques renfermant beaucoup d'alumine, par éclatement sous l'effet des métaux alcalins Du fait de la réparation fréquente avec une telle couche, 3 à 9 kg d'une telle masse étaient nécessaires par tonne d'acier si bien qu'au total de grandes quantités de métaux alcalins, en particulier de sodium, étaient introduites dans le four Par contre, le besoin en masse dans le procédé selon l'invention se situe dans des proportions considérablement plus petites, par exemple a des valeurs comprises entre 0,2 et 0,6 kg de matière par tonne d'acier produit La concentration des oxydes de métaux alcalins dans l'atmosphère du four ne s'élève plus qu'à 5 10 % des valeurs qui apparaissent au cours du procédé avec la masse de magnésite classique avec liant silicaté. REVENDICATIONS 1 Procédé de garnissage de fours électriques à acier suivant lequel les parois du four sont recouvertes par une maçonnerie de base et par un revêtement d'usure en briques de magnésie et/ou de dolomie carbonées, et une masse de sole classique est appliquée sur une couche de sécurité dans la zone de la sole du four ainsi que sur les parties inférieures du revêtement d'usure, et une couche de masse de projection est appliquée sur le revêtement dans la zone d'usure importante et éventuellement sur des portions de la masse de sole, carac- térisé en ce qu'une masse constituée par parties en poids de magnésie, 0, 5 à 5,0 parties en poids d'oxyde de chrome vert, 0,5 à 3,0 parties en poids d'argile, 0,5 à 3,0 parties en poids de métaphosphate de métal alcalin ou de polyphosphate de métal alcalin, 0,2 à 1,5 parties en poids de bisulfate de métal alcalin, 8 à 10 parties en poids d'eau, est appliquée par projection ou étalement sur les surfaces propres, froides, dans les zones prévues et est consolidée par une mise en marche immédiatement après du four électrique. 2 Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'on utilise une masse qui renferme une magnésie dont la teneur en Mg O est d'au moins 96 % en poids. 3 Procédé selon la revendication 1 ou 2, caractérisé en ce qu'on utilise une masse qui renferme de la bentonite en tant qu'argile. 4 Procédé selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce qu'on utilise une masse qui renferme en tant que métaphosphate, polyphosphate et/ou bisulfate de métaux alcalins, les composés correspondants du sodium. Procédé selon l'unequelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce qu'on applique par projection ou étalement la masse également dans la zone du canal de coulée et de la gueule de coulée. il 6 Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 4, caractérisé en ce qu'on applique la masse également au niveau du canal de coulée, par claxnage. 7 Procédé selonl'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce qu'il est utilisé pour un four électrique dans lequel la maçonnerie de base au niveau de la paroi est tota- lement ou en partie abandonnée. 8 Procédé selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce qu'il est utilisé pour un four électrique comportant des caissons de refroidissement. 9 Procédé selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce qu'il est utilisé pour un four électrique dont les caissons de refroidissement descendent jusqu'à la couche de sécurité qui se trouve sous la masse de sole. 10 Procédé selon l'une quelconque des revendications 1,8,9,10, caractérisé en ce que la couche de sécurité est constituée par des briques de bauxite et par un ciment riche en alumine avec du phosphate comme liant.