Brevet FR2558243A1 — publié le 19850719

La présente invention est relative à une amélioration d'un procédé de construction de fours comportant des parois dont l'isolation thermique est obtenue par l'emploi de fibres réfractaires, et, plus précisément,à une amélioration du procédé dans lequel ces fibres réfractaires sont mises en place selon la technique dite de "nappe sur tranche" Dans cette technique,des nappes ou plaques souples de fibres céramiques sont découpées en bandes, qui sont en- suite empilées les unes sur les autres, de façon à consti- tuer une paroi dont l'épaisseur correspond à la découpe des bandes et dont les faces sont constituées par l'empilage des tranches des bandes. Dans les fours chauffés avec un combustible liquide ou gazeux, par exemple le gaz naturel, l'apport calorifique se fait par l'intermédiaire de brûleurs, appareils dans les- quels s'effectue la réaction de combustion du combustible mélangé avec de l'air apportant l'oxygène nécessaire à la réaction. Un brûleur industriel se compose d'une partie, en général métallique, située à l'extérieur du four, dans laquelle s'effectue l'arrivée des deux fluides (combustible et comburant)dans les conditions requises par la réaction et parfois leur mélange,et d'une seconde partie appelée ouvreau de brûleur ou tunnel de combustion dans laquelle s'effectue la réaction de combustion. Cet ouvreau en raison des contraintes de températu- res auxquelles il est soumis, doit à la fois être réfractai- re, avoir une bonne isolation thermique pour maintenir à cet endroit la température la plus élevée possible afin d'assurer une bonne combustion du mélange combustible/com- burant tout en résistant aux chocs thermiques,ce dernier point étant le plus difficile à atteindre. Le matériau idéal n'ayant pas encore été trouvé, la plupart des ouvreaux de brûleurs sont généralement faits en briques ou en bétons réfractaires denses ce qui à l'heure actuelle est le moins mauvais compromis. L'ouvreau, reliant la partie métallique du brûleur, elle-même située à l'extérieur du four, à l'intérieur de ce dernier, o sont libérés les produits de la combustion, il est placé dans l'épaisseur de la paroidont il consti- tue un point singulier. Lorsque celle-ci est faite en fibre céramiqueles ouvreaux de brûleurs en matériau relativement lourd (béton ou brique) présentent autant de points délicats, dont la liaison avec le reste de la paroi est difficile et dont les performances de tenue et d'isola- tion sont très différentes. On réalise parfois des ouvreaux en pièces de forme faites à partir de fibres céramiques moulées sous v1deHais les résultats obtenus sont inégaux eu égard aux contraintes thermiques, températures et mécaniques (érosion par la vi- tesse des gaz chauds)souvent supérieures aux performances de résistance des pièces moulées). La moindre surchauffe entraîne par ailleurs des fissures de retrait non contrô- lées ce qui à la longue détériore l'ouvreau de brûleur par détachement d'écailles et même de parties entières de blocs de brûleurs. Le but de l'invention est de fournir un ouvreau de brûleur, ou tunnel de combustion dont les propriétés thermiques soient voisines de celles de la paroi avoisinante obtenue par la technique de "nappe sur tranche",qui se raccorde efficacement à celle-ci,et qui présente néan- moins une bonne résistance aux conditions difficiles qui règnent au niveau d'un brûleur. Un autre but de l'invention est de fournir un pro- cédé d'obtention d'une telle pièce. La présente invention fournit donc une pièce de four constituant un passage pour des gaz sortant d'un brûleur et se dirigeant vers l'intérieur du four, cette pièce de four constituant l'ouvreau de brûleur, ou tunnel de combustion,qui est forméede fibres céramiques et présente pour particularité principale qu'elle est constituée essentiellement par des couches jointives de nappes de fibres réfractaires,ces couches étant adjacentes le long des plans passant sensiblement par l'axe de la pièce et étant 3 2558243 d'autant plus comprimées qu'on se rapproche de cet axe. De préférence,la compression des couches de fibres réfractaires du coté extérieur de la pièce,c'est-à-dire le plus éloigné de l'axe du br leur, est voisinede celle des fibres qui constituent le reste du garnissage du four, et la compression des couches de fibres du côté intérieur, c'est-àdire le plus proche de l'axe du brûleurest au moins supérieur de 100% à celle des couches de fibre du côté extérieur,et de préférence de 200 à 300 %. On obtient ainsi, du côté extérieur,un raccordement pratiquement sans dis- continuité entre les caractéristiques de la pièce et celles du reste du garnissage,et un passage progressif à une densité,donc une résistance à l'érosion très supérieure lors- qu'on atteint le côté intérieur. On obtient ainsi des pièces dont les propriétés d'isolation et la tenue aux chocs thermiques sont excellentes. En cas de surchauffe le retrait se fait dans l'épaisseur des nappes mais ne peut pas donner de fissures parallèles à la paroi du four,donc pas de risque de voir la destruction du brûleur par écaillage. Un procédé selon l'invention pour obtenir une telle pièce comprend les étapes suivantes: a) on dispose un organe de maintien comprenant une chemise rigide de dimensions intérieures correspon- dant sensiblement aux dimensions extérieures de la pièce dans le plan de la paroi du fouret un fond perpendicu- laire à la chemise, b)on dispose dans l'organe de maintien un ensemble de compression comportant deux joues radiales montées à rotation sur l'axe de la chemise, c)on juxtapose dans la pièce de maintien des couches radiales obtenues par découpage de nappes de fibres à une forme correspondant à une demi-section radiale de la pièce à obtenir, d)on comprime les couches mises en place en faisant tourner une joue radiale par rapport à l'autre, et on complète le remplissage en ajoutant d'autres couches radia- les dans l'espace libéré par la rotation des joues, 4f 2558243 e)on enlève l'ensemble de compression,constitué par les joues radiales. De préférence,les opérations ci-dessus sont faites avec -l'axe de lachémise vertical. La chemise sert ensuite au transport de l'ouvreau pour sa mise en place définitive dans le four. Dans un premier mode de réalisation, la chemise est métallique, elle peut alors être retirée après la mise en place de l'ouvreau dans le four, etest éventuellement récupérable. El peut aussi être laissée en - place. Dans un second mode de réalisation,la chemise est constituée par un tube en fibres céramiques moulées, et elle peut être laissée en place dans la paroi. L'invention va maintenant être décrite plus en détail à l'aide d'un exemple de réalisation pratique, illustré aux dessins parmi lesquels: Fig. l est une vue-en coupe axiale d'un ouvreau conforme à l'invention; Fig.Z es't une vue de face du même ouvreau; Fig.3 est un schéma en perspective du dispositif de confection de l'ouvreau selon l'invention, et Fig.4 est une vue axiale du même dispositif. L'ouvreau 1 décrit aux figures 1 et 2 est constitué par des bandes de nappes de fibres céramiques 2,découpées selon une section diamétrale de l'ouvreau à obtenir et disposées radialement. La faculté de la fibre céramique de se comprimer selon la contrainte subie fait qu'au cours du montage, chaque tranche devient un secteur d'épaisseur variable, le maximum de compression étant obtenu sur la paroi interne de l'ouvreau,ce qui constitue l'originalité du procédé,et réduit le post retrait sur la face la plus chaude de l'ouvreau. Dans la pratique, la compression est telle que la densité apparante de la matière fibreuse au voisinage de la face interne 3 de l'ouvreau est supérieure à 250kg/m3, de préférence de 300 à 400 kg/m3,ce qui confère à cette zone une résistance à l'érosion notablement supérieure à 2558243 celle de la matière fibreuse au voisinage de la face exter- ne 4 de l'ouvreau,laquelle est de l'ordre de 130kg/m3,ce qui se rapproche des nappes fibreuses 5 du reste du garnissage. La figure 1 montre que l'ouvreau est maintenu à sa périphérie par une chemise (6) formée d'un cylindre en t8le,qui est fixée sur la partie métallique 7 du bru- leur. La hauteur de la chemise 6 est inférieure à l'épais- seur de l'ouvreau.environ les deux tiers de celle-ci, et décalée vers l'extérieur du four,si bien qu'elle n'atteint pas la surface intérieure 8 du four. Dans une variante, la chemise est formée d'un tube en fibrescèramiquesmoulée_ ce qui permet d'avoir une meilleure homogénéité thermique de la paroi,moyennant une construction un peu plus coûteuse. Dans une autre variante,la chemise, qui sert essen- tiellement à maintenir l'ouvreau pendant son stockage et ses transports depuis le lieu de fabrication jusqu'à son em- placement final, est supprimée ou disparait après la mise en place de la matière fibreuse de l'ouvreau.Celle-ci, dans ce cas, reste maintenue par le reste du garnissage en fibres. Pour obtenir ce résultat, on peut prévoir par exem- ple une chemise dont la hauteur est, au moins en partie, supérieure à l'épaisseur des fibres, ce qui permet de l'ex- traire en la tirant vers l'intérieur du four. On peut aussi prévoir qu'elle est en une matière qui disparait lors de la première chauffe, par exemple en matière plastique. Même lorsque la chemise n'est pas destinée à dis- paraltre, il est avantageux de prévoir que la face de l'ouvreau qui est tournée vers l'extérieur du four est liée à la partie métallique du brûleur ou à la paroi ex- térieure du four à l'aide d'une colle ou ciment convenable, ou bien avec un dispositif d'accrochage convenable,par exemple des éléments métalliques de fixation ancrés dans les fibres. On notera que,sur les figures 1 et 2,1es faces interne 3 et externe 4 de l'ouvreau sont en forme de cylindre à section circulaire, I1 est possible de prévoir des sections interne ou externe de forme différente, par exemple elliptique pour la face interne et carrée pour la face externe. En particulier, lorsque l'isolation du four est assurée par assemblage d'éléments de matière fibreuse en forme de parallélépipède, il est avantageux de donner à l'ouvreau une forme extérieure qui est compatible avec celle de ces éléments, c'est-à-dire un contour rectangulaire dont les dimensions sont les m6mes que celles de ces éléments,ou un multiple de celles-ci. Le mode de fabrication de l'ouvreau des figures 1 et 2 est illustré aux figures 3 et 4. L'appareillage comprend un support horizontal, 11, sur lequel est montée une tige verticale 12 formant axe. Deux plaques ou joues, en métal 13 sont montées à pivot autour de la tige 12, ces plaques sont verticales, dans un plan contenant la tige 12. Elles sont munies chacune d'une poignée 14. Il est possible d'enlever les plaques 13 avec leurs poignées en les faisant coulisser vers le haut le long de la tige 12. Pour préparer un ouvreau selon l'invention avec cet appareillage, on place d'abord une jaquette 6 sur le support 11, de façon que son axe de symétrie coIncide avec la tige 12,et on l'immobilise, par exemple avec quelques points de soudure. On amène ensuite les plaques 13 à être l'une contre l'autrepuis on remplit la chemise 6 avec des nappes 2 de fibres, qu'on dispose radialement en les comprimant faiblement ou sans les comprimer. Ces nappes ont été découpées au préalable suivant un dessin qui correspond à la coupe de la figure 1. Lorsque la chemise 6 est pleine, on écarte les deux plaques 13 l'une de l'autre,ce qui comprime les fibres 2 déjà mises en place, tout en libérant un espace 15 vide entre les faces des plaques 13 qui jusque là étaient l'une contre l'autre. Cette situation est celle qu'on peut voir aux figures 3 et 4. On remplit ensuite l'espace 15 avec de nouvelles nappes 2, également disposées radialement,après quoi on enlève les plaques 13 en les faisant glisser vers le haut le long de la tige 12.Cette opération a pour effet d'égaliser les compressions entre les nappes 2 mises en place à deux étapes différentes du procédé. On sépare ensuite la chemise 6 du support ll,en faisant sauter les points de soudure par exemple,et l'ouvreau est prêt à être transporté sur le lieu d'utilisa- tion. Dans le cas o la forme de l'ouvreau n'est pas circulaire,il est facile d'adapter le procédé: si la face interne de l'ouvreau n'est pas circulaire,on en tient compte en faisant varier la forme des nappes 2 lors de leur découpage préalable. Dans le cas d'une forme extérieure carrée, ou rectangulaire,on peut prévoir de garnir à l'avance avec des nappes de fibres les angles de la chemise 6. S'il est prévu de maintenir l'ouvreau avec éléments métalli- ques de fixation tels que ceux qui sont décrits dans le document FR-A-2 507.594.,ceux-ci sont avantageusement mis en place au moment o on place les nappes de fibres 2 dans la chemise 6. REVENDICATIONS 1. Pièce de four constituant un passage pour des gaz sortant d'un brûleur et se dirigeant vers l'intérieur du four, cette pièce étant formée de fibres céramiques, et caractérisée en ce qu'elle est constituée essentiellement par des couches jointives de nappes de fibres réfractaires (2),ces couches étant adjacentes le long des plans passant sensi- blement par l'axe de la pièce et étant d'autant plus compri- mées qu'on se rapproche de cet axe. 2.Pièce selon la revendication 1, caractérisée en ce qu'elle est entourée d'une chemise (6) destinée à faciliter le maintien des nappes de fibres au moins jusqu'à la mise en place définitive de la pièce dans le four. 3. Pièce selon la revendication 2,caractérisée en ce que la chemise est métallique et n'atteint pas la surface intérieure du four,après mise en place de la pièce. 4.Pièce selon la revendication 2,caractérisée en ce que la chemise est formée d'un tube en fibres céramiques moulées. 5.Pièce selon la revendication 2,caractérisée en ce que la chemise dépasse au moins en partie sur la surface intérieure du four,après mise en place de la pièce,ce qui permet de l'enlever. 6.Pièce selon la revendication 2,caractérisée en ce que la chemise est en une matière qui disparait à la première chauffe. 7. Pièce selon l'une des revendications 1 à 6,et destinée à l'obtention d'une pièce pour four dont l'isolation est assurée par assemblage d'éléments en forme de parallé- lépipèdecaractériée en ce qu'elle a un contour en forme de carrS ou rectangle dont chaque dimension extérieure est celle des éléments d'isolation ou un multiple de celle-ci. 8.Pièce selon l'une des revendications 1 à 7,carac- térisée en ce qu'elle est équipée,sur sa face destinée à être à l'opposé de l'intérieur du four,d'éléments métalli- ques de fixation de la pièce de four,ces éléments étant ancrés dans les fibres. 9.Procédé d'obtention d'une pièce de four selon l'une des revendications 1 à 8,caractérisé en ce qu'il comprend les étapes suivantes: a)on dispose un organe de maintien comprenant une chemise rigide (6) de dimensions intérieures correspondant sensiblement aux dimensions extérieures de la pièce dans le plan de la paroi du four, et un fond (11) perpendiculaire à la chemise, b)on dispose dans l'organe de maintien un ensemble de compression comportant deux joues radiales (13) montées à rotation sur l'axe (12) de lachemise. c)on juxtapose dans la pièce de maintien des couches radiales (2) obtenues par découpage de nappes de fibres à une forme correspondant à une demi-section radiale de la piè- ce à obtenir, d)on comprime les couches mises en place en faisant tourner une joue radiale (13) par rapport à l'autre,et on complète le remplissage en ajoutant d'autres couches radiales dans l'espace libéré par la rotation des joues, e)on enlève l'ensemble de compression constitué par les joues radiales, 10. Procédé selon la revendication 9,caractérisé en ce que,avant ou pendant l'étape c),on met en place des éléments métalliques de fixation de la pièce au four,ces éléments étant ancrés dans les fibres.