Brevet FR2584485A1 — publié le 19870109

La présente invention a pour objet des briques réfractaires profilées coulées à partir de matières à fondre pour voûtes, à base d'oxydes métalliques, réalisées en forme de prisme à surface de base trapézoïdale, ainsi que des voûtes constituées par des briques de ce type. Les voûtes des fours fonctionnant à des températures élevées, par exemple de fours de vitrification, sont en général constituées par des briques siliceuses ou d'autres matériaux céramiques réfractaires. On prévoit éventuellement sur la voûte, des couches de différentes matières calorifuges. L'augmentation de la puissance des fours exige d'augmenter la température de fonctionnement, ce qui a cependant un effet nocif sur les matières réfractaires courantes. Certains constituants des matériaux à fondre, par exemple dans le cas des fours de vitrification, le fluor, le bore, etc..., attaquent chimiquement les matériaux réfractaires. L'augmentation de la température de fonctionnement des fours augmente aussi, en même temps, la quantité de chaleur sortant à travers la voûte, c'est-à-dire la déperdition de chaleur, dans des proportions considérables, car l'épaisseur du calorifugeage ne peut être augmentée proportionnellement pour augmenter la température de fonctionnement, du fait que les contraintes physiques et thermiques que peut supporter la voûte sont limitées. Avec l'augmentation du coût de l'énergie, il a fallu aussi, de ce fait,examiner les fours de vitrification du point de vue de la façon dont on pouvait réduire les pertes thermiques. Ces pertes thermiques (déperdition de chaleur) tournent autour de 40 à 50 % pour la voûte, autour de 20 à 25 % pour les parois latérales. Un autre problème consistait en ce que la précision dimensionnelle des briques profilées constituées par des matières réfractaires courantes est insuffisante et, par suite, leur façonnage à la cote finale a lieu pendant la construction du four. Cela ralentit, bien entendu, dans une mesure considérable les travaux de remise en état et augmente corrélativement les temps morts de production. Un autre inconvénient des briques profilées constituées par des matières céramiques consiste en ce que leur matériau de constitution subit même plusieurs fois, pendant l'équilibrage de température, une modification de la structure cristalline, ce qui s'accompagne d'une variation de volume. Pour cette raison, il faut choisir la vitesse de mise à température (vitesse de chauffage) à une valeur faible, ce qui augmente encore la durée de remise en état ou les temps morts. On connaît bien également, actuellement, ce qu'on appelle les matériaux réfractaires coulés à partir de matières à fondre et/ou les briques profilées constituées par ceux-ci. Leur durée de vie est considérablement plus élevée que celle des briques profilées céramiques et leur résistance à la corrosion est meilleure, et elles peuvent donc être utilisées avantageusement pour fabriquer des garnissages de fours. En même temps, leur conductibilité thermique et leur poids sont beaucoup plus élevés que la conductibilité thermique et respectivement le moids des matériaux céramiques et, par suite, cela augmente également le poids des garnissages de fours fabriqués dans ces matériaux. Ainsi, on ne peut pratiquement pas les utiliser comme briques profilées pour voûtes sans modifications de structure, du fait que, comme on l'a déjà mentionné précédemment, les contraintes que peuvent supporter les éléments de construction supportant la voûte sont limitées. Ainsi, la durée de vie des fours est donc, de façon générale, déterminée par la durée de vie de la voûte, du fait que celle-ci est beaucoup plus faible que celle des garnissages de fours fabriqués dans des matériaux réfractaires coulés à partir de matières à fondre. En conséquence, l'invention a pour but de fournir des briques pour voûtes, constituées par un matériau réfractaire coulé à partir de matières à fondre, mais dont le poids ne dépasse pas celui des briques profilées céramiques courantes, et de façon que les voûtes pouvant en être constituées présentent une plus faible conductibilité thermique que celles qui sont constituées par des matériaux céramiques. Pour atteindre ce but, selon l'invention, on forme au moins un canal ouvert orthogonal à l'axe longitudinal de la brique profilée dans la plus large des faces latérales parallèles des briques profilées pour voûtes réalisées en forme de prisme à surface de base trapézoïdale. Dans le cas de briques profilées à plusieurs canaux, de façon appropriée, les dimensions des canaux sont identiques. Parmi les nervures séparant mutuellement les canaux, l'épaisseur des nervures extérieures est, de préférence, égale à la moitié de l'épaisseur des nervures centrales, de sorte que les briques profilées jointes forment partout des nervures de même épaisseur. La hauteur des nervures extérieures est, de façon appropriée, supérieure à celle des nervures centrales, pour garantir une meilleure adhérence de la couche isolante recouvrant la voûte. Dans la voûte fabriquée à partir des briques ainsi conformées, les briques profilées sont assemblées de façon que les canaux se joignent coaxialement et soient remplis au moins en partie par une matière isolante de plus faible conductibilité que la brique profilée. On peut alors appliquer d'autres couches isolantes sur cette couche. La voûte se compose, de façon appropriée, de deux types de briques profilées différents et l'un des types de briques comporte plus de canaux que l'autre, les briques profilées disposées dans des rangées parallèles à l'axe longitudinal contiguës de la voûte étant décalée mutuellement d'au moins un intervalle de canaux. La voûte ainsi constituée permet d'augmenter la durée de vie des fours, même pour des températures de fonctionnement supérieures, et elle réduit aussi, en même temps, les pertes thermiques dues à la dissipation de chaleur à travers le garnissage du four. La qualité réfractaire et la résistance chimique de la voûte sont bien meilleures que celles des voûtes constituées par des matières céramiques. L'utilisation de pièces profilées coulées plus lé- gères réduit le poids et, même dans les mêmes limites de poids total, on peut augmenter l'épaisseur de la couche isolante. En raison de l'allégement, le poids de la voûte est réduit d'environ 10 à 15 % par rapport aux voûtes de conception courante. D'autres détails de l'invention ressortiront des exemples de réalisation non limitatifs qui vont suivre, en regard du dessin annexé dont la figure 1 est une vue d'avant des différents modes de réalisation de la brique profilée pour voûtes selon l'invention la figure 2 est une vue en perspective d'une voûte en cours de construction, constituée par des briques profilées pour voûtes selon l'invention la figure 3 est une vue d'avant des briques profilées pour voûtes assemblées la figure 4 est une vue de dessus de la voûte représentée sur la figure 3 la figure 5 est une vue de dessus d'une voûte constituée par des briques profilées pour voûtes d'un autre type la figure 6 est une coupe longitudinale d'une voûte comportant des couches isolantes. Les briques profilées coulées pour voûtes représentées sur la figure 1 sont réalisées sous forme de prismes à surface de-base trapézoïdale : ainsi, deux de leurs faces latérales sont parallèles, deux de leurs faces latérales font un angle déterminé par les dimensions de la voûte, leurface inférieure est plane ou arquée selon le rayon de la voûte, des canaux ouverts 1 orthogonaux à l'axe longitudinal des briques profilées étant prévus dans leur surface de délimitation supérieure. Les canaux 1 sont délimités par des nervures extérieures et centrales 2, 3. Dans le cas de la variante B, l'épaisseur des nervures extérieures 2 et celle des nervures centrales 3 intercalaires sont égales, mais, dans le cas des variantes A et C, l'épaisseur des nervures extérieures 2 n'est égale qu'à la moitié de l'épaisseur des nervures centrales 3. En conséquence, les nervures extérieures 2 des briques profilées contiguës constituent des nervures de même épaisseur que les nervures centrales 3 intercalaires. Dans le cas des variantes B et C, la hauteur des nervures centrales 3 intercalaires est inférieure à la hauteur des nervures extérieures 2, pour obtenir une adhérence plus sûre de la couche isolante à appliquer aux briques profilées pour voûtes. Les canaux 1 ont pour caractéristique commune leur forme de réalisation ouverte, mais on peut leur donner n'importe quelle conformation. Dans le cas des variantes A, B et D, les parois latérales des canaux 1 sont parallèles, mais, dans le cas de la variante C, elles sont convergentes. En même temps, la section droite des canaux est arrondie à la transition entre le fond du canal et les parois latérales dans le cas de la variante B, tandis que, dans le cas de la variante D, toute la partie de fond a une conformation arquée. Dans le cas des variantes A et C, la partie de fond est plane et elle n'est pas arrondie à la transition avec les parois latérales des canaux. La figure 2 est une vue en perspective d'une voûte en cours de construction. Cette voûte est constituée par les briques profilées conformes à la variante A représentée sur la figure 1. Cette figure montre bien comment le raccordement mutuel des nervures extérieures 2 et des nervures centrales 3 forme le nervurage transversal continu. La figure 3 est une vue latérale d'une voûte constituée par les briques profilées pour voûtes selon l'invention. La figure 4 est une vue de dessus de la voûte représentée sur la figure 2. Elle montre que la voûte est assem blée à partir de deux types de briques différents. Dans l'exemple représenté, la voûte est formée par des briques profilées à un canal et à deux canaux. Les rangées parallèles à l'axe longitudinal de la voûte commencent alternativement par les briques profilées les plus courtes et les briques profilées les plus longues. Une rangée sur deux est constituée exclusivement par des briques profilées longues. Bien entendu, on peut réaliser aussi d'autres fa çons le quadrillage de la voûte. La figure 5 représente par exemple, en vue de dessus, une voûte constituée par des briques profilées à un canal et à trois canaux, respectivement. Dans ce mode de réalisation, les rangées commencent également alternativement par des briques courtes et des briques longues, chaque rangée comprenant aussi cependant des briques courtes. Il ressort des modes de réalisation indiqués précédemment que le quadrillage de la voûte peut être réalisé de nombreuses façons, leur caractéristique commune consistant cependant en ce que les briques profilées sont disposées avec décalage mutuel d'au moins un intervalle de canaux sur des rangées parallèles à l'axe longitudinal de la voûte. Cela assure la jonction mutuelle des canaux et des nervures. Il n'est, bien entendu, pas exclu non plus, d'envisager une voûte dans laquelle les briques profilées pour voûte sont disposées côte à côte sans décalage mutuel, mais cette réalisation entraîne une diminution de stabilité. La figure 6 est une coupe longitudinale d'une voûte finie. Elle montre que les canaux des briques profilées de la voûte sont remplis d'un matériau de bonnes propriétés d'isolation thermique. On prévoit deux autres couches isolantes au-dessus de cette couche. La hauteur M des briques profilées pour voûtes à utiliser est de 250 mm, la profondeur m des canaux formés dans les briques profilées est, par contre, de 100 mm. Les briques profilées sont constituées par un matériau coulé à partir de matières à fondre de type Zircosite 30. Les canaux sont remplis d'une couche I de 120 mm d'épaisseur constituée de matériau Almotime-A, et l'on applique alors sur celle-ci les autres couches Il et III constituées par des matières réfractaires de type Sigmotim, et Standard-1260. t'épaisseur de ces couches est de 200 mm et respectivement de 100 mm. Parmi les matières précitées, la Zircosite-30 renferme un matériau réfractaire à base de baddeleyite-corindon, renfermant 50 % Al203 , 33 % ZrO2 , et 14 % Six2. L'Almotime A 10 est une matière réfractaire à base d'électrocorindon à prise chimique renfermant 90 % Al203 , la Sigmotime est une matière isolante à prise hydraulique renfermant 40 % Al203 et 30 % SiO2 . La matière calorifuge Standard-1260 est un revêtement isolant utilisable jusqu'à une température de 12600C, constitué par un matériau fibreux réfractaire d'une conductibilité thermique de 0,2 W/mK. La température de fonctionnement du four donné est de 1.5500C, la température extérieure de la voûte est de 109 C. La déperdition de chaleur se monte à 991 kcal/m2h. Dans les mêmes conditions de fonctionnement, dans le cas d'une voûte siliceuse de 375 mm d'épaisseur, la température extérieure de la voute est de 2820C, la déperdition de chaleur se monte à 5072 kcal/mm-h.Ces valseurs augmentent encore parallèlement à l'amincissement de la voûte. Au bout d'une durée de fonctionnement de 32 mois, la voûte constituée par des briques siliceuses s'est déjà tellement amincie qu'il faut arrêter le four pour procéder à la remise en état nécessaire de la voûte. La durée de vie de la voûte de four constituée par des briques profilées pour voûtes selon l'invention, coulées à partir de matières à fondre pour effectuer les essais dépasse cependant 50 mois. On indique, dans les tableaux ci-après, c'autres exemples de comparaison en mettant en parallèle la voûte selon l'invention A et les réalisations courantes B. TABLEAU I Désignation Matériau Epaisseur, Conductibilité resp.masse thermique M/m/mmj /kcal/mhC7 A Brique profilée Zircosite-30 2501125 4,7 IO Couche Zirmotime 30/CX 145/20 0,8 II Couche Sigmotime Mx 200 0,7 III Couche Matière fibreuse 100 0,08 B Brique profilée Matière siliceuse 300 1,5 Couche isolante Matière siliceuse, légère 65 0,7 Couche isolante Chamote, légère 65 0,5 x La Zirmotime 30 C est une matière réfractaire à base de AZS/Al203 - ZrO2 - SiO2/à prise hydraulique, qui renferme 50 % de AI 203 et 20 % de ZrO2 La Sigmotime M est une matière calorifuge à base de Al2O3 à prise chimique. A une température intérieure de 1.400 C, la température extérieure s'établit à 950C dans le cas A/ la densité de flux de chaleur à 810 kcal/m2/h/, à 2020C dans le cas B/ la densité de flux de chaleur à 2.830 kcal/m/h. TABLEAU II Désignation Matériau Epaisseur, Conductibilité reso. masse thermique M/m/mm/ /kcal/mhC A Brique profilée KORVISITEX 300/200 5,0 I Couche ALMOTIME A 10 220/20 2,1 IIO Couche Chamote isolante 2 x 65 0,4 B Brique profilée Matière siliceuse 450 1,5 Couche isolante Matière siliceuse légère 65 0,7 x La Korvisite est une matière réfractaire renfermant 98 % de Al203 , fondue à partir de matières à fondre à base d'alphacorindon. Pour une température intérieure de 1.6000C, la température extérieure est, dans le cas A, de 2180C/la densité de flux de chaleur de 3230 kcal/m2h/. Selon les calculs, avec un autre recouvrement de la voûte par un revêtement de matière fibreuse de 50 mm d'épaisseur, la température extérieure retomberait à 1330C et, dans le cas d'une épaisseur de revêtement de 100 mm, à 1030C. Dans le cas B, la température extérieure est de 2330C. L'isolation thermique ne peut cependant ici être accrue par l'application d'autres couches isolantes, car, dans ce cas, le matériau de la voûte serait chauffé dans une mesure fâcheuse et rapidement détruit. TABLEAU III Désignation Matière Epaisseur, Conductibilité resp. masse thermique M/m/mm/ /kcal/mhCo/ A Brique profilée ZIRKOSITE-30 250/125 5,2 IO Couche ALMOTIME A10 110 2,1 IIO Couche Sigmotime M 200 0,7 IIIO Couche Chamotte isolante 100 0,4 B Brique profilée Matière siliceuse 350 1,5 Couche isolante Matière siliceuse, légère 2 x 65 0,7 Pour une température intérieure de 1.5500C, la température de la surface extérieure est de 960C dans le cas A, mais de 2160C dans le cas B. Il ressort de ce qui précède que les briques profilées pour voûtes selon l'invention et les voûtes fabriquées avec elles présentent de nombreux avantages par rapport à la réalisation courante. La voûte présente une résistance à la chaleur supérieure, une meilleure résistance chimique et en même temps une solidité mécanique supérieure, ainsi donc qu'une durée de vue nettement supérieure. Du fait que la résistance à la corrosion des briques profilées coulées à partir de matières à fondre est nettement meilleure que celle des briques profilées courantes, même à des températures nettement supérieures, on peut donner aux couches isolantes une épaisseur nettement supérieure à celle des couches des réalisations antérieures, ce qui réduit considérablement la déperdition de chaleur, donc permet des économies d'énergie. On peut fabriquer les briques profilées pour voûtes par coulée avec une précision extraordinaire, ce qui ré duit largement les temps de construction des voûtes. Cela implique en même temps une augmentation de la durée de fonctionnement utile et du degré d'utilisation du four. Dans le cas des briques profilées coulées à partir de matières à fondre, on peut prévoir une mise à température (un chauffage) du four plus rapide, ce qui réduit le temps d'arrêt (les temps morts). Il v-de-~soi que l'on peut réaliser les briques profilées pour voûtes selon l'invention, ainsi que la voûte elle-même, non seulement selon les exemples indiqués précédemment mais également selon de nombreux autres modes de réalisation. REVENDICATIONS 1.- Brique réfractaire profilée pour voûtes coulée à partir de matières à fondre à base d'oxydes métalliques, réalisée sous forme de prisme à surface de base trapézoldale, caractérisée en ce qu'il est prévu dans la plus large de ses faces latérales parallèles au moins un canal (1) ouvert orthogonal à l'axe longitudinal de la brique profilée. 2.- Brique profilée selon la revendication 1, caractérisée en ce que les dimensions des canaux (1) formés dans les briques profilées sont égales. 3.- Brique profilée selon la revendication 1 ou 2, caractérisée en ce que, parmi les nervures (2, 3) formant les canaux (1), l'épaisseur des nervures extérieures (2) est égale à la moitié de l'épaisseur des nervures centrales (3). 4.- Brique profilée selon l'une des revendications 1 à 3, caractérisée en ce que la hauteur des nervures extérieures (2) est supérieure à la hauteur des nervures centrales (3) intercalaires. 5.- Voûte constituée par des briques profilées selon l'une quelconque des revendications 1 à 4, caractérisée en ce que les briques profilées sont assemblées de façon que les canaux (1) se joignent coaxialement et soient remplis au moins'partiellement par une matière calorifuge, qui présente une conductibilité thermique inférieure à celle des briques profilées. 6.-Voûte selon la revendication 5, caractérisée en ce qu'elle comprend deux types de briques profilées différents, l'un des types de briques profilées comportant plus de canaux (1) que l'autre type de briques profilées, et les briques se trouvant dans les rangées contiguës parallèles à l'axe longitudinal de la voûte étant décalées mutuellement d'au moins un intervalle de canaux. 7.- Voûte selon la revendication 5 ou 6, caractérisée en ce qu'elle comporte au moins une couche isolante.