Brevet FR2595458A3 — publié le 19870911

FR 2595458 A3 19870911 FR 8702764 A 19870302 ELEMENTS REFRACTAIRES PROFILES MOULES POUR REVÉTEMENTS DE FOUR ET STRUCTURES SUPERIEURES DE FOURS L'invention concerne un élément réfractaire profilé moulé pour le revêtement intérieur de fours, notamment de fours pour la fusion du verre, qui est constitué par des oxydes métalliques et comporte, le cas échéant, sur sa face arrière, une cavité susceptible d'être remplie d'une matière isolante; elle concerne également une structure supérieure de four comportant des éléments profilés de ce genre. Les structures supérieures des fours fonctionnant à des températures élevées (par exemple des fours pour la fusion du verre ou arches) sont généralement constituées par des briques siliceuses ou d'autres matériaux céramiques réfractaires. Selon les cas particuliers, on prévoit, sur le côté extérieur, des couches de matériaux isolants différents. Afin d'augmenter la puissance d'un four, on doit augmenter la température de fonctionnement, ce qui entraîne des effets préjudiciables pour les matériaux céramiques classiques. Certains composants des matériaux à fondre, par exemple, dans les fours à verre, le fluor, le bore, etc., provoquent une dégradation chimique des matériaux réfractaires. A la suite de la corrosion ainsi provoquée, l'épaisseur de la paroi du four diminue progressivement, les pertes de chaleur augmentent et, par conséquent, pour atteindre la puissance souhaité du four, la quantité de carburant nécessaire augmente. Par suite de l'augmentation du cotit de l'énergie, il apparaît souhaitable d'étudier comment les pertes de chaleur peuvent être réduites dans les fours pour la fusion. Dans les structures supérieures des fours, ces pertes de chaleur sont de l'ordre de 40 à 50%, et dans les fonds de four, de l'ordre de 20 à 25%. Un autre problème réside dans le fait que la précision dimensionnelle des éléments profilés formés de matériaux réfractaires classiques est insuffisante, ce pourquoi on soumet ces éléments à des opérations de façonnage afin de leur conférer les dimensions requises pendant la construction du four. Ceci ralenti évidemment les travaux de réfection d'une manière importante et augmente, dans des proportions correspondantes, les temps morts du processus de production. Un autre inconvénient des éléments profilés formés de matériau céramique consiste en ce que leur matériau constitutif subit, lors du recuit, certaines modifications de sa structure cristalline qui entraînent des variations du volume. Pour cette raison, on doit prévoir une mise en température à allure réduite, ce qui contribue à augmenter le temps requis pour la réfection ou le temps mort (c'est-à-dire les pertes de production). On connaît bien, par ailleurs, des matériaux rEfrac- taires moulés à partir d'une matière dite "matière fusible" ainsi que des éléments profilés formés de ces matériaux réfractaires, dont la longévité est sensiblement supérieure à celle des éléments profilés céramiques, et qui présentent également une meilleure résistance à la corrosion que ceux-ci, ce qui permet d'utiliser avantageusement les éléments précités pour la construction des revêtements intérieurs des fours., Toutefois, ces matériaux et ces éléments profilés présentent un inconvénient en ce que leur conductibilité thermique et leur poids sont sensiblement supérieurs à ceux des matériaux céramiques.C'est notamment le poids desdits matériaux qui est sensiblement supérieur à celui des matériaux céramiques et qui limite leurs possibilités d'utilisation et entraîne des sollicitations mécaniques importantes, en ce qui concerne le fond du four et la structure supérieure de celui-ci. En raison de leur conductivité thermique plus élevée, on doit prévoir, lors de leur utilisation, une isolation plus efficace que lors de l'utilisation des matériaux classiques, afin de pouvoir éviter les pertes de chaleur. C'est pour ces raisons que l'on a mis au point des éléments profilés pourvus, sur leur face arrière, de cavités que l'on rempli d'une matière isolante, après la mise en place, afin de diminuer la conductivité thermique du revêtement intérieur. La présenté invention a pour but de créer des éléments réfractaires profilés qui permettent de diminuer sensiblement le poids du revêtement intérieur de four, constitué par ces éléments de construction en oxyde métallique fusible moulé, tout en diminuant les pertes de chaleur et en permettant, par ailleurs, de réaliser une structure supérieure de four présen- tant une surface réfléchissant plus efficacement la chaleur, de manière à améliorer la transmission de la chaleur et à diminuer, par conséquent, l'énergie requise pour le fonction- nement du four. Ce but est atteint, selon l'invention, par des éléments profilés dont la face frontal présente au moins un évidement propre à agrandir la surface. Les évidements sont délimités avantageusement par des surfaces latérales divergentes et/ou arrondies, de façon telle que leur fabrication puisse être effectuée selon une technique simple et que les pièces profilées ne présentent pas de tendance à la fissuration. L'épaisseur de paroi résiduaire des éléments profilés représente avantageusement 0,25 à 0,5 fois l'épaisseur de l'élément profilé intéressé. Dans la structure supérieure de four selon l'invention, quelques-uns au moins des éléments profilés sont pourvus dLun évidement propre à agrandir la surface, sur le côté dirigE vers le foyer. Le cas échéant, les éléments profilés forment la structure supérieure du four peuvent être pourvus, sur leur face arrière,d'une cavité remplie d'une matière isolante. Avantageusement, la face extérieure de la structure supérieure du four est revêtue d'au moins une couche isolante. L'invention est basée, au premier chef, sur le fait que, dans les fours destinés à la fusion du verre, la chaleur est transmise au matériau à fondre, par rayonnement, dans une proportion de 90 à 95%. Par conséquent, la quantité de chaleur transmise par rayonnement est limitée par l'aire de la surface de la structure supérieure du four. Il s'ensuit que, lorsqu'on augmente la surface de la structure supérieure du four, on peut diminuer la quantité d'énergie requise pour l'échauffement Les éléments profilés selon l'invention ne permettent pas seulement de diminuer le poids du revêtement intérieur du four, par rapport aux constructions classiques, mais encore, ils entraient une rentabilité accrue du fonctionnement (ou de l'exploitation) du four. L'invention sera décrite ci-dessous de manière plus détaillée à l'aide du dessin annexé où: - la figure 1 montre, en coupe longitudinale, un mode de réalisation avantageux de l'élément profilé selon l'invention; - la figure 2 montre l'élément de la figure 1, vu en plan; - la figure 3 représente,-en coupe longitudinale, un autre mode de réalisation; - la figure 4 est une coupe prise suivant la ligne IV-IV de la figure 3; - la figure 5 montre en plan le mode de réalisation représenté sur les figures 3 et 4; - la figure 6 montre un autre-mode de réalisation, vu de dessous; - la figure 7 montre le mode de réalisation selon la figure 6, sous forme d'une coupe longitudi nale; - la figure 8 est une vue en plan du mode de réalisation représenté sur les figures 6 et 7; ; - la figure 9 montre, en coupe, une partie d'un four de fusion de verre construit à l'aide d'éléments profilés tels que celui représenté sur les figures 6 à 8. L'élément profilé selon le mode de réalisation représenté sur les figures 1 et 2 présente, sur sa face frontale, un évidement l en forme de piste de course hippique. Ainsi que le montre le dessin, les parois latérales 2 de cet évidement 1 sont divergentes vers l'extérieur et les bords 3 (ou arêtes) sont arrondis pour faciliter le démoulage de l'élément profilé. Dans le mode de réalisation représenté, la hauteur m de l'élément profilé correspond approximativement à deux fois l'épaisseur de paroi f derrière l'évidement 1, c'est-à-dire que la profondeur de l'évidement 1 est sensiblement égale à l'épaisseur de paroi f. Les figures 3 à 5 montrent un autre mode de réalisation de l'élément profilé selon l'invention. Dans ce mode de réalisation, la face frontale de l'élément profilé présente des évidements la et lb. Ceux-ci présentent une forme pyramidale, ce qui facilite également le démoulage de l'élément profilé. On comprendra que les évidements la et lb augmentent, par ailleurs, sensiblement la surface de la face frontale précitée. Les figures 6 à 8 représentent encore un autre mode de réalisation de l'élément profilé. Ici, cet élément ne présente pas seulement un évidement 1 à sa face frontale, mais également une cavité 4 sur sa face arrière. L'évidement de la face frontale correspond sensiblement à celui représenté sur les figures 1 et 2, tandis que la cavité 4 de la face arrière est sensiblement conformée au contour de l'élément profilé. Généralement, on remplit, après la mise en place, la cavité 4 d'une matière isolante; pour cette raison, il est avantageux de lui donner des dimensions qui lui confèrent une périphérie aussi grande que possible. Par ailleurs, il n'est pas indispensable d'en arrondir les bords, étant donné qu'en raison de la présence de la matière isolante, la tendance à la fissuration n'est pas particulièrement prononcée ici. Dans ce mode de réalisation, l'épaisseur de paroi résiduelle f correspond sensiblement à la profondeur de l'évidement 4 et représente 0,25 à 0,3 fois la hauteur m de l'élément profilé, ainsi qu'il ressort de la figure 7. La figure 9 montre, en coupe, un détail d'un four de fusion du verre pour la construction de la structure supérieure duquel on a utilisé des éléments profilés tels que celui représenté sur les figures 6 à 8. Ainsi qu'vil ressort de cette figure, la partie inférieure de la paroi latérale 5 (c'est-à-dire la structure inférieure) entoure le bain de fusion 6. La structure supérieure 7 de la paroi latérale est formée d'éléments profilés 8 selon l'invention, les cavités arrières 4 de ceuxci tant remplies de béton réfractaire 9. Par ailleurs, la structure est pourvue d'une première, d'une seconde et d'une troisième couches isolantes 10, 11 et 12, respectivement. L'invention sera décrite ci-dessous à l'aide de plusieurs exemples. EXEMPLE 1 On examine la structure d'une paroi latérale d'un four à verre, formé, comme indiqué sur la figure 9, d'éléments profilés tels que celui représenté sur les figures 6 à 8. Le four est un four de fusion du verre au plomb fonctionnant à une température de 14800C, comportant un double dôme et constitué initialement par des couches de briques siliceuses Stella GG d'une épaisseur de 250 mm et des couches de briques siliceuses Legral 55 d'une épaisseur de 125 mm. On mesure à la paroi extérieure du revêtement du four une température de 1950C. On observe, en plusieurs endroits de la structure supérieure du four des trous qui se sont formés avant l'achèvement de la campagne du four, qui est d'une durée de quatre années, ce qui oblige à procéder à une réfection à chaud. La transformation est effectuée comme indiqué sur la figure 9; la hauteur des éléments profilés 8 est de 250 m, et ils sont formés de ZIRKOSIT-30. La profondeur de la cavité 4 est de 100 mm, celle de l'évidement 1 est de 75 mm et l'épaisseur de paroi résiduelle f est également de 75 mm. Les cavités 4 sont remplies de béton réfractaire ZIRMOTIM-30 C et les couches isolantes 10, 11 et 12 qu'on y superpose sont constituées, dans cet ordre, par des briques siliceuses Stella GG d'une épaisseur de 250 mm et par un matériau d'isolation thermique Standard 1260 d'une épaisseur de 50 Mm. Parmi les matériaux énumérés ci-dessus, les matériaux Stella GG et Legral 55 sont des briques siliceuses, l'élément formé de ZIRKOSIT-30 est constitué par un matériau réfractaire à base de baddéléyite et de corindon renfermant 50% d'Al2O3, 33% de ZrO2 et 14% de SiO2; le ZIRMOTIM-30 C est un matériau réfractaire à liant hydraulique du type AZS (A1203-ZrO2-SiO2) renfermant 50% d'Al2O3 et 20% de ZrO2, cependant que la matière isolante "Standard 1260" constitue une couche isolante pouvant être utilisée jusqu'à 12600C et formée d'un matériau réfractaire fibreux présentant une conductibilité thermique de 0,2 W/mK. Le four décrit dans cet exemple a fonctionné sans probLème pendant une période de plus de six ans. La température extérieure de la structure supérieure du four atteignait de l050C En raison de la meilleure transmission thermique dans l'enceinte du four, et de l'effet isolant accru, la consommation de gaz naturel par le four a été réduite -toutes autres conditions d'exploitation étant inchangées- de 80 Nm3/h à 60 Nm3/h. EXEMPLE 2 La structure supérieure d'un four de fusion de verre de 16 m2 pour fondre du verre au borosilicate exempt de substances alcalines (désignation commerciale: "Eutal") était constituée pour la campagne initiale du four par des éléments profilés ZIRKOSIT pleins d'une épaisseur de 200 mm. Lors de la réfection, on met en place dans la structure supérieure des éléments profilés pleins d'une épaisseur de 200 mm comportant sur la face intérieure des évidements en forme de pyramide tronquée; il en résulte une diminution de 19% du poids de la structure supérieure et la surface réfléchissant la chaleur de cette structure est augmentée d'environ 7%. De ce fait, la transmission de la chaleur entre la structure supérieure du four et le bain de verre fondu est améliorée, de sorte que la consommation de gaz naturel baisse de 21 Nm3/h (elle atteignait initialement: 340 Nm3/h), cependant que les paramètres de fonctionnement et l'isolation du four restent inchangés. I1 ressort nettement des explications qui précèdent que l'utilisation des éléments profilés selon l'invention permet de diminuer le poids de la structure supérieure du four et, par conséquent, les coûts de construction y afférents, cepeadant qu'en même temps, grâce aux évidements, la capacité de réflexion de la chaleur du revêtement du four augmente considérablement, si bien que, pour une même température de fonctionnement du four, la consommation de carburant baisse fortement par comparaison à celle qu'impliquent les construc tions classiques. Bien entendu, l'invention n'est nullement limitée aux modes de réalisation décrits et représentés, mais elle est susceptible de nombreuses variantes accessibles à l'homme de l'art sans que l'on ne s'écarte de l'esprit de l'invention. REVENDICATIONS 1.- Elément réfractaire profilé moulé pour revêtement de four, notamment pour le revêtement d'un four de fusion de verre, se composant d'oxydes métalliques et pourvu, le cas échéant, à sa face arrière, d'une cavité susceptible d'être remplie d'une matière isolante, caractérisé en ce qu'il présente sur sa face frontale au moins un évidement (1) qui en agrandit la surface. 2.- Elément profilé réfractaire selon la revendication 1, caractérisé en ce que l'évidement (1) présente des parois latérales (2) divergentes et/ou arrondies. 3.- Elément profilé selon la revendication 1 ou 2, caractérisé en ce que l'épaisseur de paroi résiduelle (f) est comprise entre 0,25 et 0,5 fois l'épaisseur (m) de l'élément profilé. 4.- Structure supérieure de four constituée par des éléments réfractaires profilés selon l'une des revendications 1 à 3, caractérisée en ce que certains au moins des éléments profilés présentent, du côté dirigé vers le foyer, un évidement (1) agrandissant la surface de l'élément intéressé. 5.- Structure selon la revendication 4, caractérisée en ce que lesdits éléments profilés présentent, sur leur face arrière, une cavité (4) remplie d'une matière isolante. 6.- Structure selon la revendication 4 ou 5, caractérisée en ce qu'elle comporte sur sa face extérieure au moins une couche isolante.