Brevet FR2654661A1 — publié le 19910524

La présente invention est relative à une poche pour l'élaboration d'un métal comprenant une enveloppe métallique munie, sur sa surface interne, d'un revêtement réfractaire de paroi et d'un revê- tement réfractaire de fond portant un trou de coulée. La présente invention a également pour objet un procédé de réalisation d'un tel revêtement réfractaire de fond. Dans le domaine de la métallurgie, une telle poche est connue et, dans les acieries, on cherche à réaliser des revêtements de fond de poche ayant une pente vers le trou de coulée pour améliorer l'écoulement du métal en fin de coulée et réduire ainsi les pertes de métal. Mais, un revêtement de fond de poche, plat, incliné, a pour principal inconvénient de se soulever par l'effet de la dilatation thermique des matériaux réfractaires, au cours du chauffage de la poche Ce phénomène est encore plus important lorsqu'on utilise des matériaux basiques dont le coefficient de dilata- tion est plus élevé que celui des matériaux acides. Les dilatations engendrent, par un décol- lement au centre, entre le revêtement et le fond de la poche, un flambage dudit revêtement de fond. Ce type de déformation peut entrainer une détérioration rapide et une chute du revêtement réfractaire de fond lors de la vidange du laitier. La présente invention a pour but d'éviter, entre autres, le décollement du revêtement réfractaire de fond d'une poche pour l'élaboration de métal, par exemple d'acier. La présente invention a ainsi pour objet une poche pour l'élaboration de métal comportant une enveloppe métallique munie, sur sa surface interne, d'un revêtement réfractaire de paroi et d'un revé- tement réfractaire de fond portant un trou de coulée, caractérisée en ce que la surface du revêtement réfractaire de fond, en contact avec le métal en élaboration, est une surface concave présentant en tout point une pente dirigée vers le trou de coulée. De préférence, le revêtement réfractaire de fond est constitué d'au moins un assemblage d'élé- ments indépendants séparés par des joints, lesdits éléments indépendants obtenus par moulage étant réalisés et disposés de manière à créer un effet de voûte lorsque la poche est renversée. Selon un mode particulier de réalisation de l'invention, le revêtement réfractaire de fond est constitué d'au moins une couche de sécurité et d'au moins une couche d'usure, la couche de sécurité étant constituée par un assemblage d'éléments indépendants. Selon d'autres caractéristiques de l'invention: les éléments indépendants de fond de poche comportent des faces latérales munies d'au moins une gorge s'étendant sensiblement parallèlement à la surface du fond de poche, les éléments indépendants de fond de poche sont scellés avec un béton à variation permanente de dimension positive rémanente, l'ensemble des éléments indépendants de fond de poche forment une mosaïque dont les joints sont les uns concentriques au trou de coulée et les autres rayonnants par rapport audit trou, les joints rayonnants étant décalés d'un joint concentrique à un autre. la couche de sécurité est entourée d'une ceinture annulaire susceptible de constituer une surface de démarrage du maçonnage du revêtement réfractaire de la paroi de l'enveloppe métallique, la ceinture annulaire de section sensiblement quadrilatère comporte au moins un épaulement extérieur définissant au moins une surface d'appui hélicoidale, la largeur de ladite surface d'appui correspondant à l'épaisseur d'au moins une couche de revêtement réfractaire de paroi. L'invention a également pour objet un procédé de réalisation d'un revêtement réfractaire de fond dans lequel: on fabrique un moule formé par un fond convexe de préférence sensiblement sphérique, portant des parois verticales constituant des compartiments correspondant à la géométrie des éléments du revête- ment réfractaire de fond, lesdites parois ayant une section semblable à celle des joints, on coule dans chaque compartiment ainsi formé un béton réfractaire choisi, et on démoule après la prise du béton en référençant chacun desdits éléments du revêtement réfractaire de fond. D'autres caractéristiques et avantages de la présente invention apparaîtront au cours de la description qui va suivre faite en référence aux dessins annexés. la Fig 1 est une vue partielle en coupe d'un premier mode de réalisation d'une poche pour l'élaboration de métal selon l'invention, la Fig 2 est une vue partelle en coupe d'un second mode de réalisation d'une poche selon l'invention, la Fig 3 est une vue partielle en coupe d'un troisième mode de réalisation d'une poche selon l'invention, la Fig 4 est une vue de dessus d'un ensemble formé par une rampe annulaire de démarrage de maçonnage des briques de paroi et par un revêtement de fond de poche selon l'invention, la Fig 5 est une vue en coupe d'un moule dans lequel sont coulés les éléments indépendants de la mosaïque formant un revêtement réfractaire de fond de poche selon l'invention. Sur la Fig 1 on a représenté la partie inférieure d'une poche pour l'élaboration de métal, par exemple d'acier, comprenant une enveloppe 1 métallique, par exemple cylindrique, munie sur sa paroi interne 2 d'un revêtement réfractaire de paroi 3 et d'un revêtement réfractaire de fond 4 muni d'un trou de coulée 5. Le revêtement réfractaire de fond 4 est composé d'une couche réfractaire dont la surface 6 en contact avec le métal à élaborer est une surface concave présentant en tout point une pente dirigée vers le trou de coulée 5. La forme concave 6 du revêtement réfrac- taire de fond 4 crée un effet de voûte lorsque la poche est renversée et de ce fait l'effet de voûte empêche le décollement dudit revêtement réfractaire de fond 4. Selon un second mode de réalisation repré- senté à la Fig 2, le revêtement réfractaire de fond 4 est constitué d'un assemblage de plusieurs éléments indépendants 4 a séparés par des joints 7 en béton réfractaire. Les éléments indépendants 4 a constituant le revêtement réfractaire de fond 4 sont réalisés, par exemple par moulage, et ont chacun une forme spécifique pour le réajustement les uns par rapport aux autres dans le fond de l'enveloppe métallique 1 de la poche Leur disposition et leur forme sont déterminées de manière à obtenir un effet de voûte lorsque la pochie est renversée. Les joints 7 sont de préférence placés, d'une part, concentriquement au trou de coulée 5 et, d'autre part, rayonnant par rapport à ce même trou de coulée, lesdits joints rayonnants étant de plus décalés d'un joint concentrique à l'autre Les faces latérales des éléments indépendants 4 a sont munies de gorges 8 formant sur les joints 7, des saillies qui bloquent le glissement desdits éléments 4 a les uns par rapport aux autres. Les gorges 8 s'étendent sensiblement parallèlement à la surface du fond de poche. Les éléments indépendants sont jointoyés avec un béton réfractaire à variation permanente de dimension positive rémanente, les autres propriétés physiques du béton de scellement sont voisines de celles du matériau réfractaire utilisé pour la réalisation des éléments indépendants 4 a. Le béton de scellement qui forme les joints 7 est disposé de façon à équilibrer ou compenser des déformations de dilatation d es à la géométrie de l'ensemble des éléments indépendants 4 a. Selon un troisième mode de réalisation représenté à la Fig 3, le revêtement réfractaire de paroi comporte au moins une couche de sécurité 10 et au moins une couche d'usure 11, et le revêtement réfractaire de fond comporte au moins une couche de sécurité 12 et au moins une couche d'usure 13. Les couches d'usure ( 11, 13) sont en bri- ques réfractaires dont la qualité est déterminée par les conditions d'utilisation et les sollicitations subies dans les différentes parties du revêtement réfractaire de poche Ces briques peuvent être fabriquées à partir d'agrégats notamment alumineux, de dolomie, de magnésie. Les briques constituant la couche de sé- curité 10 et la couche d'usure 11, par exemple de format semi universel, sont en appui sur un épaulement extérieur 14 d'une rampe annulaire 15 de démarrage de maçonnage des briques du revêtement réfractaire de paroi L'épaulement extérieur 14 définit deux surfaces d'appui hélicoïdales respectivement 16 et 17. La surface d'appui 16 a la largeur de la couche de sécurité 10 de paroi et la surface d'appui 17 a la largeur de la couche d'usure 11 de paroi. Par ailleurs, l'épaulement extérieur 14 est un moyen de blocage périphérique de la couche de sécurité 12 de fond de poche. A cet effet, sur le fond de la poche est déposé, dans l'espace délimité par la rampe annulaire , la couche de sécurité 12 de fond de poche, de forme lenticulaire et possédant une face plane 12 a scellée sur la face interne du fond de l'enveloppe métallique 1 et une face 12 b présentant une surface concave suffisamment sphérique possédant en tout point une pente dirigée vers le trou de coulée 5. Sur la face concave 12 b est maçonnée la couche d'usure de fond 13 en briques réfractaires qui épouse la forme de la concavité. La surface 13 b de la couche d'usure de fond 13, en contact avec le métal en élaboration, définie une sphère dont le centre est situé sur l'axe longi- tudinal du trou de coulée 5. La couche d'usure de fond 13, en appui sur la surface concave 12 b sensiblement sphérique de la couche de sécurité 12 de fond, a, par un effet de voûte, tendance à se plaquer contre ladite couche de sécurité 12 lors de dilatation thermique, ce qui assure sa tenue rmécanique lorsque la poche est renversée. La rampe annulaire 15 et la couche de sécurité 12 de fond sont constituées toutes deux d'un même matériau qui est en général un béton alumineux à base d'andalousite Ce béton réfractaire doit avoir une bonne résistance mécanique à froid et une résistance pyroscopique acceptable. La Fig 4 est une vue de dessus de l'ensem- ble formé de la rampe annulaire 15 et la couche de sécurité 12 de fond. La rampe annulaire 15, sur laquelle est moulée l'épaulement extérieur 14 formant les deux rampes hélicoïdales respectivement 16 et 17 de démarrage du maçonnage des briques du revêtement réfractaire de paroi est coulée sur place La couche de sécurité 12 de fond est constituée d'un ensemble d'éléments 20 formant une mosaïque et jointoyés avec un béton de coefficient de dilatation thermique légèrement plus élevé que le coefficient de dilatation thermique du matériau réfractaire constituant lesdits éléments indépendants 20 Les autres propriétés physiques du béton de scellement constituant les joints 21 entre les éléments indépendants 20 sont voisines de celles du matériau réfractaire utilisé pour la réalisation desdits éléments indépendants 20. Les joints 21 sont disposés de façon à équilibrer ou à compenser les déformations de dilatation dues à la géométrie de l'ensemble des éléments indépendants 20 Les joints 21 sont de préférence placés, d'une part concentriquement au trou de coulée 5 et d'autre part rayonnant par rapport à ce même trou de coulée 5, les joints rayonnants étant de plus placés en quinconce les uns par rapport aux autres. Les faces latérales des éléments indépen- dants 20 sont également munis d'une gorge 22 qui forme, sur les joints 21 coulés, des saillies qui bloquent le glissement des éléments indépendants 20 de la couche de sécurité 12 les uns par rapport aux autres. En se reportant maintenant à la Fig 5 on va décrire le procédé de réalisation, en préfabriqué, des éléments indépendants ( 4 a, 20) de la mosaïque du revêtement de fond 4 ou de la couche de sécurité 12 de fond. A cet effet, on utilise un moule 30 formé en gabarit du revêtement réfractaire 4 de fond ou de la couche de sécurité 12 de fond Le moule 30 est constitué d'un cylindre 31 posé sur une surface convexe 32 produisant le galbe de la surface du revêtement réfractaire 4 de fond ou de la couche de sécurité 12 de fond de poche Le moule 30 est cloisonné avec des parois verticales 33 dont la section correspond à la forme des joints ( 7, 21), lesdites parois verticales 33 étant placées de façon à déterminer des compartiments formant des moules pour les éléments ( 4 a,20) respectivement du revêtement réfractaire ( 4) de fond ou de la couche de sécurité 12. Après coulage du matériau réfractaire 34 dans les différents moules constituant la mosaîque, puis démoulage, les éléments ( 4 a, 20) de forme spécifique sont référencés Ils constituent ensemble soit un revêtement réfractaire 4 de fond, soit une couche de sécurité 12 de fond de caractéristique physique homogène. Bien que dans les exemples décrits la forme concave de la surface en contact avec le métal à élaborer soit de forme sensiblement sphérique, d'autres formes conviendraient comme par exemple une forme cylindrique ou ogivale, ces formes permettant un arcboutement du revêtement réfractaire de fond et sa tenue mécanique. De plus, une telle configuration assure un bon écoulement de l'acier vers le trou de coulée, le point bas de la surface du revêtement réfrataire de fond de la poche étant formé par ledit trou de coulée. REVENDICATIONS 1 Poche pour l'élaboration de métal com- portant une enveloppe métallique ( 1) munie, sur sa surface interne, d'un revêtement réfractaire de paroi ( 3, 10, 11) et d'un revêtement réfractaire de fond ( 4, 12, 13) portant un trou de coulée ( 5), caracté- risée en ce que la surface de revêtement réfractaire de fond ( 4, 12, 13), en contact avec le métal en élaboration, est une surface concave présentant en tout point une pente dirigée vers le trou de coulée ( 5). 2 Poche selon la revendication 1, carac- térisée en ce que le revêtement réfractaire ( 4) de fond de poche est formé par au moins un assemblage d'éléments indépendants ( 4 a) séparés par des joints ( 7). 3 Poche selon la revendication 1, carac- térisée en ce que le revêtement réfractaire de fond comprend au moins une couche de sécurité ( 12) et au moins une couche d'usure ( 13), ladite couche de sécurité ( 12) étant formée d'un assemblage d'éléments indépendants ( 20) séparés par des joints ( 21); 4 Poche selon l'une des revendications précédentes, caractérisée en ce que, dans l'assem- blage des éléments indépendants ( 4 a, 20) constituant le revêtement réfractaire de fond ( 4, 12), lesdits éléments indépendants ( 4 a, 20) sont réalisés et disposés de manière à créer un effet de voûte lorsque ladite poche est renversée. 5 Poche selon l'une des revendications précédentes, caractérisée en ce que les éléments indépendants ( 4 a, 20) sont obtenus par moulage. 6 Poche selon l'une des revendications précédentes, caractérisée en ce que les éléments 1 1 indépendants ( 4 a, 20) comportent des faces latérales munies d'au moins une gorge ( 8, 22) s'étendant sensiblement parallèlement à la surface du fond de poche. 7 Poche selon l'une des revendications précédentes, caractérisée en ce que les éléments indépendants ( 4 a, 20) sont scellés avec un béton à variation permanente de dimension positive rémanente. 8 Poche selon l'une des revendications précédente, caractérisée en ce que l'ensemble des éléments indépendants ( 4 a, 20) forment une mosaïque dont les joints ( 7, 21) sont les uns concentriques au trou de coulée ( 5) et les autres rayonnants par rapport auxdits trous de coulée ( 5), les joints rayonnants étant décalés d'un joint concentrique à un autre. 9 Poche selon la revendication 3, caracté- risée en ce que la couche de sécurité ( 12) est entourée d'une ceinture annulaire ( 15) susceptible de former une surface ( 16, 17) de démarrage du maçonnage du revêtement réfractaire ( 10, 11) de la paroi de l'enveloppe métallique ( 1). Poche selon la revendication 9, carac- térisée en ce que la ceinture annulaire ( 15) de section sensiblement quadrilatère comporte au moins un épaulement extérieur ( 14) définissant au moins une surface d'appui hélicoïdale ( 16, 17), ladite surface d'appui ( 16, 17) ayant une largeur correspondant à l'épaisseur d'au moins une couche de revêtement réfractaire ( 10, 11) de paroi. 11 Procédé de réalisation d'un revêtement réfractaire de fond de poche selon l'une des revendi- cations précédentes, caractérisé en ce que: on fabrique un moule ( 30) constitué par un fond convexe ( 32) de préférence sensiblement sphérique, et comportant des parois verticales ( 33) constituant des compartiments correspondant à la géométrie des éléments du revêtement réfractaire ( 4, 12) de fond, lesdites parois ( 33) ayant une section correspondante à celle des joints ( 7, 20), on coule dans chaque compartiment ainsi formé un béton réfractaire choisi ( 34), et on démoule après la prise du béton en référençant chacun desdits éléments ( 4 a,20) du revêtement réfractaire de fond.