Brevet FR2687690A1 — publié le 19930827

t 2687690 L'invention concerne un système de blocs façonnés, notamment pour la maçonnerie de fonds en forme de calotte,- par exemple de récipients métallurgiques, les différents blocs façonnés étant délimités par six faces pratiquement planes, à savoir la face côté feu, la face côté froid, les deux faces latérales, ainsi que la face intérieure et la face extérieure Ces blocs façonnés sont conçus pour l'agencement en anneaux concentriques, o, à l'intérieur de chacun de ces anneaux, les blocs façonnés sont aboutés entre eux par leur faces latérales et les faces extérieures des blocs façonnés d'un anneau délimitent les faces intérieures des blocs façonnés de l'anneau suivant. Les fonds de convertisseurs et récipients analogues destinés à la fabrication de l'acier sont usuellement protégés par une couche en blocs réfractaires, avant d'être sollicités thermiquement par l'acier liquide Les différentes blocs doivent alors se raccorder entre eux, autant que possible sans joint, ni espace intermédiaire Les fonds sont en général réalisés sous forme de calottes sphériques entourées par des segments toriques Pour éviter la présence d'espaces intermédiaires, dans les maçonneries connues, les dimensions nécessaires des différents blocs façonnés font l'objet d'un calcul. Les blocs façonnés sont alors fabriqués sur mesure et introduits, de façon ajustée, suivant un plan de pose Il est évident qu'un tel type de fabrication est très coûteux. On connaît d'autres'systèmes de blocs façonnés à l'aide desquels le nombre des blocs nécessaires, de dimensions différentes, peut être limité On pose alors en anneaux cylindriques, autour d'un bloc principal, des blocs façonnés, pour le cas ou il s'agit de fond à calotte sphérique Dans chaque anneau, des blocs façonnés de deux dimensions différentes sont combinés entre eux, de telle façon que l'anneau se raccorde tant sans former de joint sur l'anneau précédent, qu'également sans constituer aucun joint à l'intérieur d'un anneau entre les blocs façonnés Tous les blocs façonnés d'un tel système sont caractérisés par le fait que leurs faces intérieures et leur faces extérieures sont inclinées les unes par rapport aux autres, suivant un angle a, de telle façon qu'en résulte un rayon de courbure qui correspond au rayon de la calotte, perpendiculairement par rapport au bord de l'anneau Cependant dans le cas d'un tel système, il est également nécessaire, pour chaque rayon de calotte, de créer une série propre de blocs façonnés. Cette série est déterminée par le rayon de courbure Lors de la production de -ces blocs, c'est cependant justement la conversion des installations de pressage à la production d'une nouvelle série qui est complexe et chère, du fait qu'il faut fablocr un moule de pressage spécifique et le monter dans la presse A l'intérieur d'une série, il est- notablement plus facile, par réglage du poinçon et par une mesure précise de la quantité de matière ayant servi au remplissage, de fablocr des blocs façonnés différents. En outre, par le DE-C 39 40 575, il est connu de garnir de maçonnerie des sections de récipient coniques, au moyen. de cintres transversaux du commerce montés de façon oblique, de telle façon qu'on obtienne une plus grande résistance dans le temps La position inclinée est obtenue par le montage de blocs de renvoi Du fait de l'utilisation d'un seul type de blocs de renvoi, il est impossible d'obtenir un travail ne faisant apparaître aucun joint Ce défaut est tolérable dans le cas de transitions entre diamètres, telles que s'en produisent par l'intermédiaire de tronc de cône dont les angles d'ouverture sont petits, comme ceci est également le cas dans la solution connue Il est cependant impossible -d'appliquer un tel procédé pour garnir de maçonnerie des fonds de calottes. Le but de l'invention est d'éviter ces inconvénients et de créer un système qui permette, à l'aide d'un petit nombre de blocs façonnés, de concevoir des faces de segments sphériques et toriques avec des rayons quelconques dans certaines limites -, ceci pratiquement sans créer de lacune ou vide Les petits interstices résultant obligatoirement du fait que des anneaux de cercle sont remplacés par des anneaux à limites ou contours polygonaux, peuvent dans la pratique être négligés du fait que chaque anneau est composé d'un grand nombre de blocs individuels. C'est pourquoi, selon l'invention, deux formats de base de blocs façonnés sont prévus, les blocs façonnés du premier format de base présentant un certain espacement entre la ligne de coupe imaginaire de la face intérieure avec la face extérieure et la face côté feu et les blocs façonnés du deuxième format de base présentant un espacement déterminé, supérieur au premier format de base, entre la ligne de coupe imaginaire de la face intérieure avec la face extérieure et la face côté feu En outre, à l'intérieur de chaque format de base sont prévues au moins trois positions, les blocs façonnés de différentes positions, présentant des faces latérales inclinées les unes par rapport aux autres de façon différente et les blocs façonnés d'une position, présentant des faces latérales parallèles. Le premier format de base est conçu du fait de l'inclinaison de la face intérieure par rapport à la face- extérieure, de telle façon que, par utilisation exclusive de ce format de base, on puisse obtenir le rayon minimal de calotte Pour permettre d'obtenir un rayon de calotte plus grand, il est nécessaire de prévoir des anneaux alternés, composés de' blocs façonnés provenant des deux formats de base Si par exemple le rayon de calotte n'est que peu supérieur au rayon minimum donné par le premier format de base, on procédera de façon à ce qu'au bout de chaque fois trois ou quatre anneaux pris dans le premier format de base, on monte un anneau du deuxième format de base Plus le rayon de calotte est grand, plus grande évidemment est également' la proportion des anneaux du deuxième format de base On n'utilise dans chaque anneau que des blocs façonnés d'un seul et même-format de base. Le système selon l'invention permet de couvrir une grande plage de rayons de récipient avec un jeu unique de blocs, des formats correspondants à un pressage par machine pouvant être utilisés sans nécessiter spécialement de retouche Des blocs à tuyères peuvent être intégrées sans aucun problème dans la palette des formes, le mode de réalisation permettant également d'utiliser des blocs à tuyères changeables à chaud Le bloc principal peut être réalisé à partir de format obtenu par pressage à la machine, tant pour un assemblage lâche ou individuel, qu'également pour un assemblage en bloc. Il est avantageux que pour chaque zone partielle d'un fond de calotte, soient prévues à l'intérieur de chaque format de base exactement trois positions Ces trois types de blocs différents se distinguent par leur conicité des deux faces latérales, tant la direction normale par rapport à la face réfractaire qu'également dans la direction normale à la surface intérieure. Par un mélange approprié de blocs de la première et de la deuxième position on peut obtenir qu'un anneau possède une caractéristique réfractaire, tant intérieurement qu'extérieurement, sur la périphérie nécessaire En général, il est cependant impossible d'assurer ceci également du côté froid Ceci n'est possible que par un mélange approprié de blocs façonnés de la troisième position Un tel ajout de blocs façonnés de la troisième position ne peut également être évité que si le rayon de calotte global correspond précisément au rayon du format de base. Suivant une variante de réalisation préférée de l'invention, il est prévu que les blocs façonnés d'un format de base présentent des faces intérieures et extérieures parallèles entre elles Ceci permet de simplifier le calcul du plan de pose. Il faut remarquer de façon générale que le bloc qui est chaque fois le dernier dans un anneau peut également, après la pose de toutes les autres blocs, être découpé précisément à la dimension du vide subsistant On peut ainsi compenser, lors du montage, les tolérances qui se manifestent obligatoirement. En outre, l'invention concerne un récipient métallurgique avec une enveloppe en acier, incurvée dans des zones partielles et ayant la forme de segments sphériques ou toriques, et équipé avec un garnissage en maçonnerie composé de blocs façonnés Selon l'invention, il est prévu que les blocs façonnés soient dimensionnés au moins partiellement suivant le système décrit ci-dessus Les points faibles structurels existants dans le garnissage maçonné du récipient peuvent ainsi être largement évités. De préférence, le fond du récipient est conçu avec des blocs façonnés, qui sont disposés en une pluralité d'anneaux, autour d'un bloc principal, chaque anneau étant composé de blocs façonnés de positions différentes, d'un format de base unique. L'invention est expliquée plus en détails ci-après, à l'aide des exemples de réalisation représentés sur les figures Dans les figures: La figure 1 La figure 2 Les figures Les figures La figure 7 La figure 8 La figure 9 est une vue en coupe partielle d'un récipient avec un fond en forme de calotte; est une vue en coupe partielle d'un récipient avec un fond en forme de calotte à segments toriques; 3 et 4 représentent des blocs façonnés du premier format de base; et 6 représentent des blocs façonnés du deuxième format de base; représente schématiquement une variante de réalisation, en coupe; représente une vue de dessus de la figure 7; est une représentation schématique de la conception d'ensemble; La figure 10 représente schématiquement une autre variante de réalisation en coupe. Les récipient représentés sur les figures 1 et 2, sont composés d'une enveloppe en acier 21, revêtue d'un garnissage de sécurité 22 Sur ce garnissage, ou revêtement de sécurité 22 est prévue une maçonnerie 23 composée de blocs façonnés. Le rayon intérieur de l'enveloppe en acier 21 est désigné par R, le rayon global du côté feu de la maçonnerie 23 est désigné par rgl et l'épaisseur de la maçonnerie 23 est désignée par h L'angle de calotte globale est de 2 k et la corde de l'arc côté feu est désignée par s. Dans la variante de réalisation de la figure 1, se raccorde à la maçonnerie 23 du fond de calotte, la maçonnerie latérale 23 a Dans le cas de la figure 2, deux segments toriques 23 b et 23 c, entre lesquels est inséré un segment conique 23 d, sont prévus à la transition entre le fond de calotte et les parois latérales. Le bloc façonné de la figure 3 représente la forme générale d'un tel bloc de la première ou -deuxième position du premier format de base La surface côté feu est trapézoïdale, l'arête intérieure, ayant dans le cas d'un bloc de la première position, la longueur aî et l'arête extérieure ayant la longueur bi La distance entre les arêtes intérieure et extérieure est f La hauteur h de la bloc définit l'épaisseur h de la maçonnerie 23 La face située côté froid est également trapézoïdale, l'arête intérieure ayant la longueur ci et l'arête extérieure ayant la longueur dl La distance entre l'arête intérieure et l'arête extérieure est ici de valeur k Les faces latérales auxquelles viennent se rabouter les différents blocs d'un anneau sont également trapézoïdales et ont comme dimensions f, k et h La face intérieure ayant les dimensions ai, ci et h et la face extérieure ayant les dimensions bi, dl et h forment un angle X l'une par rapport à l'autre En prenant en considération la dimension f, on obtient de ce fait le rayon r qui constitue la distance entre la ligne de coupe imaginaire de la face intérieure avec la face extérieure et la face côté feu Ce rayon r est la grandeur caractéristique, pour le système de blocs façonnés Avec ce rayon r est simultanément fixée la valeur minimale pour le rayon global rgl pouvant être obtenu côté feu de la maçonnerie 23 Si l'on ajoute à cela la hauteur de blocs h et l'épaisseur du revêtement de sécurité 22, on obtient la valeur minimale possible avec le système, pour le rayon de calotte R de l'enveloppe en acier 21. Le bloc façonné de la deuxième position n'est pas représentée spécialement du fait que la forme correspond sensiblement à celle du bloc de la première position La différence réside seulement dans les dimensions a 2, b 2, c 2 et d 2, au lieu des dimensions ai, bi, ci et dl Ces dimensions sont modifiées dans la mesure ou la bloc de la deuxième position est moins en forme de coin dans la direction des faces latérales Ceci signifie mathématiquement que al/bl position, on a les relations ( 1) et ( 2). Pour le bloc de la troisième position, on a à nouveau; a 3 = b 3 = c 3 = d 3 ( 3) D'o il s'ensuit que ce bloc est de forme parallélépipédique. Sur les figures 7 et 8 est représenté un exemple d'une maçonnerie 23 d'un fond en forme de calotte, pour laquelle le rayon global rgl est à peu près deux fois le rayon r du premier format de base C'est pourquoi on a, concentriquement au bloc principal, 24 anneaux 1, 2, 3, 4, etc du premier format de base qui alternent avec des anneaux A, B, C, D, etc du deuxième format de base, le fait d'avoir le rapport 1:1 donnant la condition rgl = 2 r ( 5) Exemple de réalisation Dans l'exemple ci-après, il est montré comment on réalise un projet et un dimensionnement, d'un système de blocs façonnés Tout d'abord il faut fixer le rayon global rgl minimal applicable pour le système Dans le cas présent, cette valeur est supposée égale à 2500 mm. Ainsi on a fixé pour le premier format de base r = 2500 mm En outre on a fixé, pour des raisons pratiques, h = 500 mm et f = 100 mm Le calcul donne alors, k = 120 mm et a = 2,290. Pour le deuxième format de base on a h = 500 mm et f = k = 100 mm. A présent, on détermine les autres dimensions des différentes positions du premier format de base On a choisi à cette occasion, à peu près les valeurs suivantes pour le reste des dimensions: al = 50 mm, bl = 99,9 mm, ci = 60 mm, dl = 119,9 mm. Il en résulte les rayons de calcul suivants Ria = 100 mm, Rlb = 199,8 mm, Rjc = 120 mm, Rld = 239,8 mm. Le rayon Rla représente alors le rayon sur l'arête intérieure côté feu du premier anneau Rlb représente le rayon sur l'arête extérieure côté feu, du premier anneau et Rjc et Rld sont les valeurs correspondantes du côté froid. Les blocs façonnés de la deuxième position sont, dans cet exemple, désignés par l'indice 7, du fait qu'ils sont conçus pour pouvoir être utilisés, sans être mélangés, dans le septième anneau d'une calotte d'un rayon de 2500 mm On obtient alors les dimensions suivantes a 7 = 50 mm, b 7 = 56,9 mm, C 7 = 60 mm, d 7 = 68,3 mm, et R 7 a = 690,9 mm, R 7 b = 786,5 mm, R 7 c = 829,1 mm, R 7 d = 943,8 mm, Pour la troisième position qui est en général appelée "panneresse" on a: as = bs = cs = ds = 50 mm Les autres dimensions des différentes positions du deuxième format de base sont alors déterminées, la première position étant désignée par A et la deuxième position par G. La troisième position est à nouveau la panneresse S. a A = 50 mm, b A = 100 mm, CA = 60 mm, d A = 110 mm. et également a G = 50 mm, b G = 57 mm, c G = 60 mm, d G = 67 mm, ainsi que a S = bs = cs = d S = 50 mm. Pour les sept premiers anneaux on peut alors, à présent, déduire les dimensions suivantes, importantes pour la conception d'un revêtement: TABLEAU__ 1 ANNEAU Ii Ria nombre nombre li nombre nombre pos 1 pos 2 pos A pos G 1/A 139,8 100,0 12,6 O 119,9 12,6 O 2/B 159,4 199,8 10,7 14,6 139,5 10,6 14,7 3/C 178,7 299,3 8,5 29,2 158,9 8,4 29,3 4/D 197,7 398,3 6,4 43,8 178,4 6,4 43,8 /E 216,4 496,7 4,3 58,2 197,0 4,1 58,4 6/F 234,8 594,3 2,1 72,1 215,6 2,0 72,7 7/G 252,8 690,9 O 86,8 234,3 O 86,8 On a alors li comme étant la différence entre les rayons de calcul Rid et Ria de l'anneau d'indice i On a indiqué 15 sur la figure 9 Les rayons de calcul Ria sont il identiques pour les anneaux 1, 2, 3 du premier format de base et pour les anneaux A, B, C du deuxième format de base. Les nombres de blocs pour les positions 1 et 7, respectivement A et G, indiquant le rapport de mélange, sont choisis tels, que les blocs façonnés d'un anneau viennent se raccorder les uns aux autres sans création d'interstice. Ceci signifie que sont remplies, pour tous les anneaux i 1, 2, 3 et i = A, B, C, les conditions Uia = ú ai = 2 N Ria, Uib = y bi = 2 N Rib, Uic = Ci = 2 X Ric et Uid = di = 2 x Rid Pour tous les anneaux sont remplies les conditions i = 1,2,3 et i = A,B,C Ces égalités expriment que la somme de toutes les valeurs de la dimension ai (respectivement, bi, ci, ou di)' des deux positions 1 et 7 sont identiques à la circonférence, résultant du rayon de calcul, compte tenu du nombre de blocs indiqués dans le tableau 1 pour composer un anneau i. On voit cependant, sur la figure 9, que les blocs A et G du deuxième format de base ne conviennent pas pour constituer un raccordement sans interstice entre les différents anneaux. C'est pourquoi la relation Rid = R(i+l)c n'est remplie que pour les anneaux i = 1, 2, 3, mais cependant pas pour i = A, B, C La condition Rib = R(i+j)a est cependant valable dans les deux cas Les nombres non entiers: choisis pour le nombre de blocs individuels ne constituent dans la pratique aucun problème, car le dernier bloc d'un anneau est toujours découpé sur site exactement suivant les dimensions du vide qui subsiste Ceci est nécessaire du fait que l'on ne peut exclure de tolérances dans la fabrication. Il faut à présent constituer le revêtement pour un rayon de calotte de rgl = 3953 mm On détermine d'abord le rapport de mélange pour les deux formats de base Le rapport de mélange M résulte de l'égalité. M = r/(rgl r) = 2500/( 3953-2500) = 1,7. Ceci signifie que le rapport entre les anneaux du premier format et les anneaux du deuxième format doit être de 1,7 à 1 C'est pourquoi les dix premiers anneaux sont fixés de la manière suivante: Anneau Xl format de base 1 (position 1) Anneau X 2 format de base 2 (position A, G) Anneau X 3 format de base 1 (position 1, 7, s) Anneau X 4 format de base 1 (position 1, 7, s) Anneau X 5 format de base 2 (position A, G, S) Anneau X 6 format de base 1 (position 1, 7, s) Anneau X 7 format de base 1 (position 1, 7, s) Anneau X 8 format de base 2 (position A, G, S) Anneau X 9 format de base 1 (position 1, 7, s) Anneau X 10 format de base 1 (position 7, s) Dans le cas ou d'autres anneaux sont nécessaires, venant se raccorder extérieurement à l'anneau X 10, on prévoit chaque fois une autre position, non représentée, ayant un effet de coin faible, pour chaque format de base. Ces positions sont mélangées dans la zone extérieure du revêtement 23 avec des positions 7 et s, pour le premier format de base, respectivement G et S pour le deuxième format de base. A titre d'exemple, on va expliquer à présent le dimensionnement de l'anneau X 6 A partir de la géométrie de la figure 10, on obtient des rayons de calcul et ainsi également les circonférences correspondantes Ra = 596,7 mm Ua = 3749 mm, Rb = 695,7 mm Ub = 4371 mm, Rc = 676,5 mm Uc = 4251 mm, Rd = 795,5 mm Ud = 4998 mm. L'anneau X 6 est le quatrième anneau du premier format de base, et correspond de ce fait, pour sa position angulaire, à l'anneau 4 du tableau 1 On peut lire dans ce tableau, que l'on doit utiliser 6,4 blocs de la première position et 43,8 blocs de la deuxième position A partir des dimensions de ces blocs on obtient a= 2510 mm, Eb = 3132 mm, Ec = 3012 mm, d= 3759 mm. Si l'on prend à présent les circonférences calculées ci-dessus et que l'on en tire ces valeurs, on obtient Ua-Ea = Ub-Eb = Uc-yc = Ud-Ed = 1239 mm. Il est facile d'en tirer la conclusion que ce montant erroné, peut être compensé par adjonction de 24,8 panneresses S pour lesquelles: a = b = c = d = 50 mm La composition finale de cet anneau 6, est ainsi 6,4 pièces position 1 43,8 pièces position 7 24,8 pièces position s On peut dimensionner de manière analogue les autres anneaux Concernant la détermination du nombre de blocs façonnés de la première et de la deuxième position des anneaux, on peut utiliser les valeurs suivantes du tableau 1. Anneau Xl Anneau 1 Anneau X 2 Anneau B Anneau X 3 Anneau 2 Anneau X 4 Anneau 3 Anneau X 5 Anneau D Anneau X 6 Anneau X 7 Anneau X 8 Anneau X 9 Anneau X 10 Anneau 4 Anneau 5 Anneau F Anneau 6 Anneau 7 REVENDICATIONS 1 Système de bloc façonnés pour la maçonnerie de fonds en forme de calotte, en particulier de récipients métallurgiques, les différentes blocs façonnés étant délimités par six faces pratiquement planes, à savoir la face côté-feu, la face côté froid, les deux faces latérales, ainsi que la face intérieure et la face extérieure, blocs façonnés conçus pour l'agencement en anneaux ( 1, 2, 3,,A, B, C,) concentriques, o, à l'intérieur de chacun de ces anneaux ( 1, 2, 3,,A, B, C, >, les- blocs façonnés sont aboutés par leur faces latérales, et o les faces extérieures des blocs façonnés d'un anneau ( 1, 2, 3,,A, B, C,) viennent contre les faces intérieures des blocs façonnés de l'anneau ( 1, 2, 3,,A, B, C,) suivant, caractérisé par le fait que sont prévus deux formats de base de blocs façonnés, les blocs façonnés du premier format de base présentant un espacement (r) déterminé, entre la ligne de coupe imaginaire de la face intérieure avec la face extérieure et la face côté feu, et les blocs façonnés du deuxième format de base, présentant un deuxième espacement, plus grand par rapport au premier format de base, entre la ligne de coupe imaginaire de la face intérieure avec la face extérieure et la face côté feu, et qu'à l'intérieur de chaque format de base sont prévues au moins trois positions, les blocs façonnés de différentes positions présentant des faces latérales d'inclinaisons différentes les unes par rapport aux autres et les blocs façonnés d'une position présentant des faces latérales parallèles. 2 Système selon la revendication 1, caractérisé en ce que pour chaque zone partielle d'un fond en forme de calotte sont prévues exactement trois positions à l'intérieur d'un format de base 3 Système selon l'une quelconque des revendications 1 à 2, caractérisé en ce que les blocs façonnés d'un format de base présentent des faces intérieure et extérieure parallèles entre elles. 4 Récipient métallurgique avec une enveloppe en acier ( 21) qui, dans des zones partielles, est incurvée ayant la forme de segments sphériques ou toriques et avec une maçonnerie ( 23) composée de blocs façonnés, caractérisé en ce que les blocs façonnés sont dimensionnées au moins partiellement, suivant le système de l'une des revendications 1 à 3. Récipient métallurgique selon la revendication 4, dans lequel le fond est conçu avec des blocs façonnés, disposés en une pluralité d'anneaux ( 1, 2, 3,,A, B, C,) autour d'un bloc principal ( 24), caractérisé en ce que chaque anneau ( 1, 2, 3, - A, B, C,) est composé de blocs façonnés de positions différentes d'un format de base unique.