Brevet FR2705443A1 — publié le 19941125

REVETEMENT REFRACTAIRE MODULABLE POUR LES PAROIS D'UNE ENCEINTE CHAUFFANTE. ET NOTAMMENT D'UN FOUR HAUTE TEMPERATURE ET ENCEINTE CHAUFFANTE MUNIE D'UN TEL REVETEMENT. L'invention concerne un revêtement modulaire, réalisé en un matériau réfractaire, et destiné à être placé contre les parois d'une enceinte chauffante, et plus spécifiquement d'un four haute température. Elle concerne également l'enceinte ou le four muni d'un tel revêtement. De manière connue, les parois des fours à haute température sont recouvertes de matériaux réfractaires, notamment de briques réfractaires, afin de résister aux températures élevées qui règnent en leur sein. L'inconvénient de tels fours réside dans leur très longue durée de mise en température, ainsi que leur très longue durée de refroidissement, principalement dûes à l'inertie thermique des briques réfractaires. On connaît également des matériaux isolants, notamment fibreux, essentiellement composés d'alumine ou d'un mélange d'alumine et de silice, et présentant de bonnes propriétés réfractaires. Néanmoins, on ne sait pas réaliser des fours de dimensions grandes ou petites, avec de tels matériaux, et susceptibles de supporter des températures au moins égales à 1 700 C. En effet, les panneaux réalisés en un tel matériau réfractaire se déforment, se fendent puis se rompent, dès lors que leur taille dépasse un seuil critique, et en outre on ne sait plus les maintenir contre la paroi considérée sans créer de ponts thermiques. Afin de pallier ces inconvénients, on a proposé, par exemple dans le document FR-A-693 487 ou US-A-3 260 228 des revêtements réalisés en matériaux isolants fibreux, comportant des séries de tels éléments en forme de T, dont la barre transversale constitue la face chaude, et dont le pied constitue la face froide, lesdits éléments en forme de T étant maintenus contre la paroi de l'enceinte au moyen de tiges parallèles traversant le pied desdits éléments. Ces séries d'éléments en forme de T comportent entre elles des dalles intercalaires réalisées en un même matériau, également en forme de T, mais positionnés de manière inversée par rapport aux éléments desdites séries, de telle sorte que ces jeux de dalles coopèrent respectivement les uns avec les autres au jeu près, les pieds des dalles intercalaires comblant ainsi les interstices séparant deux séries parallèles. De fait, on a donc par ce biais résolu le problème de fixation contre les parois du four de l'enceinte thermique. Néanmoins, cette forme particulière en T est inadaptée dès lors que des chocs thermiques importants, par exemple constitués par l'ouverture de la porte de l'enceinte à une température élevée, génèrent des fissures voire des ruptures pseudo-horizontales au voisinage du lieu de raccordement du pied à la barre transversale du T. On explique ces ruptures par l'action des contraintes de dilatation différentielle au sein du marériau. Les matériaux isolants, en effet, sont le siège de gradients de température très intenses entre leur face chaude et leur face froide. Ces gradients induisent à leur tour de forts gradients de dilatation thermique, et donc des contraintes de dilatation différentielle capables d'excéder les forces de cohésion des matériaux isolants et de les fracturer. De fait, si le caractère modulaire permet la réalisation de fours de grandes dimensions, les fours ainsi réalisés supportent mal les chocs thermiques de grande amplitude occasionnés par des ouvertures de porte à chaud, ou des cyclages rapides entre 500 et 1700 OC. Il faut donc procéder au remplacement périodique des éléments isolants qui les constituent. L'invention propose un revêtement réfractaire destiné à surmonter ces différents inconvénients. Elle propose un revêtement modulaire, réalisé en matériaux réfractaires, destiné à être placé contre les parois de l'enceinte chauffante, et qui soit capable de supporter des cycles thermiques répétés et de grande amplitude, et qui permette la réalisation d'enceinte chauffante de plusieurs mètres cube. Ce revêtement réfractaire modulaire constitué d'éléments isolants se caractérise en ce qu'il est constitué: - sur sa face froide, d'une dalle en un matériau isolant rigide, fixée contre lesdites parois au moyen de tiges parallèles, éventuellement reprises par un système d'ancrage ou d'accrochage, et présentant sur sa propre face chaude une pluralité de saillies, - sur sa face chaude, d'une pluralité d'éléments isolants rigides d'égale épaisseur, comportant sur leur propre face froide un évidement de forme complémentaire auxdites saillies, et destinés à coulisser sur celles-ci lors de leur mise en place, de telle sorte qu'ils viennent en contact intime avec ladite dalle. En d'autres termes, l'invention consiste par le biais d'une fixation de la partie chaude sur la partie froide par un système du type tenons et mortaises, d'une part à optimiser la modularité du revêtement, et d'autre part, à diminuer les phénomènes de dilatation tant différencielle que macroscopique, par le scindement effectif et réel entre Ia face chaude et la face froide dudit revêtement, et partant à la réduction de l'épaisseur des éléments relatifs. Cette limitation des dilatations, entraîne la diminution des contraintes qu'elles génèrent, et partant, confère aux éléments une plus grande tenue dans le temps, y compris aux chocs thermiques de grande amplitude. En outre, de par le principe de fixation de la dalle en face froide, on annule tout pont thermique avec la paroi proprement dite de l'enceinte. Selon une forme de réalisation de l'invention, les saillies, et partant les évidements complémentaires sont longitudinaux, parallèles et régulièrement espacés. Selon l'invention, la dalle constitutive de la face froide peut être monobloc ou constituée de plusieurs éléments juxtaposés au contact les uns des autres, leur principe de fixation à la paroi restant identique. Selon une autre caractéristique de l'invention, les saillies ménagées sur la face froide ont une forme en queue d'aronde, en T, polygonale, etc...., et de manière générale une forme susceptible de permettre le coulissement des éléments constitutifs de la face chaude sur cette saillie. Selon une caractéristique avantageuse de l'invention, les éléments de revêtement destinés à venir être positionnés contre les parois latérales de l'enceinte chauffante, coopèrent respectivement au niveau de leur face chaude et de leur face froide, par imbrication de l'une dans l'autre au niveau de rainures horizontales ménagées au niveau des faces respectives. La dalle et les éléments constitutifs de la face chaude sont en outre percés d'orifices traversants, afin de permettre le passage d'éléments chauffants électriques ou au gaz, destinés à assurer le chauffage de l'enceinte. Enfin les tiges de maintien de la dalle sont réalisées en un matériau métallique ou en céramique rigide, tel que notamment du carbure de silicium creux ou plein. La manière dont l'invention peut être réalisée et les avantages qui en découlent ressortiront mieux de l'exemple de réalisation qui suit donné à titre indicatif et non limitatif à l'appui des figures annexées. La figure I est une représentation en perspective sommaire d'une partie d'une paroi réalisée selon l'invention. La figure 2 est une vue en coupe transversale de la dite paroi. La figure 3 est une vue schématique transversale d'une paroi latérale conforme à l'invention. La figure 4 est une représentation en perspective sommaire d'une autre forme de réalisation de la paroi conforme à l'invention. Ainsi qu'il est représenté sur la figure 1, le revêtement réfractaire conforme à l'invention est fondamentalement constitué de deux couches relativement libres l'une par rapport à l'autre, respectivement une couche (I) constituée par une dalle réalisée en un matériau réfractaire isolant, et constituant la face froide dudit revêtement, et une couche constituée par une pluralité d'éléments (2), réalisés en un même matériau ou matériaux similaires, et solidarisés à la face (1) de manière réversible et modulable. La dalle (1) peut être monobloc ou constituée de plusieurs éléments identiques et juxtaposés (voir figure 4). Elle est d'épaisseur constante. Elle est fixée contre la paroi de l'enceinte à revêtir au moyen de tiges (5), réalisées en acier ordinaire, ou acier réfractaire, voire en céramique rigide ou même en carbure de silicium, sa face froide (7) n'étant pas en contact direct avec la paroi de l'enceinte considérée. Ces tiges (5) peu-vent être pleines ou creuses. Elles sont maintenues à chacune de leurs extrémités par tout moyen approprié, susceptible d'empêcher leur déplacement à l'intérieur de l'enceinte tout en laissant libre les autres déplacements et notamment ceux inhérents à la température. Ces tiges traversent la dalle (1) au niveau d'orifices traversants ménagés à cet effet en son sein. Elles peuvent en outre être reprises par tout système d'accrochage ou d'ancrage, du type crochets, lorsque cela est requis. Selon une caractéristique de l'invention, la dalle (1) présente sur sa face chaude (6) des saillies (3) parallèles et continues, régulièrement espacées, et destinées à servir de système d'accrochage de la face chaude (2) décrite ci-après. Ces saillies (3) sont en forme de queue d'aronde, ou une forme équivalente, et sont réalisées directement lors de la confection de la dalle et forment donc un élément continu avec celle-ci. La face chaude (9) du revêtement (2) est constituée par une pluralité d'éléments (2) de forme parallélipipédique, également réalisés en un matériau isolant fibreux à caractéristiques réfractaires. Ces éléments (2), avantageusement de dimensions standardisées et de forme parallélépipèdique, présentent sur leur face froide (8) un évidement (4) de forme complémentaire à la saillie (3), et ce afin de permettre leur fixation par coulissement au niveau de la dalle (1) d'une part, et d'autre part d'assurer un contact intime entre les éléments (2) et ladite dalle (1). Cet évidement est réalisé par usinage, et ce de manière connue. Le nombre de séries parallèles de ces éléments (2) est bien entendu fonction de la surface à recouvrir. Lorsque la configuration de l'isolation à réaliser l'impose, il peut être avantageux d'utiliser un système saillie/évidement orienté selon des directions non parallèles, et notamment rayonnantes ou radiales dans le cas d'une enceinte cylindrique ou hexagonale. De plus, l'écartement angulaire, ou le pas séparant deux systèmes consécutifs saillie/évidement peut être variable. Ces variantes demeurent dans le cadre de la présente invention. La mise en place de ce revêtement s'effectue de la manière suivante : on positionne tout d'abord la dalle constitutive de la face froide du revêtement en fixant notamment les tiges (5) par tout moyen approprié, après insertion par coulissement de ladite dalle, ou de ses éléments Ie cas échéant sur les dites tiges (5) par le biais des orifices traversants qu'elle ou qu'ils intègrent. La face chaude de la dalle ainsi mise en place comporte un certain nombre de saillies continues et parallèles (3), fonction de la surface à couvrir, et de la dimension des éléments (2) constitutifs de la face chaude proprement dite du revêtement réfractaire. On insère sur ces saillies (3) par simple coulissement le nombre requis d'éléments de la face chaude (2). On conçoit de la sorte la grande simplicité de montage d'un tel revêtement, et tout particulièrement sa grande modularité, ce que les dispositifs connus à ce jour ne permettent pas d'obtenir de manière simple. Cet agencement peut être utilisé dans toutes les orientations de l'espace, notamment pour les voûtes et les parois latérales des enceintes, également dénommées pieds droits. Au niveau des parois latérales, la face froide est également constituée par une dalle (1) de même matériau que ceux précédemment décrits, et présente une saillie (10) de dimensions plus importantes que dans le cadre de l'exemple précédemment décrit. Cette saillie (10) forme rainure, au niveau de laquelle coopère une rainure (12) complémentaire, usinée au niveau des éléments unitaires constitutifs de la face chaude (2) du revêtement réfractaire. De fait, et de par leur propre masse, ces éléments (2) sont simplement accrochés au niveau de la saillie (10) de la dalle (I) lors de la constitution de la paroi latérale, et sont maintenus en l'état sous le seul effet de la gravité. Cette mise en place encore plus aisée permet d'accentuer le caractère modulaire des parois ainsi réalisées. Dans tous les cas, il est ménagé au sein de la dalle (1) d'une part, et des éléments (2) d'autre part, des orifices traversants destinés à permettre le passage des éléments chauffants, destinés à assurer le chauffage de l'enceinte. On a représenté au sein de la figure 4, une autre forme de réalisation de l'invention, dans laquelle, la voûte comporte deux dalles (1) juxtaposées. On observe dans ce cas l'absence de discontinuité de la face chaude (2) au niveau du plan de jonction des deux dalles. Les fours ainsi réalisés permettent de surpporter des montées ou des descentes rapides en température, typiquement supérieure ou égale à 15 000 C par heure. De la sorte, des traitements thermiques pointus peuvent ainsi être effectués en leur sein, ce que l'on ne pouvait obtenir sans risque de fissure voire de rupture des éléments constitutifs dudit revêtement jusqu'alors. Ceci est principalement rendu possible de par la maîtrise de la dilatation différencielle entre la face chaude et la face froide, compte-tenu que ces deux faces, bien qu'en contact intime, restent néanmoins mécaniquement indépendantes l'une de l'autre. Compte tenu en outre du caractère modulaire de ce revêtement réfractaire, il est possible de réaliser l'isolation thermique d'enceintes de dimensions variables, et notamment de grandes dimensions, tout en présentant une grande souplesse de fonctionnement dûe à l'emploi de réfractaires isolants légers, particulièrement au dessus de 1.600 OC, mais également pour toutes les températures inférieures. En outre, et en plus des différents avantages précédemment énoncés, les fours ainsi revêtus bénéficient de tous les avantages liés à l'emploi des réfractaires isolants légers, à savoir notamment rapidité des variations thermiques, et économie en énergie. Enfin, de par la conception même de ce revêtement, il est possible de réserver les matériaux fibreux les plus réfractaires, et donc les plus onéreux, à la réalisation des éléments de la face chaude, les dalles constitutives de la face froide, moins sollicitées, pouvant être réalisées en un autre matériau moins couteux. De substantiels gains en terme de prix de revient global, peuvent donc être obtenus. REVENDICATIONS 1/ Revêtement modulaire, constitué d'éléments isolants réalisés en matériau réfractaire, et destiné à être placé contre les parois d'une enceinte chauffante, et notamment d'un four haute température, caractérisé en ce qu'il est constitué: - sur sa face froide, d'une dalle (1) en un matériau isolant rigide, fixée contre lesdites parois au moyen de tiges parallèles (5), éventuellement reprises par un système d'ancrage ou d'accrochage, et présentant sur sa propre face chaude (6) une pluralité de saillies (3), - sur sa face chaude, d'une pluralité d'éléments isolants rigides (2) d'égale épaisseur, comportant sur leur propre face froide (8) un évidement (4) de forme complémentaire auxdites saillies (3), et destinés à coulisser sur celles-ci lors de leur mise en place, de telle sorte à venir en contact intime avec ladite dalle (1). 2/ Revêtement modulaire selon la revendication 1, caractérisé en ce que les saillies (3) et les évidements complémentaires (4) sont longitudinaux, parallèles et régulièrement espacés. 3/ Revêtement modulaire selon la revendication 1, caractérisé en ce que les saillies (3) et les évidements complémentaires (4) sont radiaux, l'écart angulaire séparant les ensembles saillie/évidement étant constant ou variable. 4/ Revêtement modulaire selon l'une des revendications 1 à 3, caractérisé en ce que la dalle (1) constitutive de la face froide du revêtement est monobloc. 5/ Revêtement modulaire selon l'une des revendications 1 à 3, caractérisé en ce que la dalle (1) constitutive de la face froide du revêtement est constituée de plusieurs éléments juxtaposés au contact les uns des autres. 6/ Revêtement modulaire selon l'une des revendications I à 5, caractérisé en ce que les saillies (3) ménagées sur la face chaude (6) de la dalle (I) ont une forme en queue d'aronde, en T, polygonale, etc.... 7/ Revêtement modulaire selon la revendication I, caractérisé en ce que les éléments (1) et (2) qui le constituent, lorsqu'ils sont destinés à venir être positionnés contre les parois latérales de l'enceinte chauffante, coopèrent respectivement au niveau de leur face chaude (13) et de leur face froide (14), par imbriquation de l'une dans l'autre au niveau de rainures longitudinales et horizontales (10,11,12) ménagées au niveau des faces respectives. 8/ Revêtement modulaire selon l'une des revendications 1 à 7, caractérisé en ce que la dalle (I) et les éléments (2) constitutifs de la face chaude du revêtement sont percés d'orifices traversants, afin de permettre le passage d'éléments chauffants électriques ou au gaz, destinés à assurer le chauffage de l'enceinte. 9/ Revêtement modulaire selon l'une des revendications I à 8, caractérisé en ce que les tiges (5) de fixation de la dalle (1) sont réalisées en un matériau métallique ou en céramique rigide, tel que notamment du carbure de silicium creux ou plein. 10/ Enceinte, notamment pour four à haute température, caractérisée en ce que ses parois et sa voûte sont revêtues du revêtement modulaire selon l'une des revendications I à 9.