Brevet FR2764368A1 — publié le 19981211

EQUIPEMENT SIDERURGIQUE A REVETEMENT REFRACTAIRE NON FISSURANT, POUR LE TRAITEMENT D'ACIER LIQUIDE. La présente invention concerne un équipement sidérurgique pour le traitement d'acier liquide, du type lance d'insufflation, plongeur de réacteur métallurgique (RHOB ou CAS-OB), couvercle de poche, poche à acier, répartiteur de coulée. Ces équipements sidérurgiques sont constitués d'une tôlerie en acier formant carcasse, revêtue d'un revêtement monolithique en béton réfractaire. Dans le cas des poches à acier par exemple, la tôlerie formant carcasse est revêtue d'une couche monolithique de béton réfractaire, dit béton de sécurité, et d'une couche de revêtement maçonnée réalisée en briques réfractaires. Ce revêtement monolithique en béton réfractaire nécessite d'être fixé sur la tôlerie de l'équipement métallurgique. Pour cela, il est ancré à travers des éléments d'ancrage, soudés sur la tôlerie et qui pénètrent dans le réfractaire. Ces éléments d'ancrage ont des formes diverses présentant plusieurs branches divergentes, par exemple en forme de Y ou de V, leur base étant soudée sur la tôlerie. Ils sont réalisés en acier réfractaire, ont une longueur de l'ordre de 2 à 15 cm, présentent des sections de forme générale ronde, triangulaire, rectangulaire ou carrée, et la plus grande dimension de leur section est généralement comprise entre 4 mm, pour les plus fins d'entre eux, et 15 mm pour les plus épais. Parfois, ces éléments d'ancrage ne sont pas constitués de plusieurs branches divergentes, et dans ce cas ils présentent une forme de sinusoïde. Certains éléments d'ancrage sont en forme de V ou de Y, chaque branche présentant une forme de sinusoïde. L'objectif de ces ancrages est d'assurer le maintien du revêtement monolithique sur la tôlerie de l'équipement métallurgique, ce qui explique leur forme non rectiligne. En fonctionnement, un équipement sidérurgique est destiné à être en contact avec de l'acier en fusion, par l'intermédiaire de ses faces revêtues du revêtement réfractaire. On est donc dans un système à gradient thermique présentant une face chaude, en contact avec l'acier en fusion, et une face froide, constituée par la tôlerie de l'équipement sidérurgique. Compte tenu de cette différence de température entre les deux faces de l'équipement sidérurgique, qui est typiquement de l'ordre de 1300"C, et des coefficients de dilatation différents entre la tôlerie et le réfractaire, de l'ordre de 1 1.1 on6 par degré pour la tôlerie et de 8 à 12.1 on6 par degré pour le réfractaire, on a une dilatation différentielle entre la tôlerie et le réfractaire. On assiste également à une dilatation différentielle à l'intérieur même du revêtement réfractaire du fait des différences locales de température à l'intérieur du revêtement réfractaire au droit des éléments d'ancrage. La chaleur s'évacuant plus facilement par les éléments d'ancrage que par le béton réfractaire, ces éléments d'ancrage se comportent comme des puits thermiques qui entraînent localement des différences de température dans le béton réfractaire. Cette dilatation différentielle est à l'origine de fissurations dans le revêtement réfractaire. Les éléments d'ancrage constituent des points de liaison fixes entre la tôlerie de l'équipement sidérurgique et le revêtement réfractaire. Ils sont les lieux privilégiés de concentrations de contraintes qui conduisent également à des fissurations dans le revêtement. La géométrie particulière des ancrages accentue cette fissuration par concentration de contraintes. Du fait de cette dégradation thermomécanique du revêtement réfractaire par création de fissures au droit de chaque élément d'ancrage et qui vont se propager à l'intérieur du revêtement réfractaire, on assiste à une usure prématurée du revêtement réfractaire et à une décohésion d'une partie du réfractaire pouvant mettre les éléments d'ancrage en contact avec le métal en fusion. Le problème posé est d'éviter les fissurations du revêtement monolithique dues, d'une part aux nombreux points fixes entre la tôlerie et le béton réfractaire que constituent les éléments d'ancrage et, d'autre part, aux dimensions et géométries de ces derniers. II s'agit également d'éviter la propagation et l'amplification par les éléments d'ancrage des fissures, tout en renforçant le revêtement réfractaire dans son ensemble. L'invention a pour but de proposer un revêtement réfractaire associé à une tôlerie, ce revêtement réfractaire étant parfaitement maintenu, sans générer de fissures dues à la présence des moyens d'ancrage du revêtement réfractaire. Elle a pour objet un équipement sidérurgique de traitement d'acier liquide, constitué d'une tôlerie métallique formant carcasse, et d'au moins un revêtement monolithique réfractaire ancré sur ladite tôlerie caractérisé en ce que le revêtement réfractaire est ancré sur la tôlerie au moyen d'une structure métallique disposée à l'intérieur du revêtement réfractaire, sans contact direct avec la tôlerie, maintenue à la tôlerie au moyen d'éléments de fixation rectilignes et de section circulaire. Selon d'autres caractéristiques - les éléments de fixation sont constitués d'une multitude de filins de diamètre inférieur à 1,5 mm, - les éléments de fixation sont constitués de picots cylindriques rectilignes de diamètre supérieur à 3 mm, répartis principalement à la périphérie de la tôlerie, - la structure métallique est composée de fils métalliques de faible section, inférieure à 10 mm2, de préférence inférieure à 5 mm2 - la structure métallique est une structure à deux dimensions constituée d'un grillage souple métallique, - la structure métallique est une structure à trois dimensions constituée d'un enchevêtrement de filins métalliques, - la structure métallique est constituée d'un treillage souple multicouches, - la structure métallique est constituée de solénoïdes imbriquées les uns dans les autres. Les caractéristiques et avantages apparaîtront mieux à la suite de la description qui suit, donnée uniquement à titre d'exemple, faite en référence aux dessins annexés, dans lesquels: - la figure 1 est une vue schématique d'une portion d'équipement sidérurgique dont le revêtement réfractaire est ancré aux moyens d'éléments d'ancrage selon l'art antérieur, - la figure 2 est une vue schématique d'une portion d'un exemple de réalisation d'un équipement sidérurgique selon l'invention, - la figure 3 est une vue schématique d'une portion d'un autre exemple de réalisation d'un équipement sidérurgique selon l'invention, - la figure 4 est une vue schématique d'un couvercle de poche à acier selon l'invention, - la figure 5 est une vue schématique d'un plongeur de réacteur métallurgique selon l'invention. Un équipement sidérurgique de traitement d'acier liquide est constitué d'une tôlerie métallique 1 formant carcasse et d'au moins un revêtement monolithique 2. Dans l'exemple de réalisation selon l'état de la technique représenté sur la figure 1, le revêtement réfractaire 2 est ancré sur la tôlerie 1 au moyen d'éléments d'ancrage 3 en forme de Y. Ces éléments d'ancrage 3 sont soudés à la tôlerie 1 sur tout le périmètre de leur section. Afin d'ancrer le revêtement réfractaire 2 correctement à la tôlerie 1, il est nécessaire de souder un picot 3 tous les 15 cm environ. Comme on le voit sur cette figure, le revêtement réfractaire 2 subit une dégradation thermomécanique par création de fissures 4 qui prennent naissance au droit de chaque picot d'ancrage 3 et qui se propagent jusqu'à l'extrémité libre du revêtement réfractaire. Ledit revêtement étant fragilisé par l'apparition de ces fissures 4, il se crée rapidement d'autres fissures 5 un peu partout dans le revêtement ce qui conduit à une décohésion dudit revêtement qui finit par se déliter. La Demanderesse a constaté que pour éviter les fissurations du revêtement monolithique 2 dues aux éléments d'ancrage 3, tout en renforçant le revêtement dans son ensemble, il est important que l'ancrage du revêtement réfractaire sur la tôlerie soit réalisé au moyen d'une structure métallique 6 disposée à l'intérieur du revêtement réfractaire 2, sans contact direct avec la tôlerie 1, maintenue à la tôlerie 1 au moyen d'éléments de fixation 7 rectilignes et de section circulaire. La structure métallique 6 disposée à l'intérieur du revêtement réfractaire 2, à une certaine distance de la tôlerie, permet d'armer le revêtement réfractaire et de limiter sa fracturation, et fait également office d'ancrage. Les éléments de fixation 7 assurent simpiement le maintien de la structure métallique 6 à la tôlerie 2. Cet agencement particulier permet de limiter les points de liaison fixe entre la tôlerie et le revêtement réfractaire. En effet, la structure métallique est libre dans le revêtement réfractaire et présente une certaine souplesse. Elle est ainsi capable de se déformer légèrement pour encaisser les contraintes dues à la dilatation différentielle entre le revêtement et la tôlerie. Pour assurer cette souplesse nécessaire de la structure métallique 6, celle-ci doit être réalisée à partir de fils métalliques de faible section, inférieure à 10 mm2, de préférence inférieure à 5 mm2 Avantageusement les fils métalliques ne présentent pas d'arête vive. Les éléments de fixation de cette structure métallique 6 à la tôlerie 1 sont rectilignes et de section circulaire. Cet agencement des éléments de fixation 7, sans arêtes vives, leur permet de se dilater sans entraîner de fissuration du revêtement. Avantageusement, les éléments de fixation 7 sont constitués d'une multitude de filins de diamètre inférieur à 1,5 mm, répartis de manière à assurer le maintien de la structure métallique 6. Cet agencement, en particulier le faible diamètre des filins, permet de disposer d'éléments de fixation 7 très souples qui pourront se déformer pour encaisser les contraintes dues à la dilatation différentielle entre le revêtement et la tôlerie. Selon un autre mode de réalisation, les éléments de fixation 7 sont constitués de picots cylindriques rectilignes de diamètre supérieur à 3 mm, répartis principalement à la périphérie de la tôlerie. L'idéal pour éviter tout phénomène de fissuration du revêtement réfractaire lié à son ancrage sur la tôlerie, est de disposer les éléments de fixation de la structure métallique 6 à la tôlerie en dehors du revêtement, par exemple en réalisant un équipement sidérurgique dont la tôlerie présente des dimensions supérieures aux dimensions du revêtement réfractaire, et de disposer les éléments de fixation 7 dans les zones de la tôlerie dépassant celles munies du revêtement réfractaire. Le nombre d'éléments de fixation 7 est fonction de leur section ainsi que du poids de la structure métallique et du revêtement réfractaire 2, qu'ils doivent être capable de supporter. La structure métallique 6 peut être une structure à deux dimensions constituée d'un grillage souple métallique, ou une structure à trois dimensions constituée d'un enchevêtrement de filins métalliques par exemple un treillage souple multicouche ou des solénoïdes imbriqués les uns dans les autres. Dans bien des cas, une structure métallique 6 à deux dimensions du type grillage est suffisante pour éviter la fissuration du revêtement réfractaire due à son ancrage sur la tôlerie. Si on désire absolument maintenir l'intégrité du revêtement réfractaire, c'est à dire éviter les fissurations qui ne sont pas liées à l'ancrage du revêtement mais liées aux sollicitations extérieures imposées sur le revêtement, on peut être amené à utiliser des structures plus complexes à trois dimensions. Dans l'exemple de réalisation représenté sur la figure 2, la structure métallique 6 est un grillage, fixé à la tôlerie 1 au moyen de picots cylindriques. L'utilisation d'une structure métallique 6 pour ancrer le revêtement réfractaire 2 permet de limiter le nombre de picots Par rapport à un ancrage du revêtement réfractaire du type de celui représenté sur la figure 1, le nombre de picots est divisé par 5 à 10 par rapport au nombre d'éléments d'ancrage, à section égale. Dans l'exemple de réalisation représenté sur la figure 3, la structure métallique 6 est un enchevêtrement de filins d'acier, fixé à la tôlerie 1 au moyen de filins 8, cylindriques de très faible section. Dans ce cas ou la structure métallique 6 est fixée à la tôlerie par des filins 8, la construction de l'équipement métallurgique nécessite l'interposition de quelques cales en matériau réfractaire (non représentées) entre la tôlerie et la structure métallique, afin de maintenir cette dernière en position avant et pendant que l'on coule le béton réfractaire. Dans l'exemple de réalisation d'un couvercle de poche à acier représenté sur la figure 4, la structure métallique 6 est constituée de solénoïdes imbriqués les uns dans les autres, disposés parallèlement à la face chaude. Ces solénoïdes sont par exemple constitués à partir de fil métallique de section circulaire de diamètre égal à 1 mm, chaque spire ayant une hauteur égale à 50 mm et la distance séparant deux spires adjascentes étant égale à 50 mm. Cet agencement particulier convient particulièrement bien du fait de sa simplicité de mise en oeuvre. Cette structure métallique 6 est directement solidarisée à la tôlerie 1 par quelques points soudés. Des essais ont été réalisés à partir des structures telles que représentées sur les figures 2 à 4. Ces essais ont consisté à préparer des échantillons constitués d'une tôlerie de dimensions en mm égales à 600x600x10 et d'un revêtement réfractaire de dimensions en mm égales à 600x600x80. Le béton réfractaire utilisé est un béton réfractaire dense, alumineux à basse teneur en ciment dont le constituant de base est l'andalousite présentant l'analyse chimique après calcination suivante: 59,1% d'AI203, 1,1% de Fe203 et 2,2% de CaO. La face munie du revêtement réfractaire de chaque échantillon a été soumise à une montée en température jusqu'à 1200"C selon deux lois de chauffe, une première à 250"C/h et une seconde à 90"C/h. Aucun des systèmes d'ancrage essayés n'a présenté la moindre fissuration. Dans l'exemple de réalisation d'un plongeur de réacteur métallurgique type RHOB représenté schématiquement sur la figure 5, le plongeur est constituée d'un tube 10 métallique formant carcasse, et d'un revêtement réfractaire 11. Un treillage 12 à deux couches reliées entre elles est disposé dans le revêtement réfractaire, formant ainsi une cage métallique autour du tube 10. Ce treillage 12 est fixé de manière rigide au tube 10 au moyen d'une bride 13, soudée audit tube 10 dans sa portion supérieure. Dans le revêtement réfractaire 11, le treillage 12 est maintenu en position au moyen d'anneaux autobloquants 14 du type circlips qui enserrent le tube 10. Des picots 15 assurent la liaison entre les anneaux autobloquants 14 et le treillage 12. Ces anneaux autobloquants 14 constitués d'un élément ressort comprimé ou tendu, viennent, une fois libérés, serrer l'ensemble autour du tube 10 tout en lui permettant un mouvement longitudinal. Le treillage 12 reste libre dans le revêtement réfractaire 11 tout en étant fixé sur le tube 10, ce qui lui permet de se déformer pour encaisser les contraintes dues à la dilatation différentielle entre ledit tube 10 et ledit revêtement réfractaire 11, et ainsi éviter la formation de fissures dans le revêtement réfractaire. Les avantages de l'invention sont les suivants: - Le revêtement monolithique réfractaire 2 est renforcé continûment dans les trois dimensions ; son maintien et sa tenue sont donc mieux garantis. - Le fil métallique utilisé pour la construction de la structure métallique 6, 12 est de faible section et ne présente pas d'arête vive , sa dilatation ne conduit pas à fissurer le revêtement réfractaire. - Les points de soudure sont limités voire supprimés les fissurations occasionnées par les dilatations différentielles entre matériaux sont donc supprimées. - La souplesse de l'ensemble constitué par la structure métallique 6, 12 et les éléments de fixation évite la propagation et I'amplification des fissures liés aux chocs thermiques subis par l'équipement sidérurgique. - L'utilisation de modules pré-assemblés de grandes dimensions pour assurer l'ancrage du revêtement réfractaire permet une mise en place plus aisée du système que celle des éléments d'ancrage ponctuels et multiples. REVENDICATIONS 1 - Equipement sidérurgique de traitement d'acier liquide, constitué d'une tôlerie (1) métallique formant carcasse, et d'au moins un revêtement monolithique réfractaire (2) ancré sur ladite tôlerie, caractérisé en ce que le revêtement réfractaire (2) est ancré sur la tôlerie (1) au moyen d'une structure métallique (6) disposée à l'intérieur du revêtement réfractaire (2), sans contact direct avec la tôlerie (1), maintenue à la tôlerie (1) au moyen d'éléments de fixation (7) rectilignes et de section circulaire. 2 - Equipement sidérurgique selon la revendication 1, caractérisé en ce que les éléments de fixation (7) sont constitués d'une multitude de filins de diamètre inférieur à 1,5 mm. 3 - Equipement sidérurgique selon la revendication 1 caractérisé en ce que les éléments de fixation (7) sont constitués de picots cylindriques rectilignes de diamètre supérieur à 3 mm, répartis principalement à la périphérie de la tôlerie (1). 4 - Equipement sidérurgique selon la revendication 1, caractérisé en ce que la structure métallique (6) est composée de fils métalliques de faible section, inférieure à 10 mm2, de préférence inférieure à 5 mm2 5 - Equipement sidérurgique selon les revendications 1 ou 4, caractérisé en ce que la structure métallique (6) est une structure à deux dimensions constituée d'un grillage souple métallique. 6 - Equipement sidérurgique selon les revendications 1 ou 4, caractérisé en ce que la structure métallique (6) est une structure à trois dimensions constituée d'un enchevêtrement de filins métalliques. 7 - Equipement sidérurgique selon la revendication 6, caractérisé en ce que la structure métallique (6) est constituée d'un treillage souple multicouches (12). 8 - Equipement sidérurgique selon la revendication 6, caractérisé en ce que la structure métallique (6) est constituée de solénoïdes (9) imbriquées les uns dans les autres.