Brevet FR2894654A1 — publié le 20070615

Paroi de four industriel à température élevée. io Domaine technique de l'invention L'invention concerne une paroi de four industriel à température élevée, comprenant une enveloppe métallique de blindage extérieure, et un garnissage interne en matière isolante et réfractaire thermiquement, ledit 15 garnissage étant porté par l'enveloppe au moyen d'une pluralité d'armatures de liaison reliées à des éléments d'ancrage fixés à la surface latérale interne de l'enveloppe. Elle concerne également le four équipé d'une telle paroi. 20 État de la technique Les fours industriels fonctionnant à des températures élevées, par exemple au-dessus de 1000 C, possèdent des parois constituées de l'extérieur vers l'intérieur d'une enveloppe métallique rigide et solide, et d'une série de 25 revêtements isolants et réfractaires constituant le garnissage disposé en couches successives en direction du foyer. Le garnissage est plaqué contre la paroi métallique de l'enveloppe par des armatures faisant saillie vers l'intérieur, et se trouvant en liaison avec des 30 plaquettes d'ancrage soudées préalablement à la surface latérale interne de la paroi métallique. Il est connu d'attacher rigidement par un point de soudure chaque armature à une plaquette d'ancrage, de manière à maintenir chaque armature perpendiculairement par rapport à l'enveloppe lors de la traversée radiale des différents revêtements. Lors du fonctionnement du four, le gradient de température à l'intérieur du garnissage engendre un effet de dilatation thermique de ce dernier par rapport à l'enveloppe rigide. Les points de soudure des armatures aux plaquettes d'ancrage doivent alors répondre à deux conditions : - avoir une résistance mécanique suffisante pour le maintien stable des i o armatures pendant la construction du four, - et pouvant se casser lorsque les forces de dilatation thermique deviennent trop importantes lors de la montée en température. Les concentrations de contraintes sont alors minimum dans ce dernier cas, 15 suite à l'apparition d'un jeu favorisant un mouvement relatif des armatures dans les ancrages. Le seuil de brisure thermique des points de soudure des différentes armatures n'est pas ajustable avec précision. Dans certaines zones de la 20 paroi des fours connus, on a en effet constaté l'absence de brisure des points de soudure. Il en résulte l'apparition de contraintes mécaniques importantes dans les différents revêtements, susceptibles de provoquer des fissures dans certaines zones du garnissage et une déformation permanente de l'enveloppe. 25 Objet de l'invention L'invention propose une paroi de four industriel destinée à surmonter les inconvénients précités, et à supporter des cycles thermiques répétées. Elle 30 consiste à améliorer la tenue d'un garnissage de four industriel fonctionnant à une température élevée, et à réduire au minimum les contraintes mécaniques et thermiques dues au gradient de température dans le garnissage. La paroi de four est caractérisée en ce que chaque armature est enfilée dans un orifice de l'élément d'ancrage correspondant avec interposition d'une pièce de calage en matière plastique, ladite pièce de calage étant apte à fondre après dépassement d'une température prédéterminée pour créer un jeu dans l'orifice autorisant un mouvement relatif multidirectionnel de l'armature par rapport à l'élément d'ancrage. Les différentes armatures de liaison ne sont pas altérées par la fusion des pièces de calage, et restent attachées avec jeu aux éléments d'ancrage correspondants. La présence de ce jeu minimise les concentrations de contraintes mécaniques dans les revêtements successifs du garnissage interne, ainsi que dans la tôle de l'enveloppe extérieure. La tenue mécanique et thermique du four est préservée, et la durée de vie rallongée. Selon un mode de réalisation préférentiel, l'enveloppe de blindage en tôle rigide, et les éléments d'ancrage sont réalisés en acier. Chaque armature de liaison est formée par une tige en acier inoxydable, repliée en forme Y. Les pièces de calage sont constituées par un matériau thermoplastique, notamment en polypropylène. Chaque armature comporte un couloir central délimité par deux branches parallèles séparées l'une de l'autre par un intervalle , et une entrée en biseau constituée par deux ailes divergentes s'étendant dans le prolongement des branches, ladite armature étant enfilée dans l'orifice de l'élément d'ancrage avant la pose par emmanchement de la pièce de calage. Le garnissage interne comporte : - un premier revêtement isolant constitué de nappes de laine minérale appliquées contre la surface latérale interne de l'enveloppe, un deuxième revêtement intermédiaire de béton isolant projeté sur les nappes du premier revêtement isolant, et un troisième revêtement de béton réfractaire, projeté ou coulé sur le deuxième revêtement intermédiaire. Chaque armature de liaison comporte un couloir central délimité par deux branches parallèles séparées l'une de l'autre par un intervalle, et une entrée en biseau constituée par deux ailes divergentes s'étendant dans le prolongement des branches, ladite armature étant enfilée dans l'orifice de l'élément d'ancrage avant la pose par emmanchement de la pièce de calage. Description sommaire des dessins D'autres avantages et caractéristiques ressortiront plus clairement de la description qui va suivre de modes particuliers de réalisation de l'invention donnés à titre d'exemples non limitatifs et représentés aux dessins annexés, dans lesquels : - la figure 1 est une vue schématique d'une paroi du four, illustrant une armature de liaison s'étendant à travers le garnissage interne, et un diagramme du gradient de température entre le foyer et l'enveloppe métallique extérieure ; - les figures 2A et 2C sont deux vues opposées en élévation d'une armature 25 maintenue à l'élément d'ancrage par la pièce de calage selon l'invention, l'enveloppe métallique n'étant pas représentée; - les figures 2B et 2D montrent des vues de profil des figures 2A et 2C ; - les figures 3A et 3B sont des vues identiques des figures 2A et 2B, représentant une armature nue, sans la pièce de calage et avant son introduction dans l'élément d'ancrage. Description d'un mode particulier de réalisation En référence aux figures, une paroi 10 d'un four industriel à température élevée, est composée d'une enveloppe 11 de blindage extérieure, et d'un garnissage 12 interne isolant et réfractaire. L'enveloppe 11 de blindage extérieure est réalisée au moyen d'une tôle métallique rigide en acier, par exemple de forme cylindrique. L'enveloppe 11 possède une surface de révolution lisse, mais peut également être ondulée. L'épaisseur de la tôle est choisie pour obtenir une bonne tenue mécanique en fonction des dimensions et des paramètres thermiques du four. Le garnissage 12 est porté et solidarisé à l'enveloppe 11 par une pluralité d'armatures 13 de liaison fixées à des éléments d'ancrage 14, lesquels sont soudés préalablement à la surface latérale interne de la tôle de l'enveloppe 11. Le garnissage 12 interne est subdivisé en trois parties juxtaposées, comprenant un premier revêtement isolant 15 appliqué contre la tôle en acier, un deuxième revêtement intermédiaire 16 de béton isolant, et un troisième revêtement 17 de béton réfractaire. Le nombre, la nature et l'épaisseur des différents revêtements 15, 16, 17 peuvent varier en fonction des caractéristiques techniques et la température maximale à l'intérieur du foyer. Le premier revêtement isolant 15 façonné est constitué par des plaques ou nappes isolantes appliquées contre la tôle de l'enveloppe 11. Il s'agit à titre d'exemple de nappes fibreuses de laine minérale connues sous la marque commerciale Superwool 607 HT Blanket de la société Thermal Ceramics. La composition chimique du premier revêtement 15 est à base de SiO2 et de CaO + MgO. Il peut être formé par plusieurs couches accolées de nappes fibreuses de céramique en fonction du gradient de température à respecter. Le deuxième revêtement intermédiaire 16 est non façonné et réalisé au moyen d'un béton isolant appliqué sur les nappes du premier revêtement isolant 15. Le béton isolant peut être du type silico-argileux, lequel est généralement projeté sur les nappes fibreuses, et possèdant par exemple une composition chimique à base de SiO2, AI2O3 + TiO2, CaO, et Fe2O3. Un exemple de produit est connu sous la marque commerciale JL Lightcast 124C de la société JL Réfractaires. Le troisième revêtement 17 non façonné délimite le foyer interne du four, et est constitué par un béton réfractaire projeté ou coulé sur le deuxième revêtement intermédiaire 16. Le béton réfractaire peut être à base de bauxite (plus de 80% de AI2O3) avec une basse teneur en ciment, pouvant résister à des températures jusqu'à 1600 C. Un exemple de produit est connu sous la marque commerciale Gibram SR de la société Calderys. Chaque élément d'ancrage 14 est formé par une plaquette 18 rectangulaire en acier, ayant une épaisseur de quelques millimètres, et un orifice 19 circulaire dans la partie centrale. Le chant extérieur du côté le plus long est solidarisé par une soudure 20 (figure 1) à la paroi interne de la tôle de l'enveloppe 11. Les différents éléments d'ancrage 14 sont répartis régulièrement sur toute la surface latérale interne de la tôle en s'étendant perpendiculairement par rapport à cette dernière. Sur les figures 3A et 3B, chaque armature 13 de liaison est formée par une tige 13a en acier inoxydable, repliée en forme de Y. Elle comprend un couloir 21 central délimité par deux branches 22, 23 parallèles séparées l'une de l'autre par un intervalle 24. Le couloir 21 communique avec une entrée 25 en biseau constituée par deux ailes 26, 27 divergentes s'étendant dans le prolongement des branches 22, 23. Le diamètre de la tige 13a de chaque armature 13 est inférieur à l'orifice 19 des éléments d'ancrage 14. Lors de la construction du four, chaque armature 13 de la figure 3A est enfilée dans l'orifice 19 d'un élément d'ancrage 14. Le maintien de l'armature 13 en position horizontale est assuré au moyen d'une pièce de calage 28 emmanchée à force sur les branches 22, 23 dans le fond du couloir 21 (figures 1, 2A à 2D). L'armature 13 s'étend alors orthogonalement par io rapport à l'élément d'ancrage 14, et est maintenue dans cette position grâce à la présence de la pièce de calage 28. II en résulte un maintien stable des éléments d'ancrage 14 dans la position choisie pendant la pose des différents revêtements du garnissage 12. 15 La pièce de calage 28 est réalisée avantageusement en matière thermoplastique moulée, par exemple en polypropylène. Lors de la montée en température du four, la pièce de calage 28 est destinée à se déformer par fluage ou fusion, notamment lorsque la température dans le premier revêtement isolant 15 atteint un seuil prédéterminé. La répartition du gradient 20 de température dans le garnissage 12 est illustrée à la figure 1, la fusion de la pièce de calage 28 pouvant intervenir dans une fourchette de température comprise entre 100 C et 500 C. La fusion de la pièce de calage 28 crée un jeu multidirectionnel de l'armature 25 13 de liaison dans l'orifice 19 de l'élément d'ancrage 14. Ce dernier reste soudé à l'enveloppe 11 rigide sans risque de déformation, alors que l'armature 13 peut bouger dans toutes les directions en fonction de la dilatation thermique du garnissage 12 pendant la montée en température du four. 30 Les différentes armatures 13 de liaison ne sont pas altérées par la fusion des pièces de calage 28, et restent attachées avec jeu aux éléments d'ancrage 14 correspondants. La présence de ce jeu minimise les concentrations de contraintes mécaniques dans les revêtements 15, 16, et 17 successifs du garnissage 12 interne, ainsi que dans la tôle de l'enveloppe 11 extérieure. La tenue mécanique et thermique du four est préservée, et la durée de vie rallongée. Revendications 1. Paroi de four industriel à température élevée, comprenant une enveloppe (11) métallique de blindage extérieure, et un garnissage (12) interne en matière isolante et réfractaire, ledit garnissage étant porté par l'enveloppe (11) au moyen d'une pluralité d'armatures (13) de liaison reliées à des éléments d'ancrage (14) fixés à la surface latérale interne de l'enveloppe (11), io caractérisée en ce que chaque armature (13) est enfilée dans un orifice (19) de l'élément d'ancrage (14) correspondant avec interposition d'une pièce de calage (28) en matière plastique, ladite pièce de calage étant apte à fondre après dépassement d'une température prédéterminée pour créer un jeu dans l'orifice (19) autorisant un mouvement relatif multidirectionnel de l'armature 15 (13) par rapport à l'élément d'ancrage (14). 2. Paroi de four industriel selon la revendication 1, caractérisée en ce que l'enveloppe (11) rigide de blindage, et les éléments d'ancrage (14) sont réalisés en acier. 3. Paroi de four industriel selon la revendication 2, caractérisée en ce que chaque armature (13) de liaison est formée par une tige (13a) en acier inoxydable, repliée en forme Y. 25 4. Paroi de four industriel selon l'une des revendications précédentes, caractérisée en ce que le garnissage (12) interne comporte un premier revêtement (15) isolant constitué de nappes isolantes appliquées contre la surface latérale interne de l'enveloppe (11). 9 20 20 5. Paroi de four industriel selon la revendication 4, caractérisée en ce que le garnissage (12) est doté d'un deuxième revêtement intermédiaire (16) de béton isolant projeté sur les nappes du premier revêtement (15) isolant. 6. Paroi de four industriel selon la revendication 5, caractérisée en ce que le garnissage (12) est pourvu d'un troisième revêtement (17) de béton réfractaire, projeté ou coulé sur le deuxième revêtement intermédiaire (16). 7. Paroi de four industriel selon la revendication 3, caractérisée en ce que chaque armature (13) comporte un couloir (21) central délimité par deux branches (22, 23) parallèles séparées l'une de l'autre par un intervalle (24), et une entrée (25) en biseau constituée par deux ailes (26, 27) divergentes s'étendant dans le prolongement des branches (22, 23), ladite armature étant enfilée dans l'orifice (19) de l'élément d'ancrage (14) avant la pose par emmanchement de la pièce de calage (28). 8. Paroi de four industriel selon l'une des revendications précédentes, caractérisée en ce que la pièce de calage (28) est réalisée par un matériau thermoplastique. 9. Paroi de four industriel selon la revendication 8, caractérisée en ce que la pièce de calage (28) est composée de polypropylène.