HEAT RESISTING CAST STEEL, ABRASION-PROOF AND ABLE TO WITHSTAND STRAIN AT VERY HIGH TEMPERATURES IN ATMOSPHERES CONTAINING SULFUR OXIDES

Abstract: 1. A refractory casting steel, characterized in that it contains in percent by weight : C : 0.30 to 0.70 Cr : 24 to 29 Ni : 11 to 15 Mn : 7 to 11 Si : 1 to 2 Fe : balance and the usual impurities, in particular Al, S, P and N.

Description: ACIER REFRACTAIRE DE MOULAGE RESISTANT A L'ABRASION ET A LA DEFORMATION A TRES HAUTE TEMPERATURE EN ATMOSPHERE CONTENANT DES OXYDES DE SOUFRE L'acier réfractaire, qui fait l'objet de l'invention, est un acier de moulage de structure austénitique, qui concerne l'ensemble des applications dans lesquelles on recherche une très bonne tenue à l'oxydation à très haute température pendant de très longues durées pouvant depas- ser 10.000 heures, combinée avec une grande résistance à la déformation par fluage, une grande résistance à l'abrasion et une grande stabilité thermique. L'acier suivant l'invention s'appliqua, en particulier, à la réalisa- tion de pièces de fours telles que des sôles fixes ou mobiles ou d'autres dispositifs pour fours ou tous autres appareils thermiques qui sont portés pendant de très longues durées à des températures de 800 à 1200 C en atmosphère oxydante et qui sont soumis à l'action abrasive de matières solides portes à des températures qui dépassent souvent 10000C et peuvent atteindre jusqu'à 1400 C. L'invention concerne egalement l'application de cet acier réfractaire de moulage à la réalisation de grilles ou d'éléments de grilles fixes ou mobiles, utilisés dans des dispositifs de transfert de chaleur entre une phase solide, sous forme de particules ou de grains, portée à très haute température et une phase gazeuse qu'on se propose de préchauffer par contact avec ladite phase solide. L'acier de moulage suivant 1' invention s 'applique de façon particulièrement satisfaisante à la réalisation d'éléments de grilles fixes ou mobiles utilisés pour la réception, le refroidissement et l'évacuation du clinker au sortir des fours tournants de cimenterie. Il est bien connu de l'homme de l'art que les grains de clinker qui tombent, après cuisson, de l'orifice d'extrémité d'un four tournant de cimenterie sont à une terrérature de l'ordre de 1200 à 14000C environ. Ces grains, en général d'un diamètre de 1 à 3 cm, tombent sur des éléments de grille disposés dans un couloir d'évacuation le plus souvent horizontal. Ces éléments de grille sont alternativement fixes et mobiles. Les éléments mobiles sont animés d'un mouvement alternatif et, grâce à une forme adaptée, provoquent un déplacement en translation des grains, le long du couloir d'évacuation. De l'air est injecté de bas en haut à travers les grilles et parcourt le couloir en sens inverse du clinker. Il s'échauffe au contact de celui-ci et pénètre, ensuite, dans le four oû il permet la combustion du combustible utilisé, qui est le plus souvent un hydrocarbure liquide ou gazeux, ou du charbon pulvérisé, ou encore un mélange de ces deux types de combustibles. On utilise, de préférence, pour la .réalisation de ces éléments de grilles, des aciers réfractaires au CrNi, dont les teneurs en Cr et Ni sont ajustées en fonction de la température à laquelle ils sont portés dans les conditions d'utilisation. C'est ainsi que, dans les zones les plus chaudes, c'est-à-dire celles où les éléments de grille reçoivent directement sur leur face supérieure les grains de clinker qui tombent du four à une température de 1200 à 14000C, il est recommande d'utiliser des aciers réfractaires de moulage austénitiques tels que l'acier Z40 CNW 25-20 (norme AFNOR) qui contient environ en % en masse: C 0,40 ; Cr 25 ; Ni 20 ; W 2,75. Un tel acier présente, d'une part, une grande dureté à chaud à cause de sa haute teneur en carbure de chrome, une excellente résistance à l'oxydation à haute température dûe à ses teneurs élevées en Cr et Ni et enfin, unie grande résistance au fluage à haute temperature grâce à sa teneur en W. Cependant,, en dehors du prix très élevé de cet t acier dû à sa haute teneur en Ni et à l'addition de W, cet t acier ne donne pas entièrement satisfaction pour une telle utilisation. L'expérience a montré, en effet, qu'il résiste mal à l'abrasion à chaud dûe au frottement du clinker sur la surface des éléments de grille, et qu'il présente aussi une certaine tendance à la fragilisation au cours des maintiens prolon- gés à très haute température. I1 convient de remarquer que les éléments de grilles utilisés dans les fours de cimenterie sont soumis à des conditions thermiques particulièrement sévères. En effet, leur surface supérieure entre en contact avec les grains de clinker portés à une température de l'ordre de 1000 à 1400 C, tandis que leur surface inférieure est e@@contact avec un courant d'air dont la temperature initia le est voisine de 1' l'ambiante. En cours d'utilisation, il se produit donc au sein de ces grilles des tensions importantes dûes aux différences de températures. On doit noter également que, bien souvent, une fraction des gaz de codbustion, relativement riches en oxydes de soufre, entre en contact avec la surface supérieure des grilles. Ces oxydes de soufre tendent à attaquer la surface de celles-ci et cette attaque est facilitée par la haute teneur en nickel. Enfin, malgré cette haute teneur en nickel, il est possible que la fragilisation observée, dans certains cas, résulte de la formation de très petites quantités de phase # dans des zones localisées des éléments de grilles qui se trouvent portées à des températures de l'ordre de 750 à 8500C. on a donc recherche la possibilité de réaliser un acier réfractaire de moulage présentant une résistance à l'oxydation comparable à celle du Z 40 CNW 25-20 et une résistance au fluage comparable, mais qui aurait une meilleure tenue à l'abrasion, une meilleure résistance aux atmosphères contenant des oxydes de soufre et qui, enfin, ne serait pas fragilisé par les maintiens de très longue durée dans tout le domaine de températures compris entre 750 et 11000C. Le nouvel acier réfractaire de moulage, qui fait l'objet de l'inven- tion, contient en % en masse C : 0,30 à 0,70 Cr . 24 à 29 Ni : 11 à 15 7 7 à 11 Si 1 à 2 Un domaine de composition préférentiel de l'acier suivant l'invention est le suivant en % en masse C : 0,4 à 0,6 Cr : 25 à 27 Ni : 12 à 14 : : 8 à 10 Si : 1,3 à 1,8 Cet acier peut, par ailleurs, contenir Al # 0,20 ; S # 0,05 ; P # 0,10 N ç 0,20 et les impuretés inévitables. Les essais effectués ont montré que l'introduction d'une teneur en Mn. de 7 à 11 %, de préférence comprise entre 8 et 10 %, permettait de limiter la teneur en Ni, tout en donnant à l'alliage une très bonne résistance au fluage à haute température. L'effet le plus important de cette addition de manganese est l'amélioration remarquable de la tenue de cet acier à la corrosion à haute température, par rapport aux au tres aciers réfractaires austénitiques à haute teneur en NL, dans les atmosphères contenant des oxydes de soufre tels que SO2. On constate également que la substitution d'une partie du nickel par du manganèse améliore de façon très notable la résistance à la fragilisation au cours du maintien à très haute température pendant des durées qui peu- vent atteindre 10.000 heures et bien davantage. Cette résistance à la fragilisation est due a la très grande stabilité conférée à l'acier suivant l'invention par ses hautes teneurs en Ni + Mn. Enfin, l'acier suivant l'invention présente une résistance à l'abrasion élevée com- parable à celle d'un acier du type Z 40 CNW 25-20. Ce ensemble de propriétés de l'acier réfractaire de moulage suivant l'invention le rend particulièrement apte à la réalisation de pieces moulées destinées à être utilisées à haute température dans des atmosphères oxydantes et pouvant contenir des oxydes de soufre. Cet acier convient particulièrement bien pour la réalisation de pièces pour sô- les mobiles de fours de traitement à haute température, grâce à sa ré- sistance à la déformation à haute température, à son absence de fragilité et à sa résistance à l'usure. Enfin, grâce à son ensemble de propriétés et, plus particulièrement, grâce à sa résistance à l'abrasion à chaud, à l'oxydation par les atoosphères contenant des oxydes de soufre et à son absence de fragilité, l'acier de moulage suivant l'invention convient tout spécialement à la réalisation des éléments de grilles fixes ou mobiles utilisés dans les dispositifs de transfert de chaleur entre une phase solide divisée et une phase fluide. La phase solide peut être constituée par des particules ou des grains portés à très haute température. La phase fluide est, le plus souvent, un gaz tel que l'air qui est préchauffé par contact avec cette phase solide. On peut ainsi réaliser au moyen de l'acier suivant l'invention, les éléments de grilles fixes ou mobiles des dispositifs de refroidissement et d'évacuation des clinkers des fours tournants de cimenterie. Ces éléments de grilles, réalisés par moulage à partir de l'acier réfractaire suivant l'invention, présen- tent un ensemble de performances et, essentiellement, une durée de vie nettement supérieures à celles des éléments de grilles réalisés au moyen d'aciers réfractaires beaucoup plus coûteux tel que l'acier Z 40 W 25-20. De très nombreuses autres applications de l'acier réfractaire de moul ge suivant l'invention sont possibles. Cet acier s'@@plique, en effet à la réalisation de pièces moulées qui peuvent êt@@ utilisées jusqu'à des températures atteignant 1200 C et même davantage. Sa très @rande stabilité à chaud permet de l'utiliser dans toutes les applications qui nécessitent des maintiens de très longue durée en température. Son absence de fragilité lui permet aussi de supporter sans fissuration les contraintes créées par les chocs thermiques, les gradients thermiques ou le cyclage thermique.

Claims: REVENDICATIONS 10/ - Acier réfractaire de moulage caractérisé en ce qu'il contient % en masse C : 0,30 à 0,70 Cr : 24 à 29 Ni : 11 à 15 7 à 11 Si : 1 à 2 20/ - Acier réfractaire de moulage suivant revendication 1, caractérisé en ce qu'il contient en % en masse C : 0,40 à 0,60 Cr : 25 à 27 Ni : 12 à 14 Mn : 8 à 10 Si : 1,3 à 1,8 Al # 0,20 S # 0,05 P # 0,10 N 4 0,20 et autres impuretés inévitables. 30/ - Application de l'acier réfractaire de moulage suivant revendication 1 ou 2, à la réalisation de pièces utilisées à des températures de 800 à 1200 C. 40/ - Application suivant revendication 3, caractérisée en ce que les pièces sont des éléments de sôles fixes ou mobiles, ou d'autres appareils thermiques. 50/ - Application suivant revendication 3, caractérisée en ce que les pièces sont des éléments de grilles fixes ou mobiles utilisés pour des dispositifs de transfert de chaleur entre une phase solide et une phase gazeuse. 60/ - Application suivant revendication 5, caractérisée en ce que les pièces sont des éléments de grilles fixes ou mobiles utilisés pour la réception, le refroidissement et l'évacuation des clinkers au sortir des fours tournants de cimenterie.

Inventors: JACQUEMIN, CLAUDE, POUSSARDIN, RENE, Poussardin, René
Applicants: UGINE ACIERS
Application year: 1983
Main classification: C22C38
IPC codes: C22C38