BE566979A - - Google Patents

Description

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   La présente invention est relative à l'entre- tien de voûtes de fours pour certains types de fours   in-   dustriels à températures ultra-élevées. 



   Le procédé décrit est applicable pratiquement à diverses voûtes réfractaires, notamment aux voûtes courantes composées de briques de silice de caractère acide. L'invention est également applicable à des voûtes composés de briques en magnésite, de briques en chrome- magnésite, qui sont toutes deux des matières minérales basiques, ou de briques en matière à base de chrome neu- tre. 



   Un type de four pour lequel la présente inven- tion a été particulièrement conçue et mise au point et qui a pendant longtemps manqué d'un mode d'entretien sa- tisfaisant des voûtes, est le four à sole de fusion d'a- cier, qui est utilisé depuis longtemps sur une grande échelle et dans lequel règnent des températures atmosphé- riques intérieures de l'ordre de 3000  F ou de 2800  à 3100  F. Un type comparable mais moins problématique de four est le four à réverbère bien connu utilisé dans les installations de fusion de cuivre et dans lequel des températures de 2800  F sont atteintes. Ces deux types de fours, même si leurs voûtes ou dômes sont composés de briques de silice améliorées, se détériorent rapide- ment sous l'effet des températures extrêmes et autres facteurs destructifs se présentant dans le four.

   Même dans le cas où le meilleur mode d'entretien connu jus- qu'ici est appliqué, cette détérioration exige de fré- quentes suspensions et mises hors service du four, pour permettre le remplacement, la réparation ou même la re- construction de la paroi du four. Ceci produit des per- 

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 tes économiques importantes et coûteuses en ce qui con- cerne le fonctionnement du four, tandis que la production de l'installation subit une sérieuse réduction. 



   Dans les meilleures conditions de réparation, les pertes de production dues à la mise hors service   @   d'un four pour les besoins de réparations peuvent être établies par de simples calculs, qui révèlent qu'environ   4200   tonnes de production d'acier sont perdues par année et par four, ces pertes pouvant être attribuées dans une très large mesure au caractère adéquat des systèmes de réparation connues des voûtes de fours. 



   La source la plus pratique de chromite à utili- ser dans le procédé est un minerai de chrome, qui con- tient une quantité prépondérante de spinelle de chrome et de fer. Ces minerais contiennent fréquemment aussi une certaine quantité d'oxyde de fer libre, qui peut être prise en considération pour établir la formule. Si la quantité d'oxyde de fer libre est inférieure à la quan- tité d'oxyde de fer nécessaire pour le procédé, on ajou- tera une quantité d'oxyde de fer pour compenser le man- que   d'oxyde.   



   Le minerai de chrome qui contient de la chromi- te peut et doit, de préférence, contenir d'autres combi- naisons cristallines, telle que la spinelle magnésiée MgO.A1203, qui peuvent être en union ou relation cristal line similaire avec la chromite, plutôt que d'y être    simplement mélangées ; leminerai peut également contenir   une faible proportion de SiO2, qui constitue un facteur fonctionnellement négligeable, la chromite ou oxyde chro- mique étant le constituant caractéristique principal ou essentiel. En plus du FeO, du Cr203, du   MgO   et du A1203,il,existe un cinquième oxyde formateur de spinelle   Fe203   (ferrique) qui peut être uni à d'autres oxydes. 

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  Les oxydes de Fe, du Mg et de Al ont des fonctions.fondai tes et à ces oxydes peut être associé, entre autres, du Na2O. 



   La composition suivant la présente invention présente, dans sa forme la plus efficace, la composition suivante : 
Chromite 82 à 92 % 
Oxyde de fer libre (agent fondant) 4 à 6 % 
Agent liant   6 à   12% 
Agent de dispersion 0,25 à 5% de l'agent liant 
Agent de suspension 1 à 5 % 
On peut à présent se référer plus spécifique- ment à ces ingrédients. 



   La chromite, dont il a déjà été question plus haut, est l'agent de traitement principal, mais cet agent n'a pas eu lui-même la faculté d'adhérer aux parois. 



   La présente invention consiste à pulvériser sur la surface du garnissage ou de la voûte d'un four, tandis que celui-ci est à sa température la plus élevée, de min- ces couches ou revêtements successifs d'un nouveau ciment particulier ayant la propriété d'adhérer à la surface et constituant lui-même une partie de la présente invention, ce ciment entrant alors en liaison avec le garnissage de manière à faire prise et à former une surface adhérente et dure présentant un caractère extraordinairement réfrac- taire. Le succès du procédé dépend, en partie, des pro- priétés particulières du ciment ainsi appliqué et le ci- ment présente sa valeur particulière à cause de la nouvel, le manière dont il est appliqué et à cause des réactions qu'il subit lorsqu'il est ainsi appliqué. 



   Le ciment suivant la présente invention comprend 

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 essentiellement un minerai de chrome comportant, comme , constituant essentiel, une combinaison d'oxyde chromique   Cr203   avec de l'oxyde de fer. Le   Or 203   est, de préféren- ce; utilisé sous la forme incorporée dans la chromite minérale qui constitue une spinelle naturelle de la forme FeO.   Cr203   et c'est cette spinelle qui donne au revête- ment sa réelle valeur de résistance. Dans cette spinel- le, l'oxyde chromique et l'oxyde de fer sont réunis dans les proportions de 68% et de 32 %. 



   Le ciment suivant l'invention requiert une pro- portion d'oxyde de fer supérieure à cette proportion. 



  Le pourcentage d'oxyde de fer contenu dans la matière doit être d'environ 5 % de plus que la quantité suffisan- te pour former le cristal de spinelle, cet excès devant, de préférence, être de 4 à 6 %. Cet excès peut être qualifié d'"oxyde libre" dans le présent mémoire. 



   L'invention est ainsi relative à un procédé pour former un revêtement sur les surfaces réfractaires exposées aux flammes d'un four à haute température, en vue d'empêcher les dégradations destructrices progressi- ves de ces surfaces pendant que le four est en service, ce procédé comprenant les stades consistant à mélanger une composition de minerai de chrome en poudre fine à de l'eau de façon à former un mortier de ciment, la composi- tion comprenant, de manière prédiminante, de la chromite qui est insensible à la température opératoire du four et qui détermine les propriétés de résistance thermique des surfaces finales du four, la composition de minerai de chrome contenant plus qu'assez d'oxyde de fer pour former une spinelle de fer et de chrome, l'oxyde de fer libre étant présent en une proportion comprise entre 4 % et 6 % et servant d'agent fondant,

   à pulvériser le mortier de ciment sous pression élevée et de manière progressive sur 

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 les surfaces exposées à la flamme du four, tandis que celui-ci est en service, de manière à former sur celles- ci un revêtement résistant à la chaleur, et à utiliser la chaleur du four d'abord pour activer l'agent fondant et produire une liaison entre la composition de minerai de chrome et les surfaces du four à mesure que le revête- ment se forme graduellement par l'opération de pulvérisa- tion et ensuite pour amener le revêtement à faire prise et à durcir après sa liaison avec les surfaces du four et pour convertir le revêtement en une nasse pelliculaire intégrée solide, qui protège les surfaces du four contre les dégradations destructrices. 



     L'invention   est également relative à une compo sition de minerai de chrome résistant à la chaleur, des- tinée à être mélangée et appliquée sous forme d'un mor- tier ou d'une bouillie sur les surfaces réfractaires ex- posées à la flamme d'un four à température élevée tandis que le four est-en service, la composition en question étant constituée par un mélange d'un mineran de chrome et d'une petite quantité (comprise, par exemple, entre   1%   et 6   %)   d'un agent de suspension, telle qu'une argile colloïdale, tous les ingrédients étant finement moulus, la composition de minerai de chrome comprenant essentiel, lement de la chromite et contenant plus   qu'assez   d'oxyde de fer pour former une spinelle de fer et de chrome,

   la teneur en oxyde de fer libre étant comprise entre 4   %   et 6 %. 



   L'agent fondant, dont il a déjà été question 
 EMI5.1 
 plus haut, est constitué per.la.f 1 . -;"  ydes- "ferrëàx ét=autres-;=cex-t-i se trouvant ;dÈ.ns. le mi- , neai'de chrome dont la chromite a également été obtenue ou étant ajoutés au mélange. 



   L'agent liant est   constitué   par un ou plusieurs 

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 des liants réfractaires courants ou autres, tels qu'un' des silicates de sodium, qui peuvent, dans la formule du ciment, se présenter en une proportion de 6 % ou moins, le pourcentage préféré étant de 8 et, de manière généra- le, d'environ 6 à 12 %. Son rapport sodium : silicate peut être d'environ 1 : 2 et est, de préférence, fixé à environ 1 à 1,9, cette petite différence ayant pour effet d'augmenter jusqu'à 50 % la résistance à la rupture de la voûte traitée, l'agent liant ayant pour effet, lorsque le revêtement est appliqué, de maintenir initialement le ciment sur la surface de la voûte jusqu'à ce que la liai- son chimique soit réalisée. 



   Un silicate de sodium particulier, à savoir celui de formule Na20 1,9 Si02, est très avantageux et semble être nouveau pour le but visé; d'autres liants utilisables sont ceux de formule : Na20.2Si02 et Na20. 



  3,22/Si02. 



   L'agent de dispersion qui est ajouté de préfé- rence peut être d'un des types suivants. Ainsi, l'agent de dispersion peut être (a) un des agents de dispersion courants ou, de préférence, (b) un   se%   métallique de l'acide   amylsulfonique   ou (c) un produit de pétrole sul- foné et/ou un sel de celui-ci. Cet agent peut être uti- lisé en pré-mélange ou conjointement avec le liant chimi- que susdit. La quantité d'agent de dispersion peut être faible et être, par exemple, d'environ 2 % ou de 0,25 à   5,00 %   de la quantité de liant. La présence de l'agent de dispersion assure une action liante améliorée, l'agent de dispersion agissant de manière à rendre le liant plus adhésif et plus cohérent et à favoriser l'obtention d'une couche de revêtement plus efficace sur la surface de la voûte.

   Un pourcentage d'agent de dispersion supérieur à celui indiqué n'offre pas d'avantage appréciable. 

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   L'agent de suspension est ordinairement une argile réfractaire fine ou colloïdale, initialement sèche, mais ce peut être aussi un agent'de suspension organique, tel que la   carboxyméthyl   cellulose ou des composés équi- valents. Cet agent peut être ajouté en faible proportion;, par exemple à raison d'environ 2   % ou   de plus de 2   %   de la composition totale ou dans des proportions comprises entre 1 % et 5 ou 6   %, des   pourcentages plus élevés étant sans utilité correspondante. 



   La présente invention est basée sur la décou- verte selon laquelle, pour obtenir les meilleurs résul- tats, les proportions correctes des composants dans la composition chimique du ciment ou matière réfractaire doivent être réglées ou modifiées en fonction de certains facteurs, tels que, en premier lieu, la température de la surface de la voûte au moment où le ciment est appli-   .que   et, en second lieu, la plus haute température à la- quelle le revêtement féfractaire sera soumis dans les conditions opératoires. 



   Pour préparer le ciment, les ingrédients sont. ' finement pulvérisés et mélangés intimement dans les pro- portions voulues. -On ajoute ensuite suffisamment d'eau pour obtenir la fluidité désirée, de façon que la densité du produit soit d'environ 2,2 à 2,6. La digestion du mortier est favorisée si on le chauffe. 



   Le traitement de la voûte de fours peut s'ef- fectuer à l'aide des appareils classiques, tels que pis- tolets de pulvérisation, dont les principes connus depuis 
 EMI7.1 
 Í6rigtemg sont montres dfns le brevet .S.A. Bodfish n 1.574.183 du 23 février 1926, cet appareil ou un appa- reil analogue étant agencé pour projeter le ciment, sous contrôle et sous observation, de façon à couvrir   méthodi-   quement toutes les surfaces découvertes ou affectées. 

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   Lorsque cette composition de ciment est amenée en contact avec les briques de silice ou autres briques réfractaires, aux températures opératoires élevées,   ltoxy-   de de fer libre et les agents liants provoquent une fu- sion localisée et limitée. Cette fusion se développe vers un état de liquide fortement   gélatineux,   mais seule- ment jusqu'à ce que le rapport changeant des oxydes mé- talliques libres à la silice devienne tel qu'une solidi- fication se produise sur la surface de la voûte. Il se produit alors un re-arrangement des composants et cette prise ou solidification est la phase finale de la réac- tion, une liaison chimique ou frittée étant formée par fusion entre les briques de silice et le revêtement ré- fractaire appliqué contenant la chromite et les autres composants de spinelle du ciment pulvérisé. 



   Comme exemple de l'utilisation d'un minerai de chrome commercial servant de base au ciment réfractai- re suivant l'invention, on peut considérer un minerai de composition suivante : 
Echantillon A 
 EMI8.1 
 
<tb> Cr203 <SEP> 44,5 <SEP> % <SEP> 
<tb> 
<tb> Fe0 <SEP> 25,4%
<tb> 
<tb> 
<tb> Mg0 <SEP> 10, <SEP> 6 <SEP> %
<tb> 
<tb> 
<tb> A1203 <SEP> 14,6 <SEP> %
<tb> 
<tb> 
<tb> autres <SEP> produits <SEP> 4,9 <SEP> %
<tb> 
 
La formation d'une spinelle avec   44,5   parties de   Cr203   exige la liaison de 20,9 parties du FeO, en sor te qu'il reste   4,5   parties de FeO libre. 



   L'excès de FeO libre est compris dans la gamme   (4   à 6%) d'oxyde de fer libre spécifiée, en sorte qu'il n'y a pas lieu d'ajouter plus d'oxyde de fer. ; 
Comme autre exemple de minerai de chrome   utili..   

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 sable, on peut considérer le suivant :   Echantillon   B 
 EMI9.1 
 
<tb> Cr293 <SEP> 45,4%
<tb> Fe0 <SEP> 15,1 <SEP> %
<tb> 
<tb> Mg0 <SEP> 13,65
<tb> 
<tb> A1203 <SEP> 13,8%
<tb> 
<tb> autres <SEP> produits <SEP> 12,1 <SEP> % <SEP> 
<tb> 
 
La formation d'une spinelle de chrome avec 45,4 parties de Cr203 exigerait 21,4 parties de FeO. Il manque donc 6,3 parties de FeO pour former la spinelle et il n'y a donc pas d'oxyde de fer libre. 



   Un ciment utilisant cette source de chromite nécessite donc 6,3 parties de FeO pour compléter la spi- nelle, ainsi que 4 à 6 parties de FeO devant-servir d'oxy de de fer libre. En tout, il faut donc ajouter 10,3 à 12,3 parties de FeO. 



   Un minerai de chrome peut présenter des compo- sitions variables et, en ignorant le Si02 qui peut être incidemment présent, les proportions des divers oxydes métalliques peuvent être comprises entre les valeurs suivantes, en parties ou pourcentages : 
 EMI9.2 
 
<tb> Cr203 <SEP> 25 <SEP> à <SEP> 50
<tb> FeO <SEP> 10 <SEP> à <SEP> 25
<tb> 
<tb> A1203 <SEP> 8 <SEP> à <SEP> 26 <SEP> 
<tb> 
<tb> Mg0 <SEP> 5 <SEP> à <SEP> 20
<tb> 
 
La matière réfractaire à base de chrome de for- mule quelconque doit être finement pulvérisée., des- dimen- sions particulaires satisfaisantes étant, par exemple, les suivantes :

   
 EMI9.3 
 
<tb> refus. <SEP> au <SEP> tamis <SEP> à <SEP> 100 <SEP> mailles <SEP> 20 <SEP> à <SEP> 40 <SEP> %
<tb> 
<tb> refus, <SEP> au <SEP> tamis <SEP> à <SEP> 200 <SEP> mailles <SEP> 40 <SEP> à <SEP> 55%
<tb> 
<tb> particules <SEP> passant <SEP> à <SEP> travers <SEP> le
<tb> 
<tb> tamis <SEP> à <SEP> 200 <SEP> mailles <SEP> 45 <SEP> à <SEP> 60 <SEP> % <SEP> 
<tb> 

Claims (1)

1. REVENDICATIONS 1. Procédé pour former un revêtement sur les sur- faces réfractaires exposées aux flammes d'un four à hau- te température, en vue d'empêcher les dégradations des- tructrices progressives de ces surfaces pendant que le four est en service, ce procédé comprenant les stades consistant à mélanger une composition de minerai de chrome en poudre fine à de l'eau de façon à former un mortier de ciment, la composition comprenant, de manière prédominan- te, de la chromite qui est insensible à la température opératoire du four et qui détermine les propriétés de ré- sistance thermique des surfaces finales du four, la com- position de minerai de chrome contenant plus qu'assez d'oxyde de fer pour former une spinelle de fer et de chro me,

   l'oxyde de fer libre étant présent en une proportion comprise entre 4 % et 6 % et servant d'agent fondant, à pulvériser le mortier de ciment sous pression élevée et de manière progressive sur les surfaces exposées à la flamme du four, tandis que celui-ci est en service, de manière à former que celles-ci un revêtement résistant à la chaleur et à utiliser la chaleur du four d'abord pour activer l'agent fondant et produire une liaison entre la composition de minerai de chrome et les surfaces du four à mesure que le revêtement se forme graduellement par l'opération de pulvérisation et ensuite pour amener le re. vêtement à faire prise et à durcir après sa liaison avec les surfaces du four et pour convertir le revêtement en une masse pelliculaire intégrée solide, qui protège les surfaces du four contre les dégradations destructrices.

   2. Procédé suivant la revendication 1, dans lequel la composition de minerai de chrome contient un petit pourcentage (par exemple, de 1% à 6 %) d'un agent de suspension, tel qu'une argile colloïdale, pour favorisa la pulvérisation du mortier sur les surfaces du four. <Desc/Clms Page number 11>

   3. Procédé suivant l'une ou l'autre des revendica tions 1 et 2, dans lequel la composition de minerai de chrome contient un petit pourcentage (par exemple de 6% à 12 %) d'un agent.liant, tel qu'un silicate de sodium, pour favoriser la liaison préliminaire des particules solides aux surfaces du four.

   4. Procédé suivant la revendication 3, dans lequel la composition de minerai de chrome contient un petit pourcentage d'un agent de dispersion, tel que des produits de pétrole sulfonés (par exemple à raison de 0,25 % à 5 % de l'agent liant), pour modifier l'agent liant et aider celui-ci à lier préliminairement les particules solides aux surfaces du four.

   5. Composition de minerai de chrome résistant à la chaleur, destinée à être mélangée et appliquée sous forme d'un mortier ou d'une bouillie sur les sur'Laces' réfractaires exposées à la flamme d'un four à température élevée tandis que le four est en service, la composition en question étant constituée par un mélange d'un minerai de chrome et d'une petite quantité (comprise, par exem- ple, entre 1 % et 6 %) d'un agent de suspension, telle qu'une argile colloïdale, tous les ingrédients étant fi- nement moulus, la composition de minerai de chrome com- prenant essentiellement de la chromite et contenant plus qu'assez d'oxyde de fer pour former une spinelle de fer et de chrome, la teneur en oxyde de fer libre étant com- prise entre 4 % et 6 %.

   6. Composition de minerai de chrome résistant à la chaleur suivant la revendication 5, composée essen- tiellement de cristaux mélangés ou mixtes d'oxydes de chrome, de fer, de magnésium et d'aluminium, le pourcen- tage de spinelle, de chrome et de fer étant sensiblement de 60% par rapport au total de minerai de chrome, ce mi- <Desc/Clms Page number 12> nerai contenant un petit pourcentage d'oxydes libres de magnésium, d'aluminium et/ou de sodium, en plus de l'oxy de fer libre.

   7. Composition de minerai de chrome résistant à la chaleur suivant l'une ou l'autre des revendications 5 et 6, contenant également un petit pourcentage (par exemple, de 6 % à 12 %) d'un agent liant, tel qu'un sili- cate de sodium.

   8. Composition de minerai de chrome résistant à la chaleur suivant la revendication 7, contenant égale- ment un petit pourcentage d'un agent de dispersion (par exemple de 0,25 % à 5 %) par rapport à l'agent liant.

   9. Composition de minerai de chrome résistant à la chaleur, en substance, telle que décrite plus haut.

   10. Procédé pour former un revêtement sur les sur- faces réfractaires exposées à la flamme d'un four à haute température, en vue d'empêcher les dégradations destruc- trices progressives de ces surfaces pendant que le four est en service, en substance, tel que décrit plus haut.