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Construction d'une voûte réfractaire.
La présente invention se rapporte à des voûtes réfrac- taires basiques pour fours d'aciérie à sole ouverte, pour fours d'aciérie électriques à arc et pour d'autres fours, particulièrement pour fours métallurgiques.
L'objet de l'invention est d'immobiliser chaque brique de la voûte vers le haut aussi bien que vers le bas, soit par suspension directe, soit par frottement contre des briques adjacentes fixées. En maintenant chaque brique rigidement en place dans une voûte réfractaire basique, la construction entière est à l'abri de détériorations par tassements ou fie- chissements, surtout lorsque la voûte commence à être amincie par l'usure. Les constatations faites sur des voûtes basiques gauchies de fours d'aciérie a sole ouverte de plusieurs aciéries différentes, ont démontré que,
même si la voûte est immobilisée vers le bas par des poutrelles longitudinales I fixes,écartées de ; 900 mm de biais à biais, la voûte s'affaisse et se détériore rapidement, à moins qu'elle ne soit également immobilisée vers
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le haut, La durée d'utilisation, alors que toutes les briques ne sont pas immobilisées à la fois vers le haut et vers le bas,
est d'environ la moitié de celle que l'on obtient pour des voûtes dans lesquelles les briques sont immobilisées vers le 'haut et vers le bas par frottement contre des plaques transversales fixes ou par frottement contre des briques fixes adjacentes.
Un autre objet de l'invention est de réduire le coût du remplacement de l'ossature de support métallique, après chaque campagne, dans une voûte réfractaire basique de four d'aciérie, en éliminant la nécessité d'augmenter, dans l'interstice entre deux briques, l'épaisseur des plaques d'acier consumables inté- grées dans l'ossature de support.
Dans la voûte réfractaire basique d'un tour d'aciérie à sole ouverte les plaques d'acier transversales habituelles entre briques et intégrées dans l'os- sature de support sont, dans la présente invention, remplacées par des plaques d'acier transversales formant corset qui sont en contact avec le dessus de la voûte, ces plaques-corset sont indéfiniment réutilisables, car elles ne sont pas consumées au fur et à mesure que les briques s'usent (comme le sont les pla- ques d'acier placées entre les briques dans les voûtes appuyées ou dans la combinaison à suspension et à appuie appliquée dans les voûtes basiques des fours d'aciérie à sole ouverte dans ce pays).
Un autre objet de l'invention est d'empêcher la voûte de s'affaisser entre les poutrelles qui s'opposent au soulèvement de la voûte, en immobilisant les extrémités froides des briquée réfractaires formant une voûte, contre les borde inférieure des plaques-corset transversales dont la plus grande dimension, dans la section transversale, est généralement verticale. Les borde
Inférieurs des plaques-corset sont en contact avec les extrémités froides des briques, les plaques-corset étant généralement dispo- sées parallèlement à un joint entre faces latérales des briques.
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Ainsi les oeillets places du côté froid, des briques peuvent facilement tre accroches à des selles de suspension s'appuy- ant sur les bords supérieurs des plaques-corset,
Un autre objet de l'invention est de supporter les briques par une ou deux selles de suspension reposant sur les bords supérieurs des plaques-corset auxquelles font suite les connexions à oeillet de suspension des briques, de part et d'autre des plaques-corset.
Un autre objet de l'invention est d'immobiliser la voûte vers le bas en attachant les deux extrémités de chaque plaque-corset, à environ 90 ; de manière ajustable sur les poutrelles empêchant le soulèvement, ou bien, dans des construc- tions nouvelles, sur des poutrelles de maintien appropriées s'étendant parallèlement à la longueur des fours d'aciérie rec- tangulaires à sole ouverte, ou @isposées radialement sur des fours d'aciérie électriques circulaires, lesquelles poutrelles sont elles-mêmes immobilisées rigidement vers le haut et vers le bas par des tubes radiaux ajustables fixés sur les membrures transversales rigides en acier entre les montante verticaux en ' acier des fours à sole ouverte,
ou qui sont boulonnées sur l'anneau 'de voûte en acier dans les fours d'aoiérie électriques ; à arc. Dans les deux types de fours, ces tubes sont directement ou indirectement en contact ferme avec les extrémités froides des briques, en même temps que les plaques-corset ajustables dont les bords inférieure eont en contact avec le cote froid des briques, éliminant ainsi complètement toute possibilité de soulèvement de la voûte.
Un autre objet est de rendre les plaques-corset relativement minces et relativement larges, la dimension verticale de la section transversale des plaques-corset étant d'au moins six et, dans la plupart des cas, d'au moins douze fois la dimen- sion latérale de la section transversale, de manière à réduire , la tendance qu'ont les plaques-corset elles-mêmes à former un
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dos, suite à la dilatation longitudinale thermique du bord intérieur de la plaque se trouvant en contact avec les briques réfractaires chaudes.
Il est ainsi évident qu'un avantage sap- plémentaire résultant de l'emploi de tôles relativement minces est que la plus grande surface possible de l'extrémité froide des briques est exposée au refroidiesement, évitant ainsi l'ef- fet isolant destructif de membrures d'acier dont les ailes sont en contact avec le cote froid des briques.
Un autre objet est d'éviter réchauffement excessif, l'oxydation et la déformation des plaques-corset qui survien- draient si ces plaques s'étendaient vers le bas entre les faces des briques réfractaires, comme cela se présente dans la cens- truotion actuelle de la plupart des fours d'aciérie à sole ouverte dans ce pays.
Un autre objet est d'augmenter la durée de service des ventes de fours très chauds, en éliminant la décomposition qui intervient dans le premier tas de briques de chaque coté de chaque plaque transversale dans la construction aotuelle, lors- : que la plaque fond jusqu'à, la profondeur de plusieurs centimètres en arrière de la face chaude, augmentant ainsi la décomposition des briques adjacentes en exposant une face supplémentaire de chaque brique adjacente à réchauffement et au refroidissement, ! selon les variations de la température du four.
D'autres objets apparaissant dans la spécification et dans les revendications.
Dans lee dessina, nous avons choisi d'illustrer seule- ment les réalisations les plue courantes parmi celles dans les- quelles notre invention peut apparaître. Nous faisons une sélec- tion dans les formes qui sont montrées, en tenant compte des points de vue de la facilité de l'illustration, du fonctionne- ment satisfaisant et de la olarté dans la démonstration des principes qui interviennent.
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La figure 1 est une vue partielle en plan du dessus de la voûte d'un four d'aciérie à sole ouverte oonforme à l'invention. la figure 2 est une section partielle suivant la ligne 8 - 3 de la figure 1. la figure 5 est une section partielle suivant la ligne 3 - 3 de la figure 2. Cette selle d'une pièce convient pour la construction sans cintre (échafaudage), la figure 4 est une section partielle agrandie suivait la ligne 4 - 4 de la figure 2.
La figure 5 est une vue semblable à la figure 3, mais avec 3elles en deux pièces, pour usage dans le cas d'un ouvrage aveo échafaudage (cintre).
Dans les diverses figures, les briques montrées sont des briques de clé correspondant à la section transversale de 115 x 76 mm, la dimension de 115 mm étant placée à environ 90 par rapport à la longueur du four. Cette invention supplique tout ausei bien à des briques de olé de 152 x 76 mm ou de Toute autre section transversale, comme aussi aux briques en coin, ayant , par exemple, une section transversale de 115 x 76 mm, dans laquelle la dimension de 115 mm est placée en ordre princi- pal parallèlement à la longueur au four.
L'invention s'applique également aux briques en coin de 152 x 76 mm ou de n'importe quelle autre section transversale, ou encore à des briques en coin ou à des briques de clé ayant 89 x 57 mm de section transversale, ou à des briques de 76 x 76 mm de section transversale, ainsi qu'à n'importe quelle autre brique en coin ou brique de clé, de n'importe quelle section transversale désirée destinée a des fours d'aciérie a sole ouverte.
L'invention s'applique également aux briques rectangulaires utilisées dans les voûtes plates ou dans les voûtes en encorbellement,
En ce qui concerne les tours d'aciérie électriques à arc, les briques utilisées peuvent être constituées par n'importe
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quelle combinaison désirée de briques de voûte, briques en coin briques de clé, briques de clé de voûte ou briques de clé en coin ou briques de coupole, chacune de ces briques pouvant avoir n'importe quelle section transversale, y compris 152 x 76 mm, 115 x 76 mm ou 76 x 76 mm, ces dimensions n'étant cependant pas limitatives.
Ci-après une description, à titre d'exemple non limitatif de la réalisation des dessins.
Antérieurement, dans l'industrie de ce pays, on a éliminé les plaques d'acier transversales entre les briques basiques de voûtes appuyées de four d'aciérie à sole ouverte de plusieurs usines, mais la durée des voûtes fut généralement trop courte du fait que ces voûtes s'affaissaient et se gondolaient rapidement, Dès lors, il fut généralement nécessaire de revenir à l'utili- sation, pratiquement universelle, des coûteuses et peu satisfai- santes plaques d'acier qui se consument, étant donné qu'elles pénètrent dans-les joints entre les briques jusqu'à atteindre la faoe chaude.
.Antérieurement, dans l'industrie de ce pays, les voûtes basiques appuyées des fours d'aciérie à sole ouverte, ou suspen- dues par oeillets, ou appuyées-suspendues, sont habituellement construites au moyen de plaques d'acier transversales de 4,8 mm d'épaisseur qui pénètrent entre les briques réfractaires à des espacements de 152, 227, 305, 381, 457, 532 ou 610 mm. Ces pla- ques forment ainsi une partie constituante de la construction réfractaire elle-même. En réalité de telles plaques ne peuvent pas être réutilisées, car la portion se trouvant dans les jointe de la maçonnerie est consumée en même temps que les briques.
C'est pourquoi le coût de chaque voûte s'accroît d'une somme de plusieurs centaines de mille francs. Grâoe à la présente inven- tion, cette somme peut être économisée, puisque les plaques-cor- set de cette invention ne dépassent pas les extrémités froides
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des briques de voûte, étant donné quelles ne sont pas consu- mées ni détérioriées au cours de la campagne et que, des lors, elles peuvent être réutilisées indéfiniment.
Le coût supplémen- taire de briques accrochées pour une construction complètement suspendue sera largement compensé par la suppression des nervu- res qui apparaissent maintenant dans la plupart des voûtes ne comportant pas de briques accrochées, et le coût de voûtes ac- crochées à corset, avec construction mi-suspendue et mi-appuyée, peut être considérablement plus réduit que celui de voûtes ap- puyées comportant le nombre habituel de briques-de nervure qui sont de 76 mm plus longues que celles d'onglet. Après une lon- gue période, le coût d'origine de nombreuses voûtes suspendues à corset sera considérablement plus réduit que celui d'un nom- bre égal de mêmes voûtes telles qu'elles sont construites maintenant..
L'installation de telles voûtes conformément à la pra- tique ancienne exige la fabrication laborieuse et coûteuse d'un nouveau jeu de plaques pour chaque voûte, et l'assemblage ainsi que la pause des plaques pénétrant entre les briques réfrac- tairee est également très pénible et longue.
En outre, la décomposition et d'autres accidents pou- vant survenir aux briques du.fait de la dilatation thermique, l'oxydation et/ou la fusion des plaques d'acier (dans les fours très chauds) où elles pénètrent entre les briques réfractaires, sont des causes sérieuses d'une usure accélérée et de défor- mations du four.
Nous pensons que la durée de service de voûtes réfrac- taires basiques peut être largement augmentée (dans des fours très chauds) en employant des plaques-corset réutilisables qui maintiennent directement ou indirectement les briques à bonne hauteur et qui touchent le côté froid des briques. Si les briques Individuelles sont soutenues en nombre suffisant, blo-
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quées vers le bas et vers le haut, le frottement entre lee briquée suspendues et celles juxtaposées ou celles adjacentes à ces dernières, maintiendra à bonne hauteur les briques lute- posées et celles qui leur sont adjacentes. Ce frottement les empêchera également de descendre et, dès lors, il sera impos- cible que n'importe quelle partie de la voûte se déforme.
Conformément à la présente Invention, on utilise des plaques- corset qui ne pénètrent pas dans les jointe entre briques et qui n'auront pas été consumées lorsque la voûte exige un rem- placement, mais qui peuvent resservir Indéfiniment. Ceci aigni-; fie une grande économie dans le coût d'une voûte, et c'est le but principal de cette invention pour des fours d'aciérie à sole ouverte. la chose est également très Importante pour les rouies des grands fours d'aciérie électriques lesquelles s'affaisent et se gondolent de manière excessive et se dété- riorent prématurément (comme antérieurement, des poutrelles de ;
suspension ou de maintien n'ont jusqu'ici pas été essayées dans ce pays)! elles ne sont des lors pas économiques, puisqu'aucune brique n'est immobilisée vers le haut ni vers le bas, directe- ment ou Indirectement, comme dans la présente Invention.
En outre, conformément à l'invention, les plaques-cor- set peuvent être Installées au-dessus de la voûte après que la voûte réfractaire a été placée complètement sur des cintres (échafaudages) comme dans la figure 5.la figure 3 montre la construction avec selle en une pièce appliquée lorsque la voûte} est placée sans cintre (échafaudage). Actuellement la plupart des voûtes sont construites avec cintre, c'est-à-dire que la figure 5 pourrait s'appliquer dans la plupart des cas.
L'invention est applicable à des voûtes entièrement suspendues et à des combinaisons de voûtes suspendues et ap- payées, suivant désir. La figure 3 montre une construction complètement suspendue, mais on peut réaliser une construction partiellement suspendue, partiellement appuyée, en alternanc
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quatre rangées, ou plus, de briques suspendues avec deux rangées, ou plus, de briques suspendues, les briques non suspendues de chaque file non suspendue sont maintenues en place par les forces naturelles d'une voûte appuyée, aidées par le frottement en coin entre ces briques et celles juxta- posée s suspendues(ou briques appuyées qui, à leur tour sont maintenues par frottement en coin contre des briques adjacen- tes suspendues, ou par des briques appuyées qui sont mainte- nues par d'autres briques appuyées qui, à leur tour, sont maintenues par des briques adjacentes suspendues).
les princi- pes de l'invention peuvent s'appliquer soit à des voûtes com- plètes, soit à certaines parties seulement d'une voûte, par exemple aux voûtes de carneaux, au-dessus des rampante et des mure dans un four d'aciérie à sole ouverte, ou dans la voûte principale seulement, avec voûtes de oarneau appuyées en bri- ques basiques, ou briques de silice, ou les deux.
De même, l'invention est applicable à des voûtes ap- puyées rectangulaires à arche simple comme dans des fours d'aciérie à sole ouverte, ainsi qu'également à des voûtes cir- @ulaires en coupole comme dans des fours d'aciérie électriques à arc.
Il faut comprendre que la question de savoir si les plaques corset transversales et les poutrelles de maintien longitudinales se situent parallèlement les unes par rapport aux autres dans une voûte rectangulaire (comme dans un four d'aciérie normal à sole ouverte), ou si les poutrelles de main- tien sont radiales et que les plaques corset se trouvent dans des sections en forme d'arcs sur des cercles concentriques entre le poutrelles radiales auxquelles elles sont attachées à chaque extrémité (comme dans un corset en toile d'arraignée pour un four d'aciérie électrique à arc normal), est purement; une affaire de conception de la voûte pour un type particulier de four, et l'invention peut être appliquée à la construotion de tous ces types particuliers.
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Considérant maintenant les dessins en détail, pour un four d'aciérie normal à sole 'ouverte, nous représentons un certain nombre de briques réfractaires basiques 20 disposées verticalement ou dans un plan vertical selon un angle qui dépend de ce que la voûte est plate ou courbe. les briques sont cultes ou non cuites, selon besoin en magnésie, magnésie-chrome, chrome- magnésie on de toute autre composition basique désirée, fait bien connu dans le métier.
Elles peuvent avoir n'importe quelle longueur ou section transversale désirée et elles seront utilement munies de plaques d'acier oxydables extérieures et habituellement aussi de telles plaques intérieures,faits également bien connus dans le Métier,
Chaque brique réfractaire basique a des faces latérales 21 qui touchent à d'autres réfractaires,sauf sur le coté extérieur; elle a en outre une extrémité chaude 22 et une extrémité froide 33', .
Sur la face froide,ou préférablement au-dessus d'elle,se trouve une languette de suspension, préférablement une attache de suspension métallique, faisant corps avec la brique réfractaire dans laquelle elle a, par exemple été introduite au moment du mou- lage, comme la chose est bien connue: cette attache porte un ori- tics 25 dans lequel s'introduit la pièce de suspension.
Dans la présente invention on ne se préoccupe pas de savoir si toutes les briques sont pourvues d'attaches de suspen- sion en acier par le moyen desquelles elles sont suspendues, ou si, parmi ces briques, certaines sont supportées directement ou indirectement sous l'action du frottement latéral contre d'autres . briques lesquelles sont munies d'attaches de suspension, comme la chose est bien connue dans le métier.
Au-dessus de l'extrémité froide 23 se trouve une ossa- ture de support en acier 26 laquelle, dans la réalisation préfé- rentielle figurée d'un four d'aciérie à sole ouverte, comporte des poutrelles d'acier 27 d'immobilisation vers le haut
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(utilement des poutrelles I ou H maintenues vers le haut et vers le bas par des tuyaux radiaux fixés à l'ossature transversale au four) convenablement espacées qui, habituellement, sont posées directement contre l'extrémité froide des briques en 28, bien que, dans certains ensembles, des rigoles, ou@'autres accessoi- res, fixées au,bas des poutrelles encadrent les extrémités froides des briques et relèvent ainsi le bas des poutrelles de 25 à 76 mm,
ou plus, au-dessus des réfractaires, en vue d'amé- liorer le comportement en réduisant l'effet isolant de la pou- trelle sur les briques de voûte et en vue de faciliter l'enlè- vement de la poussière laquelle est également un isolant nuisi- ble. les briques réfractaires se trouvant Immédiatement sous les poutrelles, peuvent être supportées par frottement: contre les briques adjacentes, si cette disposition est désirée.
Des plaques-corset 30 sont réparties par intervalles au-dessus des extrémités froides des briques; elles sont géné- ralement parallèles aux lignes des joints entre certaines des faces latérales des briques. Ces plaquee-oorset ont, perpendi- oulairement aux surfaces froides des briques, une section (essentiellement verticale) beaucoup plus grande que leur sec- tion horizontale (épaisseur): on obtient ainsi une grande hau- teur de section pour maintenir les briques vers le haut et vers le bas, ce qui permet d'éliminer la déformation de la voûte dans les deux directions verticales. La largeur des plaques-corset 30 est ainsi préférablement d'au-moins six fois l'épaisseur et, mieux encore, d'au-moins douze fois l'épaisseur.
Comme le montre la figure, la hauteur des plaques-corset mises en place est préférablement la même que oelle des poutrelles 27.
Dans un exemple particulier, les plaques-corset peuvent avoir une épaisseur de 12,7 mm et une largeur de 152 mm, ou une épaisseur de 25 mm et une largeur de 152 mm. la position idéale ornais rarement réalisée dans la
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construction réelle) des plaques-corset est celle qu'elles occuperaient si elles étalent placées partiellement de part et d'autre de la ligne 31 entre certaines faces latérales des , briques, par un mécanisme de fixation ou une console 32 prévu. ; à chaque extrémité et qui prend appui sur les ailes supérieurs coopérantes des poutrelles.
Suivant une disposition qui est mon- trée, le dispositif de fixation comprend une cornière 33 soue en 34 sur l'extrémité de la plaque-corset et s'engageant soue l'aile supérieure 35 de la poutrelle I, et une console 36 s'é- , tendant au-dessus de l'aile supérieure 35 de la poutrelle I et fixée par les boulons 37 aux cornières 38 qui sont soudées en 40 sur les cotée des plaques-corset, près des extrémités.
Chacune des consoles 36 possède une via de blocage réglable 41 se vissant dans la oonsole et qui peut se serrer de manière à s'Immobiliser fermement contre la face supérieure de l'allé supérieure 35 de la poutrelle 27, quel que soit l'angle requis par la ligne des joints transversaux entre briques.
Sur le bord supérieur des plaques-corset sont posée par intervalles sur la longueur des plaques-corset, des selles de suspension 42, en¯.une ou deux pièces (utilement en fil de 6,35 mm) qui, dans les voûtes construites sans cintre, comportent une partie centrale horizontale posant en 43 sur les plaques-corset.
Leurs extrémités forment des crochets 44 dont chacun s'Introduit dans les ouvertures 25 des attaches 24 de deux briques adjacentes.
Dans les voûtee construites avec cintres on utilise une selle de suspension en deux pièces (figure 5).
Selon une méthode de construction extrêmement simple, on soulèvera les poutrelles de maintien existantes et les tuyaux radiaux, de manière à réserver un espace pour la construction . les cintres en acier ou en bois (échafaudage) sont mis en place pour porter les extrémités chaudes des briques, et les briques 20 seront assemblées de manière à correspondre correctement à la
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Toute. Ensuite les poutrelles 27 sont mises en place immédiate- ment contre les extrémités froides des briques, à des interval- les appropriés (de préférence en position parallèle), pour les fours d'aciérie à sole ouverte, comme le montrent les figures 1 et 2. Les tuyaux radiaux au-dessus des poutrelles de maintien sons ensuite boulonnés à la carcasse du four.
(Dans les fours d'aciérie à arc, les poutrelles maîtresses de maintien sont des plaques d'acier radiales placées sur chant). puis on place les plaques-corset 30 (généralement parallèlement aux joints trans- versa= dans la voûte), en dispositions qui correspondent à cell@@ des lignes de joints 31 ohoisies; alors les vis de blocage 41 sont serrées pour maintenir les plaques-corset dans la bonne posi- tien, leurs borde inférieurs 45 s'appuyant fermement contre le côté froid des briques, ,et en général parallèlement aux lignes des jointe 31. Contrairement à la pratique antérieure, les plaques- corset ne pénètrent pas entre les briques.
Ensuite les attaches 24 sont courbées dans les positions montrées et les selles de suspension en deux pièces (figure 5), oorvenablement constituées en courbant du fil de 6,35 mm, sont insérées dans les ouvertures 25 des attaches et recourbées en 46 par dessus le bord supérieur des plaques-corset, par le moyen ' d'un outil 47, l'un d'un côté, l'autre de l'autre cote, de maniè- re à saisir fermement les attaches. l'échafaudage peut alors être relevé et le four mis en service.
Si on le désire, le prooessus d'assemblage peut être in- versé en assemblant les poutrelles et les plaques-corset ,en plaçant et en suspendant ensuite les briques progressivement, sans échafaudage, comme dans la figure 3, mai la construction est plue lente; les cintres sont utilisés dans la plupart doit usines. Le coût supplémentaire des briques à attaohes n'est pas très différent de celui des briques à nervures utilisées dans la
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plupart des voûtes appuyées (dans la présente Invention les ner- vures ne sont pas nécessaires).
Il doit être entendu que lorsque nous citons les pou- trelles dans les revendications, les éléments complémentaires attachée aux poutrelles sont également inclus.
Notre invention et notre découverte étant établies, des variations et des modifications devant répondre à une idée Individuelle ou à un besoin particulier apparaîtront sans aucun doute comme évidentes à des personnes de métier, en vue d'obte- nir tout on partie des bénéfices de notre Invention sans oopier la construction montrée. Des lors nous les revendiquons toutes, pour autant qu'elles répondent raisonnablement à l'esprit et à, l'objet de notre invention.
REVENDICATIONS
1. Dans la construction d'une voûte réfractaire, un ensemble de briques réfractaires basiques disposées côte à côte et comportant des extrémités chaudes et des extrémités froides, oomportant aussi des attaches de suspension à proximité des extrémités froides, en combinaison aveo une ossature de support en acier au-dessus desdites briques comprenant un ensemble de poutrelles d'acier disposées longitudinalement, réparties late- ralement à certains intervalles et posées contre les briques au-dessus de leurs extrémités froides, et comportant un ensem- ble de plaques-corset disposées transversalement entre les pou- trelles longitudinales précitées et y fixées, étant généralement placées verticalement,
lesdites poutrelles et lesdites plaques- corset étant en contact aveo l'extrémité froide des briques et se terminant contre elles, comportant des dispositifs de suspen- sion appuyés sur lesdites plaques-corset et introduits dans les ' connexions de suspension des briques en question.