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Il Maçonnerie pour fours métallurgiques ".
La présente invention est relative à la maçonnerie pour des fours métallurgiques, tels que des fours Siemens-Martin, des fours à réverbère pour le cuivre, des fours électriques, des fours de réchauffage, etc... L'i.nvention a pour base le problème @ d'augmenter la durée de vie de la maçonnerie de fours métallur- giques et d'assurer une utilisation thermique particulière. En outre, le remplacement de briques doit être possible même pendant le travail du four.
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Suivant les procédés connue antéricurment du maçonnage, les briques sont ajustées dans le sens vertical de la maçonnerie et sans jeu de dilatation les unes au-dessus des autres et dans le sens horizontal les unes à côté des autres.
De la sorte, aucun mouvement libre des briques individuelles dans la maçonnerie n'est réalisé en tout sens, mais au contraire l'opposé. A cause de la dilatation thermique et du gonflement accessoire à cause de 1'absorptions il se produit des déplace- ments mutuels entre les briques, ou des charges mécaniques dans la partie échauffée, c'est-à-dire la surface interne de la maçon- nerie, de telle sorte qu'une rupture et qu'une exfoliation des briques ou un endommagement de,l'ensemble de la paroi sont pro- voqués.
Ce phénomène aparait dans tous les fours métallurgi- ques, en particulier ceux qui engendrent des températures supé- rieures à 1.000 C Dans des fours qui travaillent à des tempéra- tures plus basses, ce déplacement mutuel des briques sur le côté échauffé provoque surtout des courbures des parois du four, qui- vant la forme des parois, le nombre et l'intensité des variations de température, etc...
Le gauchissement des parois et de la construction survient aussi dans des fours qui sont exposés à des températures supérieures à 1.000 C
Le gauchissement das parois se produit à cause de l' échauffement plus intense de 'la face interne do la maçonnerie, de telle sorte que celle-ci se'dilate plue fortement que la face extérieure, nettement plus foide. Ceci provoque un déplacement mutuel des briques sur la face interne, de telle aorte que la maçonnerie verticale ou plate se courbe dans la direction du côté moins échauffé, ou prend un bombement.
Des parois fabriquées en forme d'arc, par exemple des voûtes. se courbent pour le.3 mêmes raisons, la courbure s'établissant cependant à l'opposé par
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rapport au centre de courbure de la voûte.
Dans les constructions de voûtes connues, l'on a cherché de diverses façons à assurer le déplacement sans gêne de la matière à cause de l'échauffement. Aucune de ces façons n'a cependant apporté une solution satisfaisante au problème, parce que le déplacement mutuel des briques est cependant encore plus ou moins conservé et ceci signifie l'apparition de fissures ou d'exfoliations des couches de la paroi.
Tout ceci exige le remplacement inévitable des briques endommagées ou tout au mcins le remaçonnage de la maçonnerie à de relativement courts intervalles de temps. La durée de vie de la maçonnerie est réduite et le remaçonnage ainsi que les arrêts de production associés entratnent aussi des pertes matérielles.
L'invention a pour but d'éliminer les inconvénients précités et par conséquent de prolonger la durée de vie de la maçonnerie, d'augmenter la sécurité lors du travail, de permettre d'éffectuer aisément les réparations et le remplacement des bri- ques et de réduire les prix de revient de la maçonnerie pour des nouveaux fours, etc...
L'invention réside essentiellement en ce qu'entre les briques sur la face interne du four sont prévus des jeux de dila- tation, dont la largeur est déterminée suivant le genre du four, nt et qui occupe/environ les 2/3 de la longueur des briques, et en ce que les briques reposent les ures sur les autres par leur plus courte partie dirigée vers la face extérieure du four.
D'autres détails et particularités da l'invention ressortiront de la description ci-après, donnée à titra d'exem@@@ non limitatif et en se référant aux dessins annexés, dans lesqul
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La figure 1 est une vue en coupe de la paroi avec des briques carrées.
La figure 2 est une vue en élévation interne du four.
La figure 3 est une vue en élévation externe de la paroi.
La figure 4 représente la paroi fabriquée à partir de briques de forme particulière à section transversale carrée,
La figure 5 représente la face interne de la paroi.
La figure 6 représente la face externe de la paroi.
La figure 7 représente une brique avec une section transversale hexagonale.
Les figures 7a et 7b sont des vues en élévation frontale de la brique de la figure 7.
La figure 8 représente une brique à section transversale rectangulaire.
La figure 9 représente une brique à section trans- versale carrée.
La figure 10 représente une paroi fabriquée à partir de formes de brique particulières à section transversale hexagonale, avec des ouvertures possibles par exemple pour le remplacement de briques ainsi que pour d'autres nécess tés (porte, etc...).
La figure 11 représente un bloc de briques assemblées pour des voûtes radiales et d'autres parties analogues.
La figure lla est une vue en élévation frontale du bloc de montage de la figure 11.
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La figure 12 représente un bloc assemblé pour des parois de four plates,
La figure 12b est une vue en élévation frontale du bloc de la figure 12.
La figure 13 représente le joint de dilatation rempli par une mince tôle ondulée ou de l'asbeste.
La figure 14 représente un remplissage avec une mousse de silicate de soude ou analogue.
La figure 15 représente un remplissage avec de la ouate d'asbeste ou d'une matière analogue.
Lors da la construction de fours métallurgiques, les briques de la paroi sont ajustées de telle sorte que leurs bords ne viennent en aucun cas en contact sur la face interne du four, de telle sorte qu'une dilatation et une contraction sans gêne de la partie exposée au rayonnement thermique et à l'échauffement des briques sont possibles. La partie libre des briques dirigée vers la face interne du four occupe les 2/3 de la longueur des briques, c'est-à-dire que la charge repose sur le tiers restant de la longueur des briques et la liaison des briques s'effectue sur la plus petite partie de celles-ci diri- gée vers la face extérieure de la paroiet qui n'est pas soumise à l'échauffement direct.
Les jeux de dilatation sur la face interne du four peuvent être obtenus de diverses façonscomme par exemple en utilisant : a) des briques normalisées, cas dans lequel elles sont ajustées les unes au-dessus des autres et soutenues à l'aide d'une couche d'une matière appropriée uniquement sur approximati- vement un tiers de la longueur des briques, du côté de la face externe de la paroi.
L'épaisseur de la matière à introduire entre
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les briques détermine la largeur du jeu obtenu (figurée 1,2 et 3), b) des formes de brique particulières., dans lesquelles . l'on prévoit sur certaines longueures des sur épaisseurs qui ont une largeur telle que les jeux de dilatation soient obtenus au- tomatiquement sur la face interne du four lors de l'assemblage, des briques avec des sections tranversales carrées, rectangulaires , hexagonales ou une autre section appropriée pouvant être utilisées (figures 4,5 et 6), c) de plus gros blocs en forme de peigne avec des jeux de dilatation préparés (figures 11,12)1 d)
un façonnage de masses réfractaires à l'état plastique de telle sorte qu'après l'enlèvement des pièces de moule durcies ou calcinées au cours de l'échauffement du four, les jeux de dilatation nécessaires subsistent sur la face interne de la paroi formée à partir des masses réfractaires, la face interne apparaissant comme réalisée à partir de morceaux indi- viduels, comme représenté par exemple aux figures 1 à 6; e) des pièces moulées en masses réfractaires à l'état plastique ou par pressage de masses réfractaires semi- sèches, en morceaux en forme de briques individuelles ou de plus gros blocs, qui relient à partir de la face extérieure plusieurs morceaux isolés, comae représenté aux figures 11 et 12 et qui sont maçonnés dans la paroi après séchage ou durcissement.
Dans les jeux de dilatation peuvent être introduites des garnitures en matière incombustible 19,20 et 21 (figures 13, 14 et 15). Cette matière peut être constituée par de l'asbeste à l'état lâche ou fibreux ou par une couche spongieuse d'une autre matière, mais elle peut cependant aussi être constituée par une tôle ondulée en matière inoxydable avec un point de fusion suffisamment élevé.
Ces garnitures peuvent alors être introduites lorsque les jeux entre les briques sont supérieurs
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à 3 millimètres et en fait dans des fours qui travaillent à des températures supérieures à 1.200*C. Les garnitures ne doivent provoquer par leur comportement au cours de la dilata- tion des briques, aucune fissure dans ces dernières, c'est-à- être dire que leur dureté doit pour une température donnée/nette.nent inférieure à celle des briques et l'écartement entre les briques doit être supérieur, après le déplacement mutuel, à l'épaisseur de la matière de garniture.
Le but de l'introduction de cotte matière dans les jeux de dilatation est d'empocher le rayonnement thermique à travers les relativement grands jeux de dilatation 2 entre les briques.
Lors d'un plus fort échauffement du four, les briques peuvent se dilater dans une mesure telle qu'elles viennent en contact par leur face frontale éventuellement uniquemont dans la direction de l'intérieur du four, sans se déplacer ou se charger mutuellement, de telle sorte qu'il n'apparalt ni un éclatement; ni une exfoliation des briques, comme c'était pré- cédemment le cas.
De la sorte, l'on obtient une durée do vie nette- ment plus prolongée des parois d'ensembles métallurgiques et une durée de vie plus uniforme des parties individuelles des fours, ce qui apporte un gain matériel important.
La partie 3,5remplie dans les parois verticales sert de support de parois. Afin de faciliter le maçonnage des parois verticales, l'on introduit entra les briques sur la face intérieure, au cours du maçonnage suivant la direction verticale, de petites bandes de matière solide de môme épaisseur que celle que doit avoir le jeu de dilatation. Ce remplissaqe proviatire subsiste jusqu'à ce que la paroi soit achevée. Ensuite, les bandes placées sur la face intérieure du four pour la formacion des jeux de dilatation sont retirées, la paroi étant cependant
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chargée préalablement sur la face extérieure de telle sorte que toutes les briques, après l'enlèvement des bandes, restent dans la même position où elles ont été ajustées au cours du maçonnage.
La charge doit être, sur la face extérieure de la paroi et sur la partie de celle-ci oh les briques se soutiennent mutuellement, au moins deux fois plus élevée que le poids des es briques incorporé/dans la paroi, d'autant de fois que la longueur remplie des briques est plus courte que la longueur totale.
Lorsque la longueur totale de la brique est L, la longueur rem- plie 1, le poids de la brique g, la charge G sur la face exté- rieure de la paroi, c'est-à-dire sur les bords courts de la bri- que doit alors atteindre :
G = L/1 x2g. Lorsque par exemple L= 300 mm.,1
1 =100 mm, g - 5 kg, l'on a alors :G= 300 x 2 x 5 = 30kg (ou 6
100 briques). De la sorte, l'on obtient un équilibre parfaitement stable de toutes les briques de la paroi et, dans certains cas où la paroi s'appuie par sa partie supérieure à la face interne contre la voûte ou une partie analogue, la charge peut également atteindre :
G=LXg.
1
Il est important que le centre de gravité de la charge se situe plus près de la face extérieure de la paroi.
Afin d'assurer la pleine stabilité d'une maçonnerie réalisée de cette façon (avec des surfaces d'appui réduites), les parois verticales doivent être ancrées et les grandes voûtes doivent être suspendues.
L'ancrage est effectué d'une façon connue et en fait de telle sorte que le tirant soit monté à l'aide de crochets en- gagés dans les briques sur la face extérieure de la paroi, dans la zone des longueurs remplies des jeux 3.5.
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Le nombre et la disposition des tirantssont déter- minés pour chaque cas individuel en fonction de la grandeur de la paroi et du rapport entre Letl. Plus grandes sont les dimen- sions de la paroi plus élevé est L/1 et l'on a donc besoin d'un plus grand nombre de tirants, et vice versa.
En plus des avantages exposés, cette maçonnerie permet d'effectuer beaucoup plus aisément des réparations locales des parois et des voûtes et en particulier des réparations au cours du fonctionnement du four, dites réparations à chaud. La facilité des réparations réside en ce que les briques ne sont plus fermement maintenues les unes aux autres sur leur côté chaud, comme c'était précedemment le cas. Ceci facilite l'en- lèvement et la réintroduction de briques individuelles. Les réparations peuvent être effectuées particulièrement aisément lorsque les briques sont fabriquées avec une section transversale hexagonale (figure 7) ou sous la forme de blocs (figures 11, 12), qui réunissent chacun plusieurs briques.
Une section transversale hexagonale des briques permet de conserver la pleine stabilité de la partie restante de la paroi, même lorsqu'une partie des briques est retirée do cette dernière (figures 10). Ceci n'est pas le cas avec une sec- tion transversale carrée. Dans la surface extérieure, représentée à la figure 10, de la paroi composée de briques hexagonales, dos ouvertures 13,14, 15 sont présentes. La partie restante est mise sous tension à la façon d'un pont ou d'une colonne verticale, de telle sorte qu'à cause du poids aucune brique individuelle ne peut se détacher d'elle même du pont ou parvenir dans un équili- bre instable, comme c'est le cas dans une paroi composée de briques carrées.
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L'avantage de cette paroi réside encore en ce nt que les briques avec l'agencement normal, donne/des jeux de dilatation sous la forme d'une ligne en zïgzag interrompue, /ce qui/peut être obtenu avec des briques carrées que par un agencement des briques dans des positions mutuellement décalées déterminées. Avec la forme hexagonale des briques, aucune considération spéciale dans la façon dont les briques doivent être assemblées n'est nécessaire, ce quiaccélère et facilite le travail lors du maçonnage.
La section transversale hexagonale des briques offre encore d'autres avantages par comparaison avec une sec tion transversale carrée, avantages parmi lesquels les plus importants sont les suivants :
Plus petite longueur de la section transversale en diagonale par rapport à la surface de la section transversale, ce qui contribue lors des variations de température à de plus faibles tensions thermiques dans les briques. Ceci signifie que la stabilité thermique des briques hexagonales est plus grande que celle de briques carrées avec la même surface de section transversale.
L'angle entre les cotés dans la forme hexagonale est de 120 , tandis qu'il est de 90 avec la forme carrée, c'est-à-dire que la section transversale hexagonale possède des angles de coin plus obtus et se rapprochent plus de la forme circulaire, de telle sorte que les tensions aux coins avec cette forme sont plus faibles que dans la forme carrée.
Lorsque des fours sont établis avec des briques hexagonales, aucun arc particulier ne doit être formé pour établir des ouvertures dans les parois (comme par exemple dans les fours destinés à réchauffer des lingots), ce qui
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compliquait précédemment la construction. En outre, ces arcs provoquent fréquemment la rupture des parois au-dessus de l'arc, à cause d'un déplacement mutuel des briques sur le côté chaud et d'un soulèvement de l'arc lors de l'échauffement et d'un abaissement de celui-ci lors du refroidissement, par rapport à la paroi avoisinante. Avec la construction suivant l'invention, ne il/se produit absolument pas de rupture des parois au-dessus des ouvertures, étant donné que le déplacement mutuel des briques et le soulèvement de l'arc sont empêchés.
Aux figures 7,8 et 9, l'on a représenté trois formes de brique qui peuvent être utilisées pour la maçonnerie suivant l'invention. La meilleure forme est la forme hexagonale de la figure 7. La brique hexagonale présente une partie largo plus courte e, une transition 9 et une partie avant plus longue mais plus étroite 7. Les briques à section transversale rectan- gulaire 10,11 sont façonnées de manière analogue. La brique carrée 12 n'a pas de gradins. Dans tous les cas, il existe une possibilité de combinaison dans la matière des briques, comme par exemple en fabriquant uniquement la partie plus longue 7,10 en matière résistant au feu, ou en dotant cette partie de dif- férents renfoncements et reliefs, afin de rendre plus difficile la conduction de la chaleur, etc...
Les briques en formo de bloc 16,18 (figures 11, 12) permettent une construction plus rapide et plus aisée. Dans ces cas, les briques en forme de bloc pour des parois pintes sont différentes de celles pour la voûte. La brique en forme de bloc pour la voûte 16 est en forme d'arc et réalisée à la façon d'un tronc de pyramide. La brique en fotme de bloc pour des parois plates constitue essentiellement une brique composée avec des jeux de dilatation.