CA1153886A - Piece refractaire permeable au gaz - Google Patents
Piece refractaire permeable au gazInfo
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- CA1153886A CA1153886A CA000411794A CA411794A CA1153886A CA 1153886 A CA1153886 A CA 1153886A CA 000411794 A CA000411794 A CA 000411794A CA 411794 A CA411794 A CA 411794A CA 1153886 A CA1153886 A CA 1153886A
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Abstract
L'invention concerne une pièce réfractaire perméable aux gaz et destinée à être incorporée au garnissage réfractaire d'un récipient métallurgique contenant un bain de métal en fusion, sous la surface du bain de telle sorte que l'une des faces de la pièce soit en contact avec le métal en fusion. La pièce réfractaire selon l'invention est caractérisée en ce qu'elle est constituée essentiellement d'un bloc monolithique en matériau réfractaire non-poreux comportant intérieurement des perforations ou des fentes qui le traversent de façon à définir une pluralité de discontinuités locales qui s'étendent sur toute la longueur de la pièce entre la face en contact avec le métal en fusion et une face opposée et qui constituent des zones de passage gazeux, des éléments non-destructibles à chaud étant insérés sans jeu apparent dans les perforations ou fentes. Des moyens d'arrivée de gaz sont en outre prévus pour insuffler un gaz sous pression à travers les zones de passage gazeux, dans une direction vers la face en contact avec le métal en fusion. La pièce selon l'invention est facilement réalisable, elle présente en outre toutes les qualités requises de sélectivité ou d'orientation de manière à posséder une durée de vie sensiblement égale à celle du garnissage réfractaire du récipient métallurgique destiné à la recevoir tout en permettant d'insuffler les débits de gaz voulus.
Description
:~L5~
La présente demande est une division de la demande canadienne No. 350.620 déposée le Z4 avril 1980 et relative à des pièces en matériau réfractaire, perméables aux gaz.
On sait que certaines pratiques industxielles nécessitent la traversée d'une pièce réfractaire par un gaz.
Il en est ainsi, par exemple, dans le domaine de l~élaboration des métaux, en particulier de l'acier, où
l'on a déjà proposé, pour des besoins métallurgiques, d~insuffler des gaz dans un bain de métal en fusion au travers de briques réfractaires perméables incorporées à
la maconnerie du récipient métallurgique, à un niveau inférieur ~ celui de la surface du bain, et plus généralement dans le fond.
Dans ce type d'application, où le métal en ~usion est au contact de la face de soufflage de la pièce perméable, il est bien entendu souhaitable que la perméabilité de celle-ci soit "sélective", c'est-à-dire qu'elle assure la traversée du gaz dans un sens sans occasionner pour autant des infiltrations de métal liquide en sens inverse et ceci, si possible, m8me en l'absence de soufflage gazeux.
A cet ef~et, il est connu de fabriquer des pièces réfrac-taires perméables à partir de matière première ~ granulo-métrie spéciale, moulée et frittée, conférant à la masse obtenue une micro-porosité ouverte statistiquement isotrope (brevets franc,ais no. 1,094,809 et no. 1,162,727).
Par ailleurs', il est non moins souhaitable que cette perméabilité soit également "orientée" car il s'agit de diriger l'écoulement du gaz insufflé de telle manière qu'il entre sous pression dans la piece poreuse par une face et en sorte par la face opposée en contact avec le métal en fusion, les autres faces devant rester complètement ~s~
étanches afin d'empecher une trop ~rande déperdition latérale du gaz qui a naturellement tendance ~ cro~tre avec la hauteur de la pièce. A cette f~n, il a déj~
été proposé d'enfermer de fac,on appropriée cette pièce dans un réceptacle étanche, constitué par exemple par une enveloppe métallique (brevet français no. 1,031,504), ou par une couche de béton réfractaire,rendu étanche par le choîx dlune granulométrie plus fine ~ue celle de la région centrale (brevets français no. 1,183,569-et no. 1,350,751~.
La réalisation,de ce type dléléments ~ structure composité est chose relativement aisée. Toute~ois, leur utilisation pose certains probl~mes tenant notamment au phénom~ene de dilatation différentielle à chaud entre le coeur poreux et le pourtour étanche'et qui conduisent à la formation indésirée entre les deux de passages privilégiés pour le gaz insufflé, avec toutes le~ con-séquences que cela entra~ne, tant sur le plan de la maitrise de l'insufflation que sur celui de la durée de vie des éléments poreuxO
Pour pallier ces difficult~s, il a ~té suggéré
de fabriquer des éléments monolithiques à perméabilité
orientée en passant par une étape intermédiaire au cours de laquelle on forme une pi~ce réfractaire non-poreuse naturellement mais présentant intérieurement, et de fac,on temporaire, un réseau serré de liens orientés dans'la direction du soufflage, dont la destruction ultérieure laisse appara~tre 'à sa place un réseau orienté de fins et multiples canaux, ~brevet français no. 1,271,201). Ces pièces semblent satisfaisantes dans leur utilisation, mais c'est au niveau de leur fabrication que des difficultés apparaissent, car elles nécessitent un appareillage complexe et délica~ dont on n~a pas encore, semble-t-il, défini avec précision les caractéristiques appropriées à une production industrielle.
Enfin, cette perméabilité doit encore être suf-fisamment importante pour ne pas trop limiter les dé~its de gaz compte tenu des disponibilités en pression des installations pneumatiques habl;tuelles dans ce-domaine et qui, pour fixer les idées; se chiffrent d'ordinairement autour d'une dizaine de bars relatifs environ. Or, comme on l'imagine-aisément, plus la perméabilité de la pièce poreuse est grande, moins elle est "sélective" et plus elle est sujette ~ s'user rapidement par érosion au contact du métal liquide. On se trouve donc en présence d'exigences antag~onistes ~ l'égard desquelles les solutions proposées jusqu'ici, à la connaissance des inventeurs, représentent des compromis pas toujours sa-tisfaisants.
A titre indicatif, c'est dans le domaine du traitement métallurgique en poches, (addition, mise à
la nuance, etc...~ qu'ont, semble-t-il, d'abord ~té
appliquées les pièces réfractaires poreuses préc~demment évo~uées. Dans ce cas, les débits nécessaires de gaz de brassage étant relativement modestes (de l'ordre de 5 lls par pièce en~iron) les pièces perméables mises en oeuvre présentent généralement d'assez bonnes caractéristiques de sélectivité et de résistance mécanique, de sorte que leur vitesse d'usure est ~ peu de chose près égale ~ celle du revêtement réfractaire environnant.
~ --~
:~53~l8~
Par contre, dans le cas de récipients à très grandes capacités, comme les fours de fusion ou les convertisseu~s, les débits spécifiques de gaz insufflé
étant beaucoup plus importants (de l'ordre de dix fois plus~, les pi~ces utilisées doivent atre très pexméables.
Corrélativement, leur "sélectivité" est dégradee, ce qui interdit en règle générale le soufflage en marche discontinue~ Dè plus, llusure mécanique est accélérée et devient nettement plus rapide que celle du garnissage r~fractaire, ce qui est d'autant moins acceptable que les fonds sont prévus pour durer un nombre de coulées beaucoup plus important que pour les poches et qu'il n'est guère envisageable actuellement de remplacer une pièce usée au cours d'une campagne.
Le but de la présente invention est de proposer une pièce réfractaire dont la perméabilité au gaz présente simultanément toutes les qualités requises de sélectivité et d'orientation de manière ~ posséder une durée de vie sensiblement égale ~ celle du garnissage réfractaire du récipient destiné ~ la recevoir tout en permettant d'insuffler les débits de gaz voulu.
Un autre but de l'invention est de pouvoir réaliser une pièce du type précit~ conservant les avantages cumulés d'une perméabilité orientée propre aux pièces de structure homogène ~ réseau de fins canaux internes, et de la simplicité de fabrication spécifique aux pièces poreu.ses de structure composite et ceci sans devoir en supporter Les inconvénients respectifs.
A cet effet, l'invention a pour objet une pièce réfractaire perméable aux gaz, constituee essentiellement 38~
d'une masse en matériau réfractaire non-poreux présentant une pluralité de discontinuités locales qui s'étendent sur toute sa hauteur dans la direction du soufflage gazeux.
Suivant le mode de réalisation de l'invention qui est visé par la demande d'origine, ces discontinuités locales sont obtenues par une réalisation de la masse réfrac-taire non-poreuse en un ensemble d'éléments unitaires juxta-posés sans joints matériels d'étanchéité entre eux et entre lesquels peuvent etre interposés des moyens de séparation.
D'autre part, suivant le mode de réalisation visé
par la présente demande divisionnaire, ces discontinuités locales sont obtenues par une réalisation de la masse ré-fractaire non-poreuse en un bloc monolithique traversé par des perforations ou des fentes orientées dans la direction du soufflage gazeux et dans lesquelles sont insérés, sans jeu apparent, des éléments non-destructibles à chaud et de préférence à paroi lisse, par exemp:Le des éléments en acier.
L'invention de la présente demande divisionnaire a donc pour objet une pièce réfractaire perméable aux gaz et destinée à être incorporée au garnissage réfractaire d'un récipient métallurgi~ue contenant un bain de métal en fusion, sous la surface du bain de telle sorte que l'une des faces de la pièce soit en contact avec le métal en fusion, carac-térisée en ce qu'elle est constitué essentiellement d'un bloc monolithique en matériau réfractaire non-poreux compor-tant intérieurement des perforations ou des fentes qui le traversent de façon à définir une pluralité de discontinuités locales qui s'étendent sur toute la longueur de la pièce entre la face en contact avec le métal en fusion et une face oppo-sée et qui constituent des zones de passage gazeux, des ~3~
éléments non-destruct,ibles à chaud étant insérés sans jeu apparent dans les perforations ou fentes. Des moyens d'arrivée de gaz sont en outre prévus pour insuffler un gaz sous pression à travers les zones de passage gazel~, dans une direction vers la face en contact avec le métal en fusion.
Comme on le comprend, l'idée à la base de l'in-vention consiste donc à créer une perméabilité artificielle dans une pièce en matériau réfractaire qui n'est pas natu-rellement perméable, en ménageant dans celle-ci des dis-continuités orientées dans la direction du soufflage gazeux et réalisées grâce à une conception particulière de la pièce, à savoir par un assemblage d'éléments déf,inissant entre eux des zones de jonction étroites par lesquelles passe le gaz.
Cet assemblage peut etre ainsi réalisé de deux manières distinctes: soit par incorporation dans un bloc réfractaire d'éléments longitudinaux dispersés métalliques ou réfractaires, qui traversent le b:Loc de part en part dans la direction du soufflage (c'est-à-dire selon la hauteur de la pièce), soit par une juxtaposition d'éléments réfractaires indépendants et également orientés dans le sens du soufflage. ~ -Dans le premier cas, les zones de passage gazeux sont localisées sur le pourtour des éléments rapportés dans le bloc réfractaire, alors que, dans le second cas, elles sont plus diffuses car elles se répartissent dans les plans de joints, c~est-à dire selon des fentes étroites plus ou moins rectilignes qui vont jusqu'aux extrémités de la pièce et qui, par corséquent, divisent cette dernière en une pluralité d3éléments unitaires.
Cette nouvelle conception de brique réfractaire perméable permet dlaboutir enfin au double objecti~ convoité, à savoir une durabilité de la pièce ésale à celle du garnissage réfractaire du récipient métallurgique dans lequel elle est implantée et une capacité élevée en débit gazeu~, adaptée au volume du bain contenu dans ce récipient. Cette dernière particularité semble notamment due au fait que l'assemblage des éléments constitutifs de la pièce étant réalisé sans se soucier de l'étanchéité des zones de jonction, il peut passer dans ces dernières un plus grand débit de gaz qul~
travers la masse réfractaire, aussi poreuse soit-elle. Ceci étant, on nla pas besoin d~avoir recours aux masses extr8me-ment poreuses connues antérieurement, qui permettent des débris de gaz assez élevés, mais qui s'usent également très rapidement.
Conformément,a la pratique habituelle, llassemblage réfractaire est avantageusement placé dans un réceptacle métallique constitué par une enveloppe latérale ouverte à une extrémité de mani~ère a laisser libre la face supérieure de la masse réfractaire, destinée a etre mise en contact du métal en fusion et laissant, bien entendu, apparaStre à
sa surface les discontinuités locales pour le passa~e du gaz, l~autre extrémité de l~enveloppe métallique obturée par une plaque de fermeture équipée des moyens d'amenée du gaz de soufflage.
On rappelle que le réceptacle métallique a pour fonction notamment d~assurer une étanchéité latérale à
la périphérie de la masse réfractaire. Par ailleurs, gr~ce à sa surface extérieure plus régulière et plus lisse que celle du réfractaire, l'enveloppe métallique permet une application étroite de la pièce sur les parois du trou pratiqué dans le revetement réfractaire qui la reçoit, ou facilite l'extraction de cette pièce en vue de son remplace~.
ment, le cas échéant. On peuk encore signaler le r$1e de cette enveloppe en tant ~u'armature de renfort protégeant la masse réfractaire intérieure contre des chocs éventuels au cours du transport ou de la manutention.
Conformément à l'invention de la demande d'origine, la pièce construite par assemblage d'éléments unitaires juxtaposés peut être réalisée selon plusieurs variantes.
Une première catégorie de variantes prend en compte la forme des elé.ments réfractaires juxtaposés.
A ce..titre, ces derniers peuvent-présenter une forme applatie (plaque, bande, etc...) dont la largeur égale, et, par conséquent définit, celle de la pièce réfrac~
taire. ~ans ce cas, les éléments sont juxtaposés par leurs grandes faces latérales en se succédant parallèlement entre eux selon la longueur de la pièce. On réalise de cette fa~con ~D
un assemblage de type "sandwich" définissant une plur-alité
de plans de joints dont les traces en surface sont de caractère unidirectionnel (réseau de lignes parallèles dans le sens de la largeur).
Les éléments réfractaires peuvent également présenter une forme plus compacte et allon~ée (parallélépipède à base carrée ou faiblement rectangulaire) dont les cates sont de dimensions inférieures à ceux de la pièce. Dans ce cas, les éléments sont juxtaposés parallèlement entre eux par leurs ~uatre faces latérales en se succédant cette fois selon la longueur et aussi selon la largeur de la pièce. On obtient alors un assemblage de type "faisceau" définissant - - .
~S313~
une pluralité de plans de joints entrecroisés uniformément orientés comme auparavant en direction du souf-flage gazeux, mais dont les traces-en surface présentent une configuration bidirectionnelle (réseau de lignes entrecroisée), -Une second catégorie de variantes est basée sur lemode d'assemblage des éléments juxtaposés.
Une possibilité consiste ~ les mettre en contact mutuel par leurs faces latérales. Une autre possibilité
consiste à réaliser-une juxtaposition d'éléments-réfractaires avec interposition entre eux de moyens de séparation-de manière à les maintenir ,à faible distance les uns des autres et pouvoir ainsi augmenter le cas échéant les débits de soufflaye. Ces moyens peuvent se présenter sous de multiples formes. Ce sont par exernple des cales d'écartement calibrées menageant des joints ouverts entre les éléments réfractaires, tels que des fils métalliques ou autres, orientés dans la direction du soufflage ga~eux, ou des inserts en béton réfractaire logés dans des encoches longitudinales ménagées à cet effet en regard l'une de l'autre sur les faces laté-rales des éléments réfractaires juxtaposés. Ces moyens de séparation peuvent également etre constitués par des cloisonsrapportées et insérées sans jeu apparent entre les éléments réfractaires, par exemple des pla~uettes en matériau ré-fractaire poreux, donc perméable, ou de simples feuillards métalliques de forme plane ou ondulée.
On comprerid que la présence de feuillards permet d'augmenter le débit de gaz, car d'une part l'écoulement gazeux dans les plans de joints est facilité contre les parois métalliques lisses et, d'autre part, le nombre de plans de joints entre deux éléments réfractaires juxtaposés et multiplié par deux.
Par ailleurs, si le feuillard est ondulé, on augmente encore la surface de jonction, donc également les possibilités de soufflage.
Des résultats similaires peuvent être obtenus lorsque les éléments réfractaires sont juxtaposés en contact mutuel.
Dans ce cas, en effet, la perméahilité de la pièce peut être augmentée en ménageant des cannelures superfi~
cielles sur les faces latérales des éléments qui, une fois ces derniers assemblés, formeront de ~ins canaux recti-lignes pour le passage du gaz d'insufflation.
Le cas peut se présenter lorsqu'on souhaite faire passer de gros débits de gaz, pouvant atteindre plusieurs --dizaines de litres par seconde, par exemple 40 l/s, comme cela commence à se pratiquer au convertisseur ~ fonte du type à soufflage d'oxygène par le haut, après la période d'affinage proprement dite a~in, par exemple, de surdé-carburer le bain ~étallique. Toute~ois, la perméabilité
obtenue par la simple réunion des éléments est largement suf~isan~e pour les opérations sidérurgiques de brassage en poche où les débits utilisés sont nettement plus faibles, à savoir voisins de 5 1/s environ, donc de l'ordre de dix fois moins que dans le cas prémentionné
du convertisseur.
L'invention de la demande d'origine ainsi que celle de la présente demande divisionnaire seront mieux comprises et d'autres aspects et avantages ressortiront plus clairement au vu de la description qui suit, donnée à titre d'exemple et en référence aux planches de dessins annexées sur lesquelles:
la figure 1 représente une vue en perspective, partiellement arrachée d'une pièce réfractaire perméable conforme à l'invention de la demande d'origine et constituée d'un assemblage type "sandwich" d'éléments réfractaires juxtaposés en con act mutuel par leurs grandes faces laté-rales, la figure 2 est une vue en coupe verticale selon le plan AA de la figure l;
la figure 3 est une vue en coupe sirnilaire à celle de la figure 2, représentant une variante de réalisation;
la figure 4 ~ontre en perspective une plaque réfractaire constitu~ive de la pièce complète illustrée sur les figures 1 et 2, la figure 5 est l'homologue de la figure 4 à
l'égard de la pièce poreuse illustrée sur la figure 3, la figure 6 est une vue en perspective du dessus d'une pièce réfractaire perméable conforme à l'invention de la demande d'origine et constituée d'un assemblage type "faisceau" d'éléments réfracta.ires juxtaposés avec inter-position entre eux de cales d'écartement, la figure 7 est une vue en perspective d'une variante de réalisation de la pièce représentée sur la figure 6, et la figure 8 est une vue en perspective d'une pièce réfractaire perméable conforme à l'invention de la présente demande divisionnaire.
Sur les figures, les mêmes éléments sont désignés par des références identiques ou complétées par des " ' "
lorsqu'11 s'agit d'éléments homologues.
La Figure 1 représente la pièce réfractaire perrnéable dans son intégralité telle qu'elle peut se présenter ~ l'utilisateur avan~ d~atre incorporée a la ma~connerie du récipient métallurgique destiné à la~recevoir, par exemple un convertisseur à soufflage d'oxygène par le haut. Cette pièce est essentiellement constituée par assemblage 1 de plaques réfractaires 2 ayant merne hauteur h et même largeur 1 que la pièce. Les plaques 2 sont jux-taposées et pressées de manière à être en contact mutuel par leurs grandes faces en se succédant les unes aux autres selon la longueur L de la pièce. Dans l~exemple décrit ! le serrage et la cohésion de ltassemblage sont assurés par frettage, au moyen d~u~e e~veloppe métallique 3 con,stituée, de la manîère habituelle, par une tôle en acier d~environ lmm d9épaisseur. Une plaque de fermeture 4 complète l'enveloppe 3 de manière ~ réaliser un réceptacle étanche dans lequel est ajusté llassemblage 1. L'arrivée du gaz d'insufflation sous pression s'e~fectue, dans le sens indiqué par la fleche, par une conduite 5 fixée de façon étanche sur la plaque de fermeture 4 autour d'un orifice 6, lequel dé~ouche dans un canal 7 de répar-tition gazeuse ménagé ~ l'intérieur de l'assemblage 1.
Les plaques 2 constitutives de ce dernier sont en matériau réfractaire de composition et de fabrication classique, par exemple en magnésie cuite sans sélection granulométrique préalable, donc non-poreuse. Cependant, leur juxtaposition sans joint matériel d'étanchéité définit dans la pièce des discontinuités locales parallèles entre elles, référence 8 sur la Figure 1 et apparaissant en surface en un réseau de fentes rectilignes selon la largeur de la pièce. Ces discontinuités 8 constituent des zones ~ .
de passage permettant au gaz sous pression arrivant dans le canal de répartition 7 de traverser l'ensemble réfractaire 1 et de ressortir par llextrémité en contact avec le mé~al liquide. On comprend que la présence de ces régions per-méables bien localisées aux plans de joints, confère à
l'ensem~le réfractaire 1 ainsi constitué une perméabilité
anisotrope, c'est-à-dire orientée dans le sens du soufflage gazeux.
Bien entendu, cette perméabilité est également sélective, car si le caractère perméable des zones de jonction 8 est assez accusé pour assurer le passage du gaz de soufflage sous pression, il n'en est pas moins suffisam-ment atténué pour empêcher des infiltrations de métal liquide. A cet égard, on peut signaler que, dans le cas de l'acier liquide, le seuil de perméabilité limite correspond à une section de micro-passage de l'ordre de 1 mm maximum.
Cor~ne on 1'a déjà dit, il peut être souhaité
d'augmenter artificiellement la per~éabilité de 1'assemblage 1. Ce résultat peut être obtenu, conformément à une variante, en ménageant sur la surface des plaques 2 de fines canne-lures 9 mieux visibles sur la Figure 4. Ces cannelures peuven~ être réalisées par usinage (traits de scie) ou ob-tenues au moment du moulage de la plaque 2 au moyen d'un moule adapté en conséquence. Il en est de même d'ailleu~s de l'évidement 10 qui conduit, une fois les plaques assemblées, à la réalisation du canal de répartition gazeuse 7. Les cannelures 9 peuvent être ménagées sur une seule des grandes faces, comme le montrent les Figures 1 et 4 ou sur les deux grandes gaces. Dans ce cas, on peut prévoir un décalage de leur position de manière à les disposer en quinconce dans cha~ue plan de joints 8~ Elles peuvent être également, si on le souhaite, appariées de Ea,con à définir des petits canaux une fois l'asse~lage réalisé. On signale cependant que, quelle que soit la variante envisagée, il est souhaitable de prévoir des cannelures dont la section de passage glohale soit inférieure à 1 mm2 environ pour éviter tout risque de pénétration de métal liquide. Comme on le voit sur la Figure 4, ces cannelures sont disposées radialement de manière à relier, dans la pièce assem~lée, le canal de répartition 7 à l'extrémité supérieure destinée à etre mise en contact avec le métal liquide.
Dans les variantes de réalisation illustrées sur les Figures 3 et 8, le canal de répartition gazeuse, interne à llassemblage réfractaire, est remplacé par un espace 7' ayant même fonction mais disposé extérieurement et en-dessous de l'ensemble réfractaire 1. L'avantage immédiat de ces modes de réalisation réside dans le ~ait que ]'espace de répartition gazeuse affecte cette fois toute la section de l'ensemble réfractaire 1, ce qui n'était pas le cas de la variante précédente.
On réalise la pièce de la Figure 3 ou de la Figure 8 à partir de celle illustrée sur les Figures 1 et 2 en rem-plaçant la plaque de ~ermeture 4 par une plaque de base 12 ajou-rée par des perforations 14 qui peuvent etre réparties au hasard, mais de préférence localisées au droit des plans de joints désignés en 8 sur la Figure 1. La partie ainsi obtenue, composée de l'assemblage 1 entôlé par l'enveloppe 3 et par la plaque de base 12, est placée dans un chassis inférieur 11 comprenant une plaque de fermeture 4' et une ~3~
virole d'extrémité 13 sur laquelle est posée, puis soudée pour des raisons d1étanchéité, la partie supérieure. De cette manière, on ménage entre la plaque de base 12 et la plaque de fermeture 4' un espace de répartition 7I recevant le gaz de sou~flage par une ouverture 6' ménagée dans la plaque de fermeture et prolongée par une conduite d'amenée 5', et le distribuant dans l'assemblage perméable 1 au travers des perforations 14.
Un exemple de pla~ues ré~ractaires à cannelures adaptées ~ ce type de réalisation est illustré sur la Figure 5. Comme on peut facilement s'en rendre compte, cette plaque, référencée 2', ne diffère de-~son homologue de la Figure 4 que sur deux points essentiels~ videment constitutif du canal de répartition gazeuse interne a disparu et les cannelures superficielles rectilignes 9' relient cette fois directement la base inférieure par laquelle arrive le ga~ à l'extrémité opposée destinée à
être mise en contact avec le métal liquide.
Il n'est pas indispensable que l'enveloppe 3 s'étende sur toute la hauteur des plaques réfractaires.
Toutefois, l'enveloppe n'a pas pour seule fonction le maintien mécanique de l'assemblage 1 mais sert également à canaliser dans la bonne direction les gaz qui auraient tendance a s'échapper latéralement.
Il doit être souligné également que la forme trapézo'ldale de la pièce illustrée sur les figures ne constitue en rien une caractéristique nécessaire de l'invention, mais une disposition relativement habituelle ayant pour rôle d'assurer, sous la pression du gaz de soufflage, le blocage de l'assemblage 1 dans la ma~onnerie du four et lui éviter ainsi tout risque d'~tre propulsé
dans le bain métallique. sien entendu, d'autres moyens assurant un tel blocage peuvent convenir.
En ce qui concerne maintenant le nombre de plaques réfractaires 2 (ou 2i) constitutives d,e l'assemblage 1, ce nombre est laissé au libre choix de l~utilisateur.
Quant à l'épaisseur des plaques ré~ractaires 2, elle se situe avantageusement autour de 3 à 5 cm. Dans ces conditions, si l'on choisit, pour la pièce perméable, un format équi~alent ~ celui d~une brique réfractaire classique (15 x 10 cm ) afin de pouvoir effectuer une simple substitution, le nombre de plaques juxtaposées selon la longueur de la pièce est alors de cinq, comme c'est le cas de la Figure 1.
On va maintenant indiquer brièvement les opérations ~ effectuer pour fabri~uer la pièce réfractaire perméable qui vient d~etre décrite. On dispose au départ du réceptacle dans lequel ~a se faire le montage de l'assemblage 1. Ce réceptacle est cependant incomplet, c'est-à-dire qulil manque à l'enveloppe 3 l'une de ses parois latérales. Par cette ouverture temporaire, on enfile les plaques réfractaires
La présente demande est une division de la demande canadienne No. 350.620 déposée le Z4 avril 1980 et relative à des pièces en matériau réfractaire, perméables aux gaz.
On sait que certaines pratiques industxielles nécessitent la traversée d'une pièce réfractaire par un gaz.
Il en est ainsi, par exemple, dans le domaine de l~élaboration des métaux, en particulier de l'acier, où
l'on a déjà proposé, pour des besoins métallurgiques, d~insuffler des gaz dans un bain de métal en fusion au travers de briques réfractaires perméables incorporées à
la maconnerie du récipient métallurgique, à un niveau inférieur ~ celui de la surface du bain, et plus généralement dans le fond.
Dans ce type d'application, où le métal en ~usion est au contact de la face de soufflage de la pièce perméable, il est bien entendu souhaitable que la perméabilité de celle-ci soit "sélective", c'est-à-dire qu'elle assure la traversée du gaz dans un sens sans occasionner pour autant des infiltrations de métal liquide en sens inverse et ceci, si possible, m8me en l'absence de soufflage gazeux.
A cet ef~et, il est connu de fabriquer des pièces réfrac-taires perméables à partir de matière première ~ granulo-métrie spéciale, moulée et frittée, conférant à la masse obtenue une micro-porosité ouverte statistiquement isotrope (brevets franc,ais no. 1,094,809 et no. 1,162,727).
Par ailleurs', il est non moins souhaitable que cette perméabilité soit également "orientée" car il s'agit de diriger l'écoulement du gaz insufflé de telle manière qu'il entre sous pression dans la piece poreuse par une face et en sorte par la face opposée en contact avec le métal en fusion, les autres faces devant rester complètement ~s~
étanches afin d'empecher une trop ~rande déperdition latérale du gaz qui a naturellement tendance ~ cro~tre avec la hauteur de la pièce. A cette f~n, il a déj~
été proposé d'enfermer de fac,on appropriée cette pièce dans un réceptacle étanche, constitué par exemple par une enveloppe métallique (brevet français no. 1,031,504), ou par une couche de béton réfractaire,rendu étanche par le choîx dlune granulométrie plus fine ~ue celle de la région centrale (brevets français no. 1,183,569-et no. 1,350,751~.
La réalisation,de ce type dléléments ~ structure composité est chose relativement aisée. Toute~ois, leur utilisation pose certains probl~mes tenant notamment au phénom~ene de dilatation différentielle à chaud entre le coeur poreux et le pourtour étanche'et qui conduisent à la formation indésirée entre les deux de passages privilégiés pour le gaz insufflé, avec toutes le~ con-séquences que cela entra~ne, tant sur le plan de la maitrise de l'insufflation que sur celui de la durée de vie des éléments poreuxO
Pour pallier ces difficult~s, il a ~té suggéré
de fabriquer des éléments monolithiques à perméabilité
orientée en passant par une étape intermédiaire au cours de laquelle on forme une pi~ce réfractaire non-poreuse naturellement mais présentant intérieurement, et de fac,on temporaire, un réseau serré de liens orientés dans'la direction du soufflage, dont la destruction ultérieure laisse appara~tre 'à sa place un réseau orienté de fins et multiples canaux, ~brevet français no. 1,271,201). Ces pièces semblent satisfaisantes dans leur utilisation, mais c'est au niveau de leur fabrication que des difficultés apparaissent, car elles nécessitent un appareillage complexe et délica~ dont on n~a pas encore, semble-t-il, défini avec précision les caractéristiques appropriées à une production industrielle.
Enfin, cette perméabilité doit encore être suf-fisamment importante pour ne pas trop limiter les dé~its de gaz compte tenu des disponibilités en pression des installations pneumatiques habl;tuelles dans ce-domaine et qui, pour fixer les idées; se chiffrent d'ordinairement autour d'une dizaine de bars relatifs environ. Or, comme on l'imagine-aisément, plus la perméabilité de la pièce poreuse est grande, moins elle est "sélective" et plus elle est sujette ~ s'user rapidement par érosion au contact du métal liquide. On se trouve donc en présence d'exigences antag~onistes ~ l'égard desquelles les solutions proposées jusqu'ici, à la connaissance des inventeurs, représentent des compromis pas toujours sa-tisfaisants.
A titre indicatif, c'est dans le domaine du traitement métallurgique en poches, (addition, mise à
la nuance, etc...~ qu'ont, semble-t-il, d'abord ~té
appliquées les pièces réfractaires poreuses préc~demment évo~uées. Dans ce cas, les débits nécessaires de gaz de brassage étant relativement modestes (de l'ordre de 5 lls par pièce en~iron) les pièces perméables mises en oeuvre présentent généralement d'assez bonnes caractéristiques de sélectivité et de résistance mécanique, de sorte que leur vitesse d'usure est ~ peu de chose près égale ~ celle du revêtement réfractaire environnant.
~ --~
:~53~l8~
Par contre, dans le cas de récipients à très grandes capacités, comme les fours de fusion ou les convertisseu~s, les débits spécifiques de gaz insufflé
étant beaucoup plus importants (de l'ordre de dix fois plus~, les pi~ces utilisées doivent atre très pexméables.
Corrélativement, leur "sélectivité" est dégradee, ce qui interdit en règle générale le soufflage en marche discontinue~ Dè plus, llusure mécanique est accélérée et devient nettement plus rapide que celle du garnissage r~fractaire, ce qui est d'autant moins acceptable que les fonds sont prévus pour durer un nombre de coulées beaucoup plus important que pour les poches et qu'il n'est guère envisageable actuellement de remplacer une pièce usée au cours d'une campagne.
Le but de la présente invention est de proposer une pièce réfractaire dont la perméabilité au gaz présente simultanément toutes les qualités requises de sélectivité et d'orientation de manière ~ posséder une durée de vie sensiblement égale ~ celle du garnissage réfractaire du récipient destiné ~ la recevoir tout en permettant d'insuffler les débits de gaz voulu.
Un autre but de l'invention est de pouvoir réaliser une pièce du type précit~ conservant les avantages cumulés d'une perméabilité orientée propre aux pièces de structure homogène ~ réseau de fins canaux internes, et de la simplicité de fabrication spécifique aux pièces poreu.ses de structure composite et ceci sans devoir en supporter Les inconvénients respectifs.
A cet effet, l'invention a pour objet une pièce réfractaire perméable aux gaz, constituee essentiellement 38~
d'une masse en matériau réfractaire non-poreux présentant une pluralité de discontinuités locales qui s'étendent sur toute sa hauteur dans la direction du soufflage gazeux.
Suivant le mode de réalisation de l'invention qui est visé par la demande d'origine, ces discontinuités locales sont obtenues par une réalisation de la masse réfrac-taire non-poreuse en un ensemble d'éléments unitaires juxta-posés sans joints matériels d'étanchéité entre eux et entre lesquels peuvent etre interposés des moyens de séparation.
D'autre part, suivant le mode de réalisation visé
par la présente demande divisionnaire, ces discontinuités locales sont obtenues par une réalisation de la masse ré-fractaire non-poreuse en un bloc monolithique traversé par des perforations ou des fentes orientées dans la direction du soufflage gazeux et dans lesquelles sont insérés, sans jeu apparent, des éléments non-destructibles à chaud et de préférence à paroi lisse, par exemp:Le des éléments en acier.
L'invention de la présente demande divisionnaire a donc pour objet une pièce réfractaire perméable aux gaz et destinée à être incorporée au garnissage réfractaire d'un récipient métallurgi~ue contenant un bain de métal en fusion, sous la surface du bain de telle sorte que l'une des faces de la pièce soit en contact avec le métal en fusion, carac-térisée en ce qu'elle est constitué essentiellement d'un bloc monolithique en matériau réfractaire non-poreux compor-tant intérieurement des perforations ou des fentes qui le traversent de façon à définir une pluralité de discontinuités locales qui s'étendent sur toute la longueur de la pièce entre la face en contact avec le métal en fusion et une face oppo-sée et qui constituent des zones de passage gazeux, des ~3~
éléments non-destruct,ibles à chaud étant insérés sans jeu apparent dans les perforations ou fentes. Des moyens d'arrivée de gaz sont en outre prévus pour insuffler un gaz sous pression à travers les zones de passage gazel~, dans une direction vers la face en contact avec le métal en fusion.
Comme on le comprend, l'idée à la base de l'in-vention consiste donc à créer une perméabilité artificielle dans une pièce en matériau réfractaire qui n'est pas natu-rellement perméable, en ménageant dans celle-ci des dis-continuités orientées dans la direction du soufflage gazeux et réalisées grâce à une conception particulière de la pièce, à savoir par un assemblage d'éléments déf,inissant entre eux des zones de jonction étroites par lesquelles passe le gaz.
Cet assemblage peut etre ainsi réalisé de deux manières distinctes: soit par incorporation dans un bloc réfractaire d'éléments longitudinaux dispersés métalliques ou réfractaires, qui traversent le b:Loc de part en part dans la direction du soufflage (c'est-à-dire selon la hauteur de la pièce), soit par une juxtaposition d'éléments réfractaires indépendants et également orientés dans le sens du soufflage. ~ -Dans le premier cas, les zones de passage gazeux sont localisées sur le pourtour des éléments rapportés dans le bloc réfractaire, alors que, dans le second cas, elles sont plus diffuses car elles se répartissent dans les plans de joints, c~est-à dire selon des fentes étroites plus ou moins rectilignes qui vont jusqu'aux extrémités de la pièce et qui, par corséquent, divisent cette dernière en une pluralité d3éléments unitaires.
Cette nouvelle conception de brique réfractaire perméable permet dlaboutir enfin au double objecti~ convoité, à savoir une durabilité de la pièce ésale à celle du garnissage réfractaire du récipient métallurgique dans lequel elle est implantée et une capacité élevée en débit gazeu~, adaptée au volume du bain contenu dans ce récipient. Cette dernière particularité semble notamment due au fait que l'assemblage des éléments constitutifs de la pièce étant réalisé sans se soucier de l'étanchéité des zones de jonction, il peut passer dans ces dernières un plus grand débit de gaz qul~
travers la masse réfractaire, aussi poreuse soit-elle. Ceci étant, on nla pas besoin d~avoir recours aux masses extr8me-ment poreuses connues antérieurement, qui permettent des débris de gaz assez élevés, mais qui s'usent également très rapidement.
Conformément,a la pratique habituelle, llassemblage réfractaire est avantageusement placé dans un réceptacle métallique constitué par une enveloppe latérale ouverte à une extrémité de mani~ère a laisser libre la face supérieure de la masse réfractaire, destinée a etre mise en contact du métal en fusion et laissant, bien entendu, apparaStre à
sa surface les discontinuités locales pour le passa~e du gaz, l~autre extrémité de l~enveloppe métallique obturée par une plaque de fermeture équipée des moyens d'amenée du gaz de soufflage.
On rappelle que le réceptacle métallique a pour fonction notamment d~assurer une étanchéité latérale à
la périphérie de la masse réfractaire. Par ailleurs, gr~ce à sa surface extérieure plus régulière et plus lisse que celle du réfractaire, l'enveloppe métallique permet une application étroite de la pièce sur les parois du trou pratiqué dans le revetement réfractaire qui la reçoit, ou facilite l'extraction de cette pièce en vue de son remplace~.
ment, le cas échéant. On peuk encore signaler le r$1e de cette enveloppe en tant ~u'armature de renfort protégeant la masse réfractaire intérieure contre des chocs éventuels au cours du transport ou de la manutention.
Conformément à l'invention de la demande d'origine, la pièce construite par assemblage d'éléments unitaires juxtaposés peut être réalisée selon plusieurs variantes.
Une première catégorie de variantes prend en compte la forme des elé.ments réfractaires juxtaposés.
A ce..titre, ces derniers peuvent-présenter une forme applatie (plaque, bande, etc...) dont la largeur égale, et, par conséquent définit, celle de la pièce réfrac~
taire. ~ans ce cas, les éléments sont juxtaposés par leurs grandes faces latérales en se succédant parallèlement entre eux selon la longueur de la pièce. On réalise de cette fa~con ~D
un assemblage de type "sandwich" définissant une plur-alité
de plans de joints dont les traces en surface sont de caractère unidirectionnel (réseau de lignes parallèles dans le sens de la largeur).
Les éléments réfractaires peuvent également présenter une forme plus compacte et allon~ée (parallélépipède à base carrée ou faiblement rectangulaire) dont les cates sont de dimensions inférieures à ceux de la pièce. Dans ce cas, les éléments sont juxtaposés parallèlement entre eux par leurs ~uatre faces latérales en se succédant cette fois selon la longueur et aussi selon la largeur de la pièce. On obtient alors un assemblage de type "faisceau" définissant - - .
~S313~
une pluralité de plans de joints entrecroisés uniformément orientés comme auparavant en direction du souf-flage gazeux, mais dont les traces-en surface présentent une configuration bidirectionnelle (réseau de lignes entrecroisée), -Une second catégorie de variantes est basée sur lemode d'assemblage des éléments juxtaposés.
Une possibilité consiste ~ les mettre en contact mutuel par leurs faces latérales. Une autre possibilité
consiste à réaliser-une juxtaposition d'éléments-réfractaires avec interposition entre eux de moyens de séparation-de manière à les maintenir ,à faible distance les uns des autres et pouvoir ainsi augmenter le cas échéant les débits de soufflaye. Ces moyens peuvent se présenter sous de multiples formes. Ce sont par exernple des cales d'écartement calibrées menageant des joints ouverts entre les éléments réfractaires, tels que des fils métalliques ou autres, orientés dans la direction du soufflage ga~eux, ou des inserts en béton réfractaire logés dans des encoches longitudinales ménagées à cet effet en regard l'une de l'autre sur les faces laté-rales des éléments réfractaires juxtaposés. Ces moyens de séparation peuvent également etre constitués par des cloisonsrapportées et insérées sans jeu apparent entre les éléments réfractaires, par exemple des pla~uettes en matériau ré-fractaire poreux, donc perméable, ou de simples feuillards métalliques de forme plane ou ondulée.
On comprerid que la présence de feuillards permet d'augmenter le débit de gaz, car d'une part l'écoulement gazeux dans les plans de joints est facilité contre les parois métalliques lisses et, d'autre part, le nombre de plans de joints entre deux éléments réfractaires juxtaposés et multiplié par deux.
Par ailleurs, si le feuillard est ondulé, on augmente encore la surface de jonction, donc également les possibilités de soufflage.
Des résultats similaires peuvent être obtenus lorsque les éléments réfractaires sont juxtaposés en contact mutuel.
Dans ce cas, en effet, la perméahilité de la pièce peut être augmentée en ménageant des cannelures superfi~
cielles sur les faces latérales des éléments qui, une fois ces derniers assemblés, formeront de ~ins canaux recti-lignes pour le passage du gaz d'insufflation.
Le cas peut se présenter lorsqu'on souhaite faire passer de gros débits de gaz, pouvant atteindre plusieurs --dizaines de litres par seconde, par exemple 40 l/s, comme cela commence à se pratiquer au convertisseur ~ fonte du type à soufflage d'oxygène par le haut, après la période d'affinage proprement dite a~in, par exemple, de surdé-carburer le bain ~étallique. Toute~ois, la perméabilité
obtenue par la simple réunion des éléments est largement suf~isan~e pour les opérations sidérurgiques de brassage en poche où les débits utilisés sont nettement plus faibles, à savoir voisins de 5 1/s environ, donc de l'ordre de dix fois moins que dans le cas prémentionné
du convertisseur.
L'invention de la demande d'origine ainsi que celle de la présente demande divisionnaire seront mieux comprises et d'autres aspects et avantages ressortiront plus clairement au vu de la description qui suit, donnée à titre d'exemple et en référence aux planches de dessins annexées sur lesquelles:
la figure 1 représente une vue en perspective, partiellement arrachée d'une pièce réfractaire perméable conforme à l'invention de la demande d'origine et constituée d'un assemblage type "sandwich" d'éléments réfractaires juxtaposés en con act mutuel par leurs grandes faces laté-rales, la figure 2 est une vue en coupe verticale selon le plan AA de la figure l;
la figure 3 est une vue en coupe sirnilaire à celle de la figure 2, représentant une variante de réalisation;
la figure 4 ~ontre en perspective une plaque réfractaire constitu~ive de la pièce complète illustrée sur les figures 1 et 2, la figure 5 est l'homologue de la figure 4 à
l'égard de la pièce poreuse illustrée sur la figure 3, la figure 6 est une vue en perspective du dessus d'une pièce réfractaire perméable conforme à l'invention de la demande d'origine et constituée d'un assemblage type "faisceau" d'éléments réfracta.ires juxtaposés avec inter-position entre eux de cales d'écartement, la figure 7 est une vue en perspective d'une variante de réalisation de la pièce représentée sur la figure 6, et la figure 8 est une vue en perspective d'une pièce réfractaire perméable conforme à l'invention de la présente demande divisionnaire.
Sur les figures, les mêmes éléments sont désignés par des références identiques ou complétées par des " ' "
lorsqu'11 s'agit d'éléments homologues.
La Figure 1 représente la pièce réfractaire perrnéable dans son intégralité telle qu'elle peut se présenter ~ l'utilisateur avan~ d~atre incorporée a la ma~connerie du récipient métallurgique destiné à la~recevoir, par exemple un convertisseur à soufflage d'oxygène par le haut. Cette pièce est essentiellement constituée par assemblage 1 de plaques réfractaires 2 ayant merne hauteur h et même largeur 1 que la pièce. Les plaques 2 sont jux-taposées et pressées de manière à être en contact mutuel par leurs grandes faces en se succédant les unes aux autres selon la longueur L de la pièce. Dans l~exemple décrit ! le serrage et la cohésion de ltassemblage sont assurés par frettage, au moyen d~u~e e~veloppe métallique 3 con,stituée, de la manîère habituelle, par une tôle en acier d~environ lmm d9épaisseur. Une plaque de fermeture 4 complète l'enveloppe 3 de manière ~ réaliser un réceptacle étanche dans lequel est ajusté llassemblage 1. L'arrivée du gaz d'insufflation sous pression s'e~fectue, dans le sens indiqué par la fleche, par une conduite 5 fixée de façon étanche sur la plaque de fermeture 4 autour d'un orifice 6, lequel dé~ouche dans un canal 7 de répar-tition gazeuse ménagé ~ l'intérieur de l'assemblage 1.
Les plaques 2 constitutives de ce dernier sont en matériau réfractaire de composition et de fabrication classique, par exemple en magnésie cuite sans sélection granulométrique préalable, donc non-poreuse. Cependant, leur juxtaposition sans joint matériel d'étanchéité définit dans la pièce des discontinuités locales parallèles entre elles, référence 8 sur la Figure 1 et apparaissant en surface en un réseau de fentes rectilignes selon la largeur de la pièce. Ces discontinuités 8 constituent des zones ~ .
de passage permettant au gaz sous pression arrivant dans le canal de répartition 7 de traverser l'ensemble réfractaire 1 et de ressortir par llextrémité en contact avec le mé~al liquide. On comprend que la présence de ces régions per-méables bien localisées aux plans de joints, confère à
l'ensem~le réfractaire 1 ainsi constitué une perméabilité
anisotrope, c'est-à-dire orientée dans le sens du soufflage gazeux.
Bien entendu, cette perméabilité est également sélective, car si le caractère perméable des zones de jonction 8 est assez accusé pour assurer le passage du gaz de soufflage sous pression, il n'en est pas moins suffisam-ment atténué pour empêcher des infiltrations de métal liquide. A cet égard, on peut signaler que, dans le cas de l'acier liquide, le seuil de perméabilité limite correspond à une section de micro-passage de l'ordre de 1 mm maximum.
Cor~ne on 1'a déjà dit, il peut être souhaité
d'augmenter artificiellement la per~éabilité de 1'assemblage 1. Ce résultat peut être obtenu, conformément à une variante, en ménageant sur la surface des plaques 2 de fines canne-lures 9 mieux visibles sur la Figure 4. Ces cannelures peuven~ être réalisées par usinage (traits de scie) ou ob-tenues au moment du moulage de la plaque 2 au moyen d'un moule adapté en conséquence. Il en est de même d'ailleu~s de l'évidement 10 qui conduit, une fois les plaques assemblées, à la réalisation du canal de répartition gazeuse 7. Les cannelures 9 peuvent être ménagées sur une seule des grandes faces, comme le montrent les Figures 1 et 4 ou sur les deux grandes gaces. Dans ce cas, on peut prévoir un décalage de leur position de manière à les disposer en quinconce dans cha~ue plan de joints 8~ Elles peuvent être également, si on le souhaite, appariées de Ea,con à définir des petits canaux une fois l'asse~lage réalisé. On signale cependant que, quelle que soit la variante envisagée, il est souhaitable de prévoir des cannelures dont la section de passage glohale soit inférieure à 1 mm2 environ pour éviter tout risque de pénétration de métal liquide. Comme on le voit sur la Figure 4, ces cannelures sont disposées radialement de manière à relier, dans la pièce assem~lée, le canal de répartition 7 à l'extrémité supérieure destinée à etre mise en contact avec le métal liquide.
Dans les variantes de réalisation illustrées sur les Figures 3 et 8, le canal de répartition gazeuse, interne à llassemblage réfractaire, est remplacé par un espace 7' ayant même fonction mais disposé extérieurement et en-dessous de l'ensemble réfractaire 1. L'avantage immédiat de ces modes de réalisation réside dans le ~ait que ]'espace de répartition gazeuse affecte cette fois toute la section de l'ensemble réfractaire 1, ce qui n'était pas le cas de la variante précédente.
On réalise la pièce de la Figure 3 ou de la Figure 8 à partir de celle illustrée sur les Figures 1 et 2 en rem-plaçant la plaque de ~ermeture 4 par une plaque de base 12 ajou-rée par des perforations 14 qui peuvent etre réparties au hasard, mais de préférence localisées au droit des plans de joints désignés en 8 sur la Figure 1. La partie ainsi obtenue, composée de l'assemblage 1 entôlé par l'enveloppe 3 et par la plaque de base 12, est placée dans un chassis inférieur 11 comprenant une plaque de fermeture 4' et une ~3~
virole d'extrémité 13 sur laquelle est posée, puis soudée pour des raisons d1étanchéité, la partie supérieure. De cette manière, on ménage entre la plaque de base 12 et la plaque de fermeture 4' un espace de répartition 7I recevant le gaz de sou~flage par une ouverture 6' ménagée dans la plaque de fermeture et prolongée par une conduite d'amenée 5', et le distribuant dans l'assemblage perméable 1 au travers des perforations 14.
Un exemple de pla~ues ré~ractaires à cannelures adaptées ~ ce type de réalisation est illustré sur la Figure 5. Comme on peut facilement s'en rendre compte, cette plaque, référencée 2', ne diffère de-~son homologue de la Figure 4 que sur deux points essentiels~ videment constitutif du canal de répartition gazeuse interne a disparu et les cannelures superficielles rectilignes 9' relient cette fois directement la base inférieure par laquelle arrive le ga~ à l'extrémité opposée destinée à
être mise en contact avec le métal liquide.
Il n'est pas indispensable que l'enveloppe 3 s'étende sur toute la hauteur des plaques réfractaires.
Toutefois, l'enveloppe n'a pas pour seule fonction le maintien mécanique de l'assemblage 1 mais sert également à canaliser dans la bonne direction les gaz qui auraient tendance a s'échapper latéralement.
Il doit être souligné également que la forme trapézo'ldale de la pièce illustrée sur les figures ne constitue en rien une caractéristique nécessaire de l'invention, mais une disposition relativement habituelle ayant pour rôle d'assurer, sous la pression du gaz de soufflage, le blocage de l'assemblage 1 dans la ma~onnerie du four et lui éviter ainsi tout risque d'~tre propulsé
dans le bain métallique. sien entendu, d'autres moyens assurant un tel blocage peuvent convenir.
En ce qui concerne maintenant le nombre de plaques réfractaires 2 (ou 2i) constitutives d,e l'assemblage 1, ce nombre est laissé au libre choix de l~utilisateur.
Quant à l'épaisseur des plaques ré~ractaires 2, elle se situe avantageusement autour de 3 à 5 cm. Dans ces conditions, si l'on choisit, pour la pièce perméable, un format équi~alent ~ celui d~une brique réfractaire classique (15 x 10 cm ) afin de pouvoir effectuer une simple substitution, le nombre de plaques juxtaposées selon la longueur de la pièce est alors de cinq, comme c'est le cas de la Figure 1.
On va maintenant indiquer brièvement les opérations ~ effectuer pour fabri~uer la pièce réfractaire perméable qui vient d~etre décrite. On dispose au départ du réceptacle dans lequel ~a se faire le montage de l'assemblage 1. Ce réceptacle est cependant incomplet, c'est-à-dire qulil manque à l'enveloppe 3 l'une de ses parois latérales. Par cette ouverture temporaire, on enfile les plaques réfractaires
2 en disposant le plan de leur grande face perpendiculairement à la direction d'introduction. Le réceptacle sert de guide et les plaques réfractaixes 2 disposées sur chant par rapport à la plaque de fermeture 4 se juxtaposent l'une contre l'autre par venue en contact de leurs grandes faces respectives. La pro~ondeur initiale du réceptacle est déterminée de fa,con qu'il soit presque totalement occupé
lorsque le nombre de plaques souhaité est atteint. On rapporte alors par soudure la ~ace manquante sur l'enveloppe
lorsque le nombre de plaques souhaité est atteint. On rapporte alors par soudure la ~ace manquante sur l'enveloppe
3 et, afin d'assurer la cohésion de l'ensemble, on coule entre cette face rapportée et la dernière plaque introduite une fine couche de béton réfractaire~ La pièce ainsi réalisée est alors prête ~ l'emploi.
Bien entendu, ce mode de fabrication n'est nullement limitatif et on exposera par la suite, en référence aux Figures 6 et 7, un procédé de fabrication préféré qui est parfaitement applicable à la réalisation de la pièce qui vient d'8tre décrite.
Par ailleurs, cette pièce n'est pas limitée aux exemples illustrés par les figures.
Il en est ainsi notamment des variantes à cannelures dont le nombre par plaques, la répartition sur les surfaces latérales des éléments, la forme ou le profil, ne sont pas imposés par l'invention. Ainsi, le choix d'une forme rectiligne et d'un profil arrondi, tels que le montrent les ~igures, n'a été guidé que par des considérations tenant à la simplicité de réalisation de ce type de cannelures, par moulage des plaques, ou à la moindre résistance qu'elles offrent au passage du gaz, et qui les rend ~ cet égard plus appropriées que d'autres à l'insuf-flation d'un gaz chargé par exemple de particules solides en suspension.
De m~me, les éléments réfractaires non-poreux, utilisés pour la construction de la pièce réfractaire perméable, ne sont pas nécessairement des plaques mais peuvent présenter d'autres formes ou formats, dans la mesure où il demeure possible de réaliser leur assemblage en les juxtaposant les uns contre les autres par leurs faces latérales, c'est-à-dire de manière à donner aux plans de joints une direction commune, qui est celle de la traversée du gaz~
On peut ainsi utiliser des éléments allongés, - 17 ~
~L~53~
conformés par exemple en parallèlepipèdes à base carrée ou légèrement rectangulaire, dont la réunion dans le réceptacle confère à l'ensemble une perméabilité non plus limitée à une série de pl.ans de joints parallèles, mais étendue à tout un réseau de plans formant un quadrillage plus ou moins dense selon la taille des éléments.
Une telle variante de réalisation qui sera d'ailleurs décrite pl.us en détails par la suite, permet, à l'instar des réalisations ~ cannelures décrites précé-lo demment, d~augmenter le débit de passage du gaz. Il doit être souligné par ailleurs que la présence de canne lures superficielles peut éventuellement conférer à elle seule une perméabilité suffisante ~ la pièce. Il en résulte que les éléments de construction peuvent ~tre des briques goudronnées, alors que des éléments exempts de cannelures ne peuvent impérativement contenir un liant goudronné, afin dléviter leur col:Lage a chaud qui, comme on le comprend, dégraderait la perméabilité de la pièce réfractaire.
Il doit etre rappelé que des moyens, autres que les cannelures, peuvent être mis en oeuvre dans le but dlaugmenter la perméabilité de la pièce. Comme on 1la déj~ dit, ces moyens ont pour fonction essentielle le maintien des éléments réfractaires 2 à faible distance les uns des autres. Ils peuvent par exemple être constitués par des plaquettes en matière réfractaire poreuse cette fois, ou par des tôles fines, de préférence d'épaisseur inférieure au millimètre, planes ou ondulées et interposées sans jeu apparent entre les éléments réfractaires 2. Lorsque la pièce perméable est destinée a un con~ertisseur d'aciérie, 3~
les tôles de séparation de même que l'enveloppe extérieure sont avantageusement revatues d'une couche de protection contre les risques de recarburation par contact avec la fonte.
Ces cloisons séparatrices peuvent 8tre mises en place en même temps que les éléments réfractaires 2 selon un processus de mon~age alterné. Mais il est également possible d'utiliser le cloisonnage comme un moule à
alvéoles dans lesquelles est coulé le matériau refractaire non-poreux, ce qui permet d'éviter, si on le souhaite, de réaliser les discontinuités recherchées dans la masse réfractaire sans avoir ~ assembler des éléments réfractaires préformés.
On va maintenant décrire, en référence aux Figures 6 et 7, une autre catégorie de ~ariantes dans les~uelles les ~él~éments refractaires sont séparés au moyen de cales d'écartement ménageant entre eux des joints ouverts.
Afin d'illustrer la variante précédemment signalée basée sur la forme géométrique des éléments réfractaires on a représenté ici une pi~ce 16 16l réalisée par assemblage dléléments parallélépipédiques 18 de meme hauteur h que la pièce et juxtaposés par leurs faces latérales les uns à la suite des autres selon la longueur L et selon la largeur 1 de la pièce. Il e.st clair cependant que la présence de cales d'écartement entre les éléments n'est pas liée à une forme particulière de ces derniers et peut fort bien ~tre envisagée dans le cas d'éléments réfractaires conformés en plaques s'étendant sur toute la largeur de la pièce. tels que représentés sur la Figure 1. En se reportant aux Figures 6 et 7, on voit donc que la pièce réfractaire perméable 16 (16') est essentiellement constituée par un assemblage 17 dléléments réfractaires non-poreux 18, au nombre de quatre dans les deux exemples considérés, et réunis entre eux de façon non jointive par interposition de cales d~écartement 19 (19l). La cohésion cle l'assemblage est assuré co~ne précédemment par frettage compressif au moyen de llenveloppe métallique latérale 3~ La plaque de fermeture 4 complète llenveloppe de la manière habituelle, afin de réaliser un réceptacle étanche dans lequel l'assemblage n'apparait que par sa fa~e supérieure libre destinée à ~tre mise au contact du métal en fusion contenu dans le récipient métallurgique.
L'arrivée du gaz d'insufflati.on sous pression s'effectue, dans le sens indiqué par la flèche, par la conduite d'amenée 5 montée de fa~on étanche sur la plaque de fermeture 4 et reliée ~ une source d'alimentatio:n non représentée.
Les ~léments 18 constitutif~q de l'assemblage sont avantageusement en matériau réfractaire de composition et de fabrication classiques, par exemple en magnésie cuite ~ haute température pour bien résister à l'usure, chimique et mécani~ue par contact avec le laitier, mais sans sélection granulométrique préalable, donc non-poreuse naturellement. Cependant, leur réunion non-jointive au moyen des cales d'écartement 19 19' définit entre eux des espaces étroit$ 20, constituant des zones de passage obligatoire pour le gaz sous pression arrivant ~ la hase de la pièce par la conduite 5 et traversant l'ensemble réfractaire 17 pour ressortir par l'extrémité supérieure libre en contact avec le métal en fusion~ On comprend -~5~8~
que la présence de ces espaces de soufflage 20 localisés aux plans de joints de l'assemblage confère à celui-ci une permeabilité "dirigée" dans le sens du soufflage gazeux.
Bien entendu, ce résultat est atteint si sont respectées des conditions relatives respectivement aux cales d'écartement 19 (19') et à l'étanchéité au droit de l'enveloppe latérale 3.
En ce qui concerne ce dernier point, il est prévu d'interposer entre la face intérieure de l'en veloppe et la paroi des éléments réfractaires 18, une couche 21 d'un produit de jointoiement, de type habituel dans le domain~ considéré et dont la mise en place sera décrite plus en détail par la suite.
En ce qui concerne les cales dlécartement 19 (19t), il importe qu'elles soient conçues de façon à ménager des espaces de soufflage 20 étroits, clest-à-dire dont l'épaisseur est préférentiellement comprise entre 0,1 et 0,5 mm. En effet, la permeabilité de la pièce 16(15') ne dépend que de l'épaisseur des espaces 20. Elle peut donc, du moins 20 en principe, ~tre augmentée ou réduite à volonté en modifiant simplement le gabarit des cales d'écartement. Toutefois, la pe~néabilité variant en sens inverse de la "sélectivitél', le risque d'infiltration de métal en fusion augmente avec l'épaisseur des cales. A cet égard, il est donc préférable que l'épaisseur des cales soit la plus faible possible.
La limite inférieure demeure cependant conditionnée par le débit unitaire de gaz à faire passer au travers de la pièce réfractaire, compte tenu de la pression pneumatique dont on peut disposer en amont de la pièce. D'un autre côté, si l'on augmente trop l'épaisseur des cales, la ~l53~3~36 pression pneumatique, qui doit être maintenue pour éviter les infiltrations de métal en fwsion, engendre alors un débit de gaz important, souvent en pure perte, d'autant que ce débit doit alors etre entretenu en permanence même en dehors des phasas d'élaboration du métal nécessitant une insufflation de gaz.
Compte tenu de ces indications, l'épaisseur des cales d'écartement est de préférence voisine de 0,3 mm et, de toute façon, comprise entre 0,1 mm et 0,5 Inm environ.
Ces caractéristiques sont valables surtout pour l'application de la pièce réfractaire à un récipient métallurgique tel qu'un con~ertisseur d'af-finage de la fonte. Elles peuvent bien entendu être modi-fiées pour d'autres applications, mais l'ordre de grandeur demeure sensiblement le même si les débits spécifiques de gaz dépassent une dizaine de litres par seconde environ.
Ces conditions étant respectées, les cales d'écartement peuvent présenter de multiples formes de réalisation différentes dans la mesure où elles n'obstruent pas la section de passage des espaces 10 de fa~on suffi-samment importante pour ~mpecher le débit de gaz de brassage que llon souhaite y faire passer.
A cet égard, les ~ales d'écartement peuvent être constituées par exemple par des irrégularités de surface des éléments 18 volontairement prononcées, telles que des picots ou des protubérances en forme de pastilles, obtenues par moulage lors de la fabrication même de ces éléments.
Une autre forme de réalisation consiste à rapporter les cales d'écartement entre les éléments au moment de l'opération d'assemblage.
8~3~
Dans ce cas, les cales se présentent avantageuse-rnent sous 17aspect de corps allongés, orientés longitudinale-ment dans les espaces 20, c'est-~dire dans la direction de traversée du gaz de brassage afin de n'en pas gener le passage. Les Figures 6 et 7 illustrent respectivement deux exemples différents de réalisation de cales d'écartement de ce type.
Dans llexemple de la Figure 6, les cales d'é-cartement 19 sont de simples fils métalliques du commerce, en acier de préférence, et calibrés à la dimension voulue.
Ils sont au nombre de quatre, soit un par élément réfrac-taire, et tous orientés longitudinalement de manière à
réduire le plus possible leur maitre-cc,uple dans l'écoulernent gazeux. Leur position peut être quelconque, toutefois il est préférable de les localiser aux extrémités des plans de joint afin de minimiser, comme on le comprend, les jeux fonctionnels des éléments au moment de leur réunion.
Dans 17exemple de la Figure 7, les cales d~é-cartement 19' sont constituées par des inserts en béton réfractaire logés dans des encoches 22 pré w es aux ex-trémités des plans de joints et obtenues lors de l'assemblage des éléments 18 qui représentent à cet effet un dégagement le long de leur arête.
Les inserts peuvent être coulés sur place après réunion non-jointive des éléments 18 grace aux entretoises 23 disposées au voisinage immédiat des encoches et ayant le double rôle de ménager les espaces de soufflage 20 et de constituer un organe d'étanchéité permettant la coulée des inserts sans risque d'infiltration de béton liquide dans les espaces 20.
Les entretoises 23 sont avantageusement de même forme et de même calibre que les fils métall.iques 19 (Figure 63. Cependant, contrairement à ces derniers, leur fonction de cale d'écartement n'étant que temporaire, puisqu'elles servent de relais au~ inserts 19l, elles peuvent être constituées de fils en matériau destructible a chaud, par exemple des pol~amides tels que celui vendu sous la marque de commerce "NYLON" que l'on peut indifféremment éliminer en dernière phase de fabrication de la pièce, ou laisser se détruire à chaud lors de la mise en service au convertisseur. I1 doit être souligné ~ue les variantes de réalisation, décrites en référence aux figures, se carac-térisent notamment par le fait que les cales d'écartement 19 ou 19' sont des corps rapportés dans l~ensemble de la pièce et non pas comme indiqué précédemment, des parties intégrantes des éléments réfractaires 18. On évite ainsi le recours à des éléments réfractai.res préformés et conçus spécialement en vue de la fabrication de la pièce réfractaire perméable, ce qui nlest évidemment pas sans influence sur le coût de revient de celle-ci. Au contraire, la mise en place de cales d'écartement rapportées permet d'utiliser des éléments réfractaires tout à fait banalisés, voire "standard" dans le commerce.
~ cet égard, un avantage substantiel réside dans le fait que la pièce 16 (16l) peut être aisémen-t produite en prenant comme matière première une simple brique réfractaire du commerce que l'on transforme selon le processus qui va etre exposé. Une briq~e du co~erce, en Matériau réfractaire non-poreux, tel que de la magnésie cuite, est d~coupée ~ la scie dans le ~ 24 _ 8~i sens lon~itudinal. Les éléments obtenus sont alors réunis de façon non-jointive en disposant entre eux les cales d'écartement calibrées 19 (Figure 6) ou le cas échéant, les entretoises temporaires 23 (Figure 7). Dans ce dernier cas les arêtes des éléments situés au voisinage des entretoises sont soumises préalablement à un enlèvement de matière, par exemple par fraisage, de manière ~ pouvoir former les encoches 22 dans lesquelles on coule un insert 19' en béton par tout moyen approprié.
Dans tous les cas, la cohésion de l'assernblage est aloxs assurée par frettage au moyen de l'enveloppe métallique latérale 3 avec interposition d'une couche de produit de jointoiement 21 qui assure l'étanchéité au gaz au droit de l'enveloppe. L'ensemble est complété
par la plaque de fermeture 4 rapportée par soudure sur le boxd inférieur de l'enveloppe.
Les performances que l'on peut attendre de la pièce ainsi réalisée en tant qu'organe de soufflage sont conditionnées, notamment par la qualité de l'étanchéité
au gaz ~ l'interface enveloppe-éléments réfractaires.
Cette étanchéité est directement liée ~ la nature du produit de jointoiement 21 et/ou à la façon dont il est mis en place. A cet égard, le produit de jointoiement est avantageusement un béton réfractaire ~onfl~nt que l'on coule ~ llétat liquide dans l'intervalle prévu initialement entre l'enveloppe métallique et les éléments réfxactaires.
Le gonflement. au cours du séchage ultérieur provoque alors par réaction de l'enveloppe et des éléments une compression du produit de jointoiement assurant l'étanchéité recherchée.
Toutefois cette variante de réalisation nécessite une connaissance et donc une maitrise, toujours délicates, des contraintes mécaniques qui 9e développent dans la pièce et qui peuvent en particulier aboutir ~ des déformations de l'enveloppe par gonflement qui rendent plu5 difficile, voire aléatoire, liincorporation de la pièce dans la macon nerie du récipient métallurgique destiné à la recevoir.
Une variante préférée, et qui correspond à la meilleure forme de réalisation qui savent faire les inventeurs à l'heure actuelle, consiste ~ opérer de la façon suivante: l'enveloppe métallique 3 est consituée de deux demi-coquilles 24 et 25 égales e~ de profil en V.
On commence par introduire l'assemblage 13 dans l'une quelconque des demi-coquilles, par exemple la demi-coquille 24 après avoir badigeonné sa surface intérieure par un produit de jointoiement qui adhère naturellement ~ la paroi métallique. On effectue ensuite un badigeonnage identique sur la face intérieure de la demi-coquille 25 que l'on dispose alors autour de la moitié de l'assemklage dépassant de la demi-coquille 24. Les demi-coquilles sont dimensionnées de manière que, à ce stade de l'opération, leurs bords respectifs soient en regard deux-~-deux.
On comprime alors l'ensemble en exercant une poussée sur la base de chaque demi-coquille à l'aide de tout moyen approprié, par exemple un étau, et on termine l'opération en solidarisant les deux demi-coquilles par leurs bords au moyen de cordons de soudure 26 en rnilieu de face de l'enveloppe métallique 3 ainsi reconstituée.
Une autre variante avantageuse consiste à scier la brique réfractaire de départ selon une découpe en croix, de manière à obtenir, comme le montrent les figures, des ~3t31~
espaces de soufflage 20 entrecroisés. On choisit pour ce faire une lame de scie dont l'épaisseur tient compte de l'épaisseur de l'enveloppe latérale 3, de façon à réaliser une pièce perméable qui conserve le même gabarit que celui de la brique initiale, ce qui permet en particulier de pouvoir incorporer sans difficulté la pièce perméable dans l'architecture d'ensemble du revatement réfractaire.
Conformément à une autre caractéristiqué
non-indispensable mais utile lors~ue la ~rique ré-fractaire initiale est imprégnée de goudron, par exempleune brique en magnésie cuite imprégnée de goudron on soumet les éléments 18 à un chau~fage tempéré après découpe et avant assemblage, afin d'éliminer les éléments volatils inévitablement présents et qui risqueraient, par la suite, de couler et donc de colmater les espaces de soufflage.
L'opération de chauffage tempéré peut durer quelques heures et permettre ainsi de passer d7une teneur en carbone total de 8~/o à 2% environ en poids.
Il va de soi que l'invention ne saurait se limi-ter aux exemples décrits, mais peut présenter de nombreuses autres variantes de réalisation. Il en est ainsi notamment des cales dlécartement 19 entre les éléments et qui peuvent ~tre de nature fort variée, par exemple de la corde ~ piano, etc... dans la nesure où leur calibre et leur orientation respectent les indications précédemment fournies. En outre, leur nombre n'est pas nécessairement limité à la proportion de un par élément réfractaire.
De même, le nombre d'éléments réfractaires 18 constitutifs de l'assemblage, n'est pas obligatoirement égal à quatre, mais peut être inférieur ou supérieur à ce ~3~3~6 nombreO De meme encore, les encoches, ménagées en regard l'une de l'autre sur les éléments réfractaires et défi-nissant un logement pour les inserts en béton, ne sont pas obligatoirement placées aux extrémités des plans de joints, mais peuvent etre prévues à des endroits quelconques à
l'intérieur même des espaces de soufflage.
En outre, la pièce réfractaire perméable peut etre constituée comme le montre la Figure 8, d'une masse réfractaire non-poreuse 27, formée non plus d'éléments unitaires juxtaposés, mais d'un seul bloc comportant inté-rieurement des perforations 14 ou des fentes qui le tra-versent dans la direction du sou~flage gazeux et dans lesquelles sont insérés sans jeu apparent des éléments 28 non-destructibles à chaud et présentant de préférence une paroi lisse, par exemple des éléments en acier.
Enfin, si la pièce selon l'invention a ~té spé-cialement con,cue à l'origine en tant qu'élément du garnissage réfractaire d'un récipient métallurgique, tel qu'un convertisseur d'affinage de la fonte en acier, dans lequel est recherché un brassage pneumatique du bain de métal en fusion, elle n'en est pas moins d'application générale à toute pratique industrielle nécessitant la traversée d'une pièce réfractaire par un fluide à l'état gazeux.
Bien entendu, ce mode de fabrication n'est nullement limitatif et on exposera par la suite, en référence aux Figures 6 et 7, un procédé de fabrication préféré qui est parfaitement applicable à la réalisation de la pièce qui vient d'8tre décrite.
Par ailleurs, cette pièce n'est pas limitée aux exemples illustrés par les figures.
Il en est ainsi notamment des variantes à cannelures dont le nombre par plaques, la répartition sur les surfaces latérales des éléments, la forme ou le profil, ne sont pas imposés par l'invention. Ainsi, le choix d'une forme rectiligne et d'un profil arrondi, tels que le montrent les ~igures, n'a été guidé que par des considérations tenant à la simplicité de réalisation de ce type de cannelures, par moulage des plaques, ou à la moindre résistance qu'elles offrent au passage du gaz, et qui les rend ~ cet égard plus appropriées que d'autres à l'insuf-flation d'un gaz chargé par exemple de particules solides en suspension.
De m~me, les éléments réfractaires non-poreux, utilisés pour la construction de la pièce réfractaire perméable, ne sont pas nécessairement des plaques mais peuvent présenter d'autres formes ou formats, dans la mesure où il demeure possible de réaliser leur assemblage en les juxtaposant les uns contre les autres par leurs faces latérales, c'est-à-dire de manière à donner aux plans de joints une direction commune, qui est celle de la traversée du gaz~
On peut ainsi utiliser des éléments allongés, - 17 ~
~L~53~
conformés par exemple en parallèlepipèdes à base carrée ou légèrement rectangulaire, dont la réunion dans le réceptacle confère à l'ensemble une perméabilité non plus limitée à une série de pl.ans de joints parallèles, mais étendue à tout un réseau de plans formant un quadrillage plus ou moins dense selon la taille des éléments.
Une telle variante de réalisation qui sera d'ailleurs décrite pl.us en détails par la suite, permet, à l'instar des réalisations ~ cannelures décrites précé-lo demment, d~augmenter le débit de passage du gaz. Il doit être souligné par ailleurs que la présence de canne lures superficielles peut éventuellement conférer à elle seule une perméabilité suffisante ~ la pièce. Il en résulte que les éléments de construction peuvent ~tre des briques goudronnées, alors que des éléments exempts de cannelures ne peuvent impérativement contenir un liant goudronné, afin dléviter leur col:Lage a chaud qui, comme on le comprend, dégraderait la perméabilité de la pièce réfractaire.
Il doit etre rappelé que des moyens, autres que les cannelures, peuvent être mis en oeuvre dans le but dlaugmenter la perméabilité de la pièce. Comme on 1la déj~ dit, ces moyens ont pour fonction essentielle le maintien des éléments réfractaires 2 à faible distance les uns des autres. Ils peuvent par exemple être constitués par des plaquettes en matière réfractaire poreuse cette fois, ou par des tôles fines, de préférence d'épaisseur inférieure au millimètre, planes ou ondulées et interposées sans jeu apparent entre les éléments réfractaires 2. Lorsque la pièce perméable est destinée a un con~ertisseur d'aciérie, 3~
les tôles de séparation de même que l'enveloppe extérieure sont avantageusement revatues d'une couche de protection contre les risques de recarburation par contact avec la fonte.
Ces cloisons séparatrices peuvent 8tre mises en place en même temps que les éléments réfractaires 2 selon un processus de mon~age alterné. Mais il est également possible d'utiliser le cloisonnage comme un moule à
alvéoles dans lesquelles est coulé le matériau refractaire non-poreux, ce qui permet d'éviter, si on le souhaite, de réaliser les discontinuités recherchées dans la masse réfractaire sans avoir ~ assembler des éléments réfractaires préformés.
On va maintenant décrire, en référence aux Figures 6 et 7, une autre catégorie de ~ariantes dans les~uelles les ~él~éments refractaires sont séparés au moyen de cales d'écartement ménageant entre eux des joints ouverts.
Afin d'illustrer la variante précédemment signalée basée sur la forme géométrique des éléments réfractaires on a représenté ici une pi~ce 16 16l réalisée par assemblage dléléments parallélépipédiques 18 de meme hauteur h que la pièce et juxtaposés par leurs faces latérales les uns à la suite des autres selon la longueur L et selon la largeur 1 de la pièce. Il e.st clair cependant que la présence de cales d'écartement entre les éléments n'est pas liée à une forme particulière de ces derniers et peut fort bien ~tre envisagée dans le cas d'éléments réfractaires conformés en plaques s'étendant sur toute la largeur de la pièce. tels que représentés sur la Figure 1. En se reportant aux Figures 6 et 7, on voit donc que la pièce réfractaire perméable 16 (16') est essentiellement constituée par un assemblage 17 dléléments réfractaires non-poreux 18, au nombre de quatre dans les deux exemples considérés, et réunis entre eux de façon non jointive par interposition de cales d~écartement 19 (19l). La cohésion cle l'assemblage est assuré co~ne précédemment par frettage compressif au moyen de llenveloppe métallique latérale 3~ La plaque de fermeture 4 complète llenveloppe de la manière habituelle, afin de réaliser un réceptacle étanche dans lequel l'assemblage n'apparait que par sa fa~e supérieure libre destinée à ~tre mise au contact du métal en fusion contenu dans le récipient métallurgique.
L'arrivée du gaz d'insufflati.on sous pression s'effectue, dans le sens indiqué par la flèche, par la conduite d'amenée 5 montée de fa~on étanche sur la plaque de fermeture 4 et reliée ~ une source d'alimentatio:n non représentée.
Les ~léments 18 constitutif~q de l'assemblage sont avantageusement en matériau réfractaire de composition et de fabrication classiques, par exemple en magnésie cuite ~ haute température pour bien résister à l'usure, chimique et mécani~ue par contact avec le laitier, mais sans sélection granulométrique préalable, donc non-poreuse naturellement. Cependant, leur réunion non-jointive au moyen des cales d'écartement 19 19' définit entre eux des espaces étroit$ 20, constituant des zones de passage obligatoire pour le gaz sous pression arrivant ~ la hase de la pièce par la conduite 5 et traversant l'ensemble réfractaire 17 pour ressortir par l'extrémité supérieure libre en contact avec le métal en fusion~ On comprend -~5~8~
que la présence de ces espaces de soufflage 20 localisés aux plans de joints de l'assemblage confère à celui-ci une permeabilité "dirigée" dans le sens du soufflage gazeux.
Bien entendu, ce résultat est atteint si sont respectées des conditions relatives respectivement aux cales d'écartement 19 (19') et à l'étanchéité au droit de l'enveloppe latérale 3.
En ce qui concerne ce dernier point, il est prévu d'interposer entre la face intérieure de l'en veloppe et la paroi des éléments réfractaires 18, une couche 21 d'un produit de jointoiement, de type habituel dans le domain~ considéré et dont la mise en place sera décrite plus en détail par la suite.
En ce qui concerne les cales dlécartement 19 (19t), il importe qu'elles soient conçues de façon à ménager des espaces de soufflage 20 étroits, clest-à-dire dont l'épaisseur est préférentiellement comprise entre 0,1 et 0,5 mm. En effet, la permeabilité de la pièce 16(15') ne dépend que de l'épaisseur des espaces 20. Elle peut donc, du moins 20 en principe, ~tre augmentée ou réduite à volonté en modifiant simplement le gabarit des cales d'écartement. Toutefois, la pe~néabilité variant en sens inverse de la "sélectivitél', le risque d'infiltration de métal en fusion augmente avec l'épaisseur des cales. A cet égard, il est donc préférable que l'épaisseur des cales soit la plus faible possible.
La limite inférieure demeure cependant conditionnée par le débit unitaire de gaz à faire passer au travers de la pièce réfractaire, compte tenu de la pression pneumatique dont on peut disposer en amont de la pièce. D'un autre côté, si l'on augmente trop l'épaisseur des cales, la ~l53~3~36 pression pneumatique, qui doit être maintenue pour éviter les infiltrations de métal en fwsion, engendre alors un débit de gaz important, souvent en pure perte, d'autant que ce débit doit alors etre entretenu en permanence même en dehors des phasas d'élaboration du métal nécessitant une insufflation de gaz.
Compte tenu de ces indications, l'épaisseur des cales d'écartement est de préférence voisine de 0,3 mm et, de toute façon, comprise entre 0,1 mm et 0,5 Inm environ.
Ces caractéristiques sont valables surtout pour l'application de la pièce réfractaire à un récipient métallurgique tel qu'un con~ertisseur d'af-finage de la fonte. Elles peuvent bien entendu être modi-fiées pour d'autres applications, mais l'ordre de grandeur demeure sensiblement le même si les débits spécifiques de gaz dépassent une dizaine de litres par seconde environ.
Ces conditions étant respectées, les cales d'écartement peuvent présenter de multiples formes de réalisation différentes dans la mesure où elles n'obstruent pas la section de passage des espaces 10 de fa~on suffi-samment importante pour ~mpecher le débit de gaz de brassage que llon souhaite y faire passer.
A cet égard, les ~ales d'écartement peuvent être constituées par exemple par des irrégularités de surface des éléments 18 volontairement prononcées, telles que des picots ou des protubérances en forme de pastilles, obtenues par moulage lors de la fabrication même de ces éléments.
Une autre forme de réalisation consiste à rapporter les cales d'écartement entre les éléments au moment de l'opération d'assemblage.
8~3~
Dans ce cas, les cales se présentent avantageuse-rnent sous 17aspect de corps allongés, orientés longitudinale-ment dans les espaces 20, c'est-~dire dans la direction de traversée du gaz de brassage afin de n'en pas gener le passage. Les Figures 6 et 7 illustrent respectivement deux exemples différents de réalisation de cales d'écartement de ce type.
Dans llexemple de la Figure 6, les cales d'é-cartement 19 sont de simples fils métalliques du commerce, en acier de préférence, et calibrés à la dimension voulue.
Ils sont au nombre de quatre, soit un par élément réfrac-taire, et tous orientés longitudinalement de manière à
réduire le plus possible leur maitre-cc,uple dans l'écoulernent gazeux. Leur position peut être quelconque, toutefois il est préférable de les localiser aux extrémités des plans de joint afin de minimiser, comme on le comprend, les jeux fonctionnels des éléments au moment de leur réunion.
Dans 17exemple de la Figure 7, les cales d~é-cartement 19' sont constituées par des inserts en béton réfractaire logés dans des encoches 22 pré w es aux ex-trémités des plans de joints et obtenues lors de l'assemblage des éléments 18 qui représentent à cet effet un dégagement le long de leur arête.
Les inserts peuvent être coulés sur place après réunion non-jointive des éléments 18 grace aux entretoises 23 disposées au voisinage immédiat des encoches et ayant le double rôle de ménager les espaces de soufflage 20 et de constituer un organe d'étanchéité permettant la coulée des inserts sans risque d'infiltration de béton liquide dans les espaces 20.
Les entretoises 23 sont avantageusement de même forme et de même calibre que les fils métall.iques 19 (Figure 63. Cependant, contrairement à ces derniers, leur fonction de cale d'écartement n'étant que temporaire, puisqu'elles servent de relais au~ inserts 19l, elles peuvent être constituées de fils en matériau destructible a chaud, par exemple des pol~amides tels que celui vendu sous la marque de commerce "NYLON" que l'on peut indifféremment éliminer en dernière phase de fabrication de la pièce, ou laisser se détruire à chaud lors de la mise en service au convertisseur. I1 doit être souligné ~ue les variantes de réalisation, décrites en référence aux figures, se carac-térisent notamment par le fait que les cales d'écartement 19 ou 19' sont des corps rapportés dans l~ensemble de la pièce et non pas comme indiqué précédemment, des parties intégrantes des éléments réfractaires 18. On évite ainsi le recours à des éléments réfractai.res préformés et conçus spécialement en vue de la fabrication de la pièce réfractaire perméable, ce qui nlest évidemment pas sans influence sur le coût de revient de celle-ci. Au contraire, la mise en place de cales d'écartement rapportées permet d'utiliser des éléments réfractaires tout à fait banalisés, voire "standard" dans le commerce.
~ cet égard, un avantage substantiel réside dans le fait que la pièce 16 (16l) peut être aisémen-t produite en prenant comme matière première une simple brique réfractaire du commerce que l'on transforme selon le processus qui va etre exposé. Une briq~e du co~erce, en Matériau réfractaire non-poreux, tel que de la magnésie cuite, est d~coupée ~ la scie dans le ~ 24 _ 8~i sens lon~itudinal. Les éléments obtenus sont alors réunis de façon non-jointive en disposant entre eux les cales d'écartement calibrées 19 (Figure 6) ou le cas échéant, les entretoises temporaires 23 (Figure 7). Dans ce dernier cas les arêtes des éléments situés au voisinage des entretoises sont soumises préalablement à un enlèvement de matière, par exemple par fraisage, de manière ~ pouvoir former les encoches 22 dans lesquelles on coule un insert 19' en béton par tout moyen approprié.
Dans tous les cas, la cohésion de l'assernblage est aloxs assurée par frettage au moyen de l'enveloppe métallique latérale 3 avec interposition d'une couche de produit de jointoiement 21 qui assure l'étanchéité au gaz au droit de l'enveloppe. L'ensemble est complété
par la plaque de fermeture 4 rapportée par soudure sur le boxd inférieur de l'enveloppe.
Les performances que l'on peut attendre de la pièce ainsi réalisée en tant qu'organe de soufflage sont conditionnées, notamment par la qualité de l'étanchéité
au gaz ~ l'interface enveloppe-éléments réfractaires.
Cette étanchéité est directement liée ~ la nature du produit de jointoiement 21 et/ou à la façon dont il est mis en place. A cet égard, le produit de jointoiement est avantageusement un béton réfractaire ~onfl~nt que l'on coule ~ llétat liquide dans l'intervalle prévu initialement entre l'enveloppe métallique et les éléments réfxactaires.
Le gonflement. au cours du séchage ultérieur provoque alors par réaction de l'enveloppe et des éléments une compression du produit de jointoiement assurant l'étanchéité recherchée.
Toutefois cette variante de réalisation nécessite une connaissance et donc une maitrise, toujours délicates, des contraintes mécaniques qui 9e développent dans la pièce et qui peuvent en particulier aboutir ~ des déformations de l'enveloppe par gonflement qui rendent plu5 difficile, voire aléatoire, liincorporation de la pièce dans la macon nerie du récipient métallurgique destiné à la recevoir.
Une variante préférée, et qui correspond à la meilleure forme de réalisation qui savent faire les inventeurs à l'heure actuelle, consiste ~ opérer de la façon suivante: l'enveloppe métallique 3 est consituée de deux demi-coquilles 24 et 25 égales e~ de profil en V.
On commence par introduire l'assemblage 13 dans l'une quelconque des demi-coquilles, par exemple la demi-coquille 24 après avoir badigeonné sa surface intérieure par un produit de jointoiement qui adhère naturellement ~ la paroi métallique. On effectue ensuite un badigeonnage identique sur la face intérieure de la demi-coquille 25 que l'on dispose alors autour de la moitié de l'assemklage dépassant de la demi-coquille 24. Les demi-coquilles sont dimensionnées de manière que, à ce stade de l'opération, leurs bords respectifs soient en regard deux-~-deux.
On comprime alors l'ensemble en exercant une poussée sur la base de chaque demi-coquille à l'aide de tout moyen approprié, par exemple un étau, et on termine l'opération en solidarisant les deux demi-coquilles par leurs bords au moyen de cordons de soudure 26 en rnilieu de face de l'enveloppe métallique 3 ainsi reconstituée.
Une autre variante avantageuse consiste à scier la brique réfractaire de départ selon une découpe en croix, de manière à obtenir, comme le montrent les figures, des ~3t31~
espaces de soufflage 20 entrecroisés. On choisit pour ce faire une lame de scie dont l'épaisseur tient compte de l'épaisseur de l'enveloppe latérale 3, de façon à réaliser une pièce perméable qui conserve le même gabarit que celui de la brique initiale, ce qui permet en particulier de pouvoir incorporer sans difficulté la pièce perméable dans l'architecture d'ensemble du revatement réfractaire.
Conformément à une autre caractéristiqué
non-indispensable mais utile lors~ue la ~rique ré-fractaire initiale est imprégnée de goudron, par exempleune brique en magnésie cuite imprégnée de goudron on soumet les éléments 18 à un chau~fage tempéré après découpe et avant assemblage, afin d'éliminer les éléments volatils inévitablement présents et qui risqueraient, par la suite, de couler et donc de colmater les espaces de soufflage.
L'opération de chauffage tempéré peut durer quelques heures et permettre ainsi de passer d7une teneur en carbone total de 8~/o à 2% environ en poids.
Il va de soi que l'invention ne saurait se limi-ter aux exemples décrits, mais peut présenter de nombreuses autres variantes de réalisation. Il en est ainsi notamment des cales dlécartement 19 entre les éléments et qui peuvent ~tre de nature fort variée, par exemple de la corde ~ piano, etc... dans la nesure où leur calibre et leur orientation respectent les indications précédemment fournies. En outre, leur nombre n'est pas nécessairement limité à la proportion de un par élément réfractaire.
De même, le nombre d'éléments réfractaires 18 constitutifs de l'assemblage, n'est pas obligatoirement égal à quatre, mais peut être inférieur ou supérieur à ce ~3~3~6 nombreO De meme encore, les encoches, ménagées en regard l'une de l'autre sur les éléments réfractaires et défi-nissant un logement pour les inserts en béton, ne sont pas obligatoirement placées aux extrémités des plans de joints, mais peuvent etre prévues à des endroits quelconques à
l'intérieur même des espaces de soufflage.
En outre, la pièce réfractaire perméable peut etre constituée comme le montre la Figure 8, d'une masse réfractaire non-poreuse 27, formée non plus d'éléments unitaires juxtaposés, mais d'un seul bloc comportant inté-rieurement des perforations 14 ou des fentes qui le tra-versent dans la direction du sou~flage gazeux et dans lesquelles sont insérés sans jeu apparent des éléments 28 non-destructibles à chaud et présentant de préférence une paroi lisse, par exemple des éléments en acier.
Enfin, si la pièce selon l'invention a ~té spé-cialement con,cue à l'origine en tant qu'élément du garnissage réfractaire d'un récipient métallurgique, tel qu'un convertisseur d'affinage de la fonte en acier, dans lequel est recherché un brassage pneumatique du bain de métal en fusion, elle n'en est pas moins d'application générale à toute pratique industrielle nécessitant la traversée d'une pièce réfractaire par un fluide à l'état gazeux.
Claims (7)
1. - Une pièce réfractaire perméable aux gaz et destinée à être incorporée au garnissage réfractaire d'un récipient métallurgique contenant un bain de métal en fusion, sous la surface du bain de telle sorte que l'une des faces de la pièce soit en contact avec le métal en fusion, carac-térisée en ce qu'elle est constituée essentiellement d'un bloc monolithique en matériau réfractaire non-poreux compor-tant intérieurement des perforations ou des fentes qui le traversent de façon à définir une pluralité de discontinuités locales qui s'étendent sur toute la longueur de la pièce entre la face en contact avec le métal en fusion et une face oppo-sée et qui constituent des zones de passage gazeux, des éléments non destructibles à chaud étant insérés sans jeu apparent dans lesdites perforations ou fentes, des moyens d'arrivée de gaz étant prévus pour insuffler un gaz sous pression à travers lesdites zones de passage gazeux, dans une direction vers la face en contact avec le métal en fusion.
2. Pièce selon la revendication 1, caracté-risée en ce qu'elle est placée dans un réceptacle métallique étanche, constitué par une enveloppe latérale ouverte à une extrémité de manière à laisser apparaître en surface lesdites discontinuités locales et obturée à l'autre extrémité par une plaque de fermeture équipée desdits moyens d'arrivée du gaz de soufflage.
3. - Pièce selon la revendication 2, caracté-risée en ce qu'elle présente au voisinage de la plaque de fermeture une chambre de répartition gazeuse, ménagée inté-rieurement ou extérieurement au bloc réfractaire et communi-quant avec lesdites discontinuités locales.
4. - Pièce selon les revendications 2 ou 3, caractérisée en ce que l'enveloppe est constituée de deux demi-coquilles conformées en U et solidarisées par leurs bords.
5. - Pièce selon les revendications 2 ou 3, caractérisée en ce qu'elle présente une couche périphérique de béton réfractaire non-poreux interposée entre le bloc réfractaire et l'enveloppe métallique latérale.
6. - Pièce selon la revendication 1, caracté-risée en ce que les éléments non-destructibles à chaud pré-sentent une paroi lisse.
7. - Pièce selon les revendications 1 ou 6, caractérisée en ce que les éléments non-destructibles à chaud sont en acier.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CA000411794A CA1153886A (fr) | 1979-04-25 | 1982-09-20 | Piece refractaire permeable au gaz |
Applications Claiming Priority (9)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| FR79/10.445 | 1979-04-25 | ||
| FR7910445A FR2455008A1 (fr) | 1979-04-25 | 1979-04-25 | Piece refractaire a permeabilite selective et orientee pour l'insufflation d'un fluide |
| LU81.208 | 1979-04-30 | ||
| LU81208A LU81208A1 (fr) | 1979-04-25 | 1979-04-30 | Dispositif pour l'injection de gaz a travers le fond dans le bain metallique contenu dans un recipient d'affinage |
| FR8002905A FR2475529A1 (fr) | 1979-04-25 | 1980-02-08 | Piece permeable en refractaire permeable non poreuse, notamment pour utilisation au convertisseur d'acierie et son procede de fabrication |
| FR80.02.905 | 1980-02-08 | ||
| CA000350620A CA1146599A (fr) | 1979-04-25 | 1980-04-24 | Piece refractaire permeable au gaz |
| AT0526480A AT376701B (de) | 1979-04-25 | 1980-10-24 | Gasdurchlaessiger baukoerper aus feuerfestem material und verfahren zu seiner herstellung |
| CA000411794A CA1153886A (fr) | 1979-04-25 | 1982-09-20 | Piece refractaire permeable au gaz |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| CA1153886A true CA1153886A (fr) | 1983-09-20 |
Family
ID=27542477
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| CA000411794A Expired CA1153886A (fr) | 1979-04-25 | 1982-09-20 | Piece refractaire permeable au gaz |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| CA (1) | CA1153886A (fr) |
-
1982
- 1982-09-20 CA CA000411794A patent/CA1153886A/fr not_active Expired
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| MKEX | Expiry |