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Perfectionnements aux creusets des fours électriques.
La présente invention est relative à des per- fectionnements aux creusets des fours électriques à induction, du type sans noyau (coreless), perfectionnements qui permettent d'étendre l'usage de tels fours en sidérurgie.
Ces fours sont en effet très peu utilisés en aciérie, en dépit de leurs qualités métallurgiques, parce que jusqu'à présent il n'était pas possible de réaliser, dans l'ordre de grandeur des capacités intéressant les aciéries, des creusets capables de résister aux sollicitations Décan;- ques, therniques et chimiques, inhérentes à la fabrication de l'acier. Le réfractaire du creuset doit en effet résister à
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à la fusion et à l'action chimique du laitier, aux très hautes températures, à la corrosion mécanique, à la rotation de l'a- cier sous l'effet des courants inductifs, aux effets mécaniques et fissuration dus aux dilatations, aux chocs thermiques et à la pression hydrostatique.
Les réfractaires utilisés jusqu'à présent pour la construction de ces creusets sont la silice, le corindon, la magnésie, utilisés généralement sous forme de pisés damés, lé- gèrement humides et frittés in situ à l'aide d'un gabarit métal- lique. L'état actuel de cette technique a été exposé dans tous ses détails ao ^..ours d'un congrès du "Four d'induction Junker NFT" organisé le 20 octobre 1961 par la firme OTTO JUNKER GmbH. à LAMMERDORF ÜBER AACHEN, Allemagne (voir pages 63 à 95 du rapport publié par cette firme).
Il faut également mentionner des essais ef- fectués pour utiliser des mélanges électrofondua d'alumine et de magnésie, ainsi que des briques de magnésie. Tous ces ré- fractaires résolvent très mal les difficultés exposées ci- dessus et en conséquence, le four à induction n'existe pas en aciérie au delà de 6 ou 10 tonnes et son utilisation est prati. quement réservée à la fabrication des aciers alliés, lesquels présentent des températures de fusion largement inférieures à celles des aciers doux ou légèrement alliés.
A l'occasion de recherches exécutées par le demandeur sur l'utilisation en coulée continue d'acier doux, d'un four d'induction de 20 tonnes, de formé spéciale non cy- lindrique mais allongée en forme de baignoire, les difficultés
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ci-dessus mentionnées se sont présentées avec une acuité ac- crue du fait de la forme du four. Les revêtements de silice frittée par exemple, ont présenté une tenue très médiocre et la nécessité de disposer d'un gabarit métallique très résis- tant pour le damage initial et le frittage ainsi que pour cha- que réparation, s'est révélée très onéreuse.
La demanderesse s'est alors décidée à entre- prendre des recherches sur les possibilités d'utiliser d'autres types de réfractaires et a entre autres, envisagé l'utilisa- tion de revêtements basiques reliés au goudron et particuliè- rement les dolomies goudronnées,réfractaire très bon marché dont le frittage peut s'effectuer en l'absence de gabarit.
L'utilisation de pisé en dolomie ou magnésie goudronnée po- sait cependant une objection de principe grave, laquelle était sans doute responsable du fait que ce type de pisé n'a jamais été utilisé comme revêtement de fours d'induction, en dépit de ses qualités bien connues comme réfractaire d'aciérie.
Par sa nature même et par la présence de car- bone, la dolomie goudronnée devait être considérée comme ayant une conductibilité thermique et électrique d'un ordre de gran- deur sensiblement supérieur à la conductibilité des réfractai- res constituant les creusets de fours à induction connus à ce jour. On pouvait craindre que cette conductibilité soit cau- se de pertes thermiques exagérées et qu'elle provoque l'échauf- fement du creuset par création, sous l'effet du champ induc- teur, de courants de Foucault au sein même de la matière cons- tituant le creuset.
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L'expérience a montré de façon inattendue, que tout au moins dans les conditions de fabrication mises au point par le demandeur, ces craintes n'étaient pas justifiées et que la perte d'énergie par le réfractaire variait de o,5 à 1,5 w/cm2 de creuset et ne représentait que 4 à 8 % de l'éner- gie consommée (chiffres mesurés dans un petit four de 300 kgs de capacjté), ce qui est industriellement admissible.
L'expérience s'est poursuivie sur des fours de capacité croissante avec des résultats obtenus tels, au point de vue résistance des creusets vis-à-vis des sollicitations méca- niques, thermiques et chimiques, qu'il est apparu que l'utilisa- tion de dolomie goudronnée donnait au four d'induction des pers- pectives de développement nouvelles en aciérie par l'augmentation possible à la fois des capacités et des températures.
La présente invention issue de ces recherches, a donc pour objet des creusets de four d'induction sans noyau, constitués d'un pisé de dolomie goudronnée, damé et fritté.
L'invention comporte également différents procédés grâce auxquels on parvient à réaliser des creusets don- nant satisfaction, procédés qui diffèrent sensiblement des techni- ques généralement utilisées dans la mise en oeuvre des réfractai- res en dolomie goudronnée.
L'invention concerne d'abord la fabrication de creusets "in situ", la dolomie goudronnée étant damée et frit- tée dans le four même. Le procédé de l'invention se réalise donc comme suit :
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On utilise pour le damage un gabarit de pré- férence démontable et amovible donnant la forme intérieure du creuset.
Avant l'introduction de la dolomie, on garnit le four et les parois du four d'une couche de pisé réfractaire siliceux à liaison chimique, faisant prise à l'air et présen- tant une bonne étanchéité au gaz. Ce pisé est destiné à former autour du creuset une gaine étanche aux vapeurs de goudron qui se dégagent au cours du frittage et à protéger ainsi les bobi- nes du four et le circuit magnétique des dép8ts de goudron ou de carbone susceptibles de créer des échauffement et des courts- circuits. Or: peut avantageusement compléter la protection des enroulements du circuit magnétique en entourant ces derniers d'un écran constitué d'un matériau électriquement isolant ou en enrobant ces enroulements dans un tel matériau. Des résultats spécialement intéressants ont été obtenus avec l'isolant élec- trique connu sous le nom d'Haraldite.
On dame sur le fond l'épaisseur désirée de dolomie goudronnée sur laquelle on pose le gabarit. On intro- duit ensuite entre la paroi du four recouverte du pisé étanche et la paroi du gabarit, des couches successives de dolomie gou- dronnée que l'on dame vigoureusement. Lorsque le remplissage et le damage sont terminés, on procède au frittage. Celui-ci peut s'effectuer après avoir retiré le gabarit au moyen d'un brûleur utilisant de préférence de l'oxygène. L'opération est très rapide et dure environ 1 heure.
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Le frittage peut aussi s'effectuer par chauf- fage inductif. Il faut alors un gabarit métallique qu'on doit porter à environ 550 C, Le chauffage est alors très lent.
Selon l'invention, le mélange dolomie gou- dronnée est caractérisé : 1) par une teneur en goudron très faible. On utilise seule- ment 3 à 4 % de goudron anhydre titrant 67-72 % de brai au lieu des 5 à 6 % de goudron généralement utilisé dans la fabrication des réfractaires en dolomie goudronnée.
2) une granulométrie également très particulière, caractérisée quasi-totale par l'absence/de la fraction 0-0,2 mm et qui doit être approprier aux épaisseurs de gaine désirées suivant les indications ci-dessous :
15 poids de 0,2-2 mm poids 2-5 pour une gaine de 8 cm d'épaisseur.
85 poids de 2-5 mm
20 % - 5 -. 10 mm
60 % - 2 - 5 mm pour une gaine de 30 cm d'épaisseur.
15 % - 0,2 - 2 mm
5 % - 0 - 0,2 mm 3) une température de mise en oeuvre très élevée, située entre 60 et 120 C.
On peut ainsi suivant l'invention, fabriquer en dehors du four, des creusets qui sont disposés dans le four après frittage, ce qui peut présenter de l'intérêt sur- tout pour les petits creusets. Dans ce cas, il n'est plus nécessaire de prévoir un enduit siliceux étanche. La fabri- cation se fera dans des moules métalliques qui accompagnent
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dans le four de frittage la matière damée.
La cuisson se fera très lentement. Les mêmes règles sont observées pour la composition du mélange goudron- dolomie, la granulométrie et la température de mise en oeuvre.
REVENDICATIONS.
1. Creusets de four d'induction sans noyau, caractérisés en ce qu'ils sont essentiellement constitués d'un pisé de dolomie goudronnée, damé et fritté.
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Improvements in electric furnace crucibles.
The present invention relates to improvements to the crucibles of electric induction furnaces, of the coreless type, improvements which make it possible to extend the use of such furnaces in the steel industry.
These furnaces are in fact very little used in steelworks, despite their metallurgical qualities, because until now it was not possible to produce, in the order of magnitude of the capacities of steelworks, crucibles capable of withstanding. to Decan stresses; - thermal and chemical, inherent in the manufacture of steel. The refractory of the crucible must in fact resist
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to the melting and chemical action of slag, to very high temperatures, to mechanical corrosion, to the rotation of the steel under the effect of inductive currents, to the mechanical effects and cracking due to expansion, impact thermal and hydrostatic pressure.
The refractories used until now for the construction of these crucibles are silica, corundum, magnesia, generally used in the form of rammed, slightly damp and sintered rammed earth using a metal jig. . The current state of this technique was explained in full detail at a congress of the "Junker NFT induction furnace" organized on October 20, 1961 by the firm OTTO JUNKER GmbH. to LAMMERDORF ÜBER AACHEN, Germany (see pages 63 to 95 of the report published by this firm).
Mention should also be made of tests carried out to use electrofused mixtures of alumina and magnesia, as well as magnesia bricks. All these refractories very poorly solve the difficulties explained above and consequently, the induction furnace does not exist in steelworks beyond 6 or 10 tons and its use is practi. cally reserved for the manufacture of alloy steels, which have melting temperatures much lower than those of mild or lightly alloyed steels.
On the occasion of research carried out by the applicant on the use in continuous casting of mild steel, of an induction furnace of 20 tons, of special shape not cylindrical but elongated in the shape of a tub, the difficulties
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mentioned above are presented with increased acuity due to the shape of the furnace. Sintered silica coatings, for example, have shown very poor hold and the need for a very strong metal jig for initial tamping and sintering as well as for each repair has been found to be very expensive.
The applicant then decided to undertake research on the possibilities of using other types of refractories and, among other things, considered the use of basic coatings linked to tar and in particular tarred dolomites, very inexpensive refractory which can be sintered without a template.
The use of rammed earth made of dolomite or tarred magnesia, however, raised a serious objection in principle, which was no doubt responsible for the fact that this type of rammed earth was never used as a coating for induction furnaces, despite its qualities well known as steelworks refractory.
By its very nature and by the presence of carbon, tarred dolomite should be considered to have thermal and electrical conductivity of an order of magnitude appreciably greater than the conductivity of the refractories constituting the crucibles of induction furnaces. known to date. One could fear that this conductivity is the cause of exaggerated thermal losses and that it causes the heating of the crucible by creation, under the effect of the inducing field, of eddy currents within the actual material. - holding the crucible.
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Experience has unexpectedly shown that, at least under the manufacturing conditions developed by the applicant, these fears were not justified and that the energy loss by the refractory varied from 0.5 to 1, 5 w / cm2 of crucible and represented only 4 to 8% of the energy consumed (figures measured in a small furnace of 300 kgs of capacity), which is industrially admissible.
The experiment continued on furnaces of increasing capacity with results obtained such, from the point of view of the resistance of the crucibles to mechanical, thermal and chemical stresses, that it appeared that it was used. - The use of tarred dolomite gave the induction furnace new development prospects in steelworks by the possible increase in both capacities and temperatures.
The present invention resulting from this research therefore relates to coreless induction furnace crucibles, made up of tarred, tamped and sintered rammed earth dolomite.
The invention also includes various methods by which it is possible to achieve satisfactory crucibles, methods which differ significantly from the techniques generally used in the processing of refractories in tarred dolomite.
The invention relates firstly to the manufacture of "in situ" crucibles, the tar dolomite being tamped and fried in the furnace itself. The method of the invention is therefore carried out as follows:
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A preferably removable and removable template is used for tamping, giving the internal shape of the crucible.
Before the introduction of dolomite, the furnace and the walls of the furnace are lined with a layer of siliceous refractory rammed earth chemically bonded, setting in the air and having a good gas tightness. This rammed earth is intended to form around the crucible a sheath tight against the tar vapors which emerge during the sintering and thus to protect the coils of the furnace and the magnetic circuit from tar or carbon deposits liable to create heating and short circuits. Now: can advantageously complete the protection of the windings of the magnetic circuit by surrounding them with a screen made of an electrically insulating material or by coating these windings in such a material. Especially interesting results have been obtained with the electrical insulator known as Haraldite.
We cut on the bottom the desired thickness of tarred dolomite on which we put the template. Successive layers of tar dolomite are then introduced between the wall of the furnace covered with waterproof rammed earth and the wall of the template, which are vigorously sanded. When filling and tamping are complete, sintering is carried out. This can be done after removing the template by means of a burner preferably using oxygen. The operation is very quick and takes about 1 hour.
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Sintering can also be carried out by inductive heating. A metal template is then needed, which must be brought to about 550 ° C. The heating is then very slow.
According to the invention, the tar dolomite mixture is characterized: 1) by a very low tar content. Only 3-4% anhydrous tar grading 67-72% pitch is used instead of the 5-6% tar generally used in the manufacture of tar dolomite refractories.
2) a grain size which is also very particular, characterized almost completely by the absence / of the 0-0.2 mm fraction and which must be appropriate for the desired sheath thicknesses according to the indications below:
15 weights of 0.2-2 mm weight 2-5 for an 8 cm thick sheath.
85 weights of 2-5 mm
20% - 5 -. 10 mm
60% - 2 - 5 mm for a sheath 30 cm thick.
15% - 0.2 - 2 mm
5% - 0 - 0.2 mm 3) a very high processing temperature, between 60 and 120 C.
According to the invention, it is thus possible to manufacture, outside the furnace, crucibles which are placed in the furnace after sintering, which may be of particular interest for small crucibles. In this case, it is no longer necessary to provide a waterproof siliceous coating. The manufacture will be done in metal molds which accompany
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the packed material in the sintering furnace.
The cooking will be done very slowly. The same rules are observed for the composition of the tar-dolomite mixture, the particle size and the processing temperature.
CLAIMS.
1. Coreless induction furnace crucibles, characterized in that they consist essentially of tarred, tamped and sintered rammed earth dolomite.