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Procédé et dispositif pour la fabrication de grands blocs réfractaires destinés au maçonnage de convertisseurs et fours industriels.
Depuis-1964- l'ARBED poursuit à l'usine d'Esch- Schifflange des recherches sur l'utilisation de blocs ré- fractaires de grande dimension pour le maçonnage des conver- tisseurs ou fours industriels. Le problème de la pose de grands blocs réfractaires dans des fours industriels dont le rapport hauteur sur diamètre est élevée et dont le diamètre est variable avec la hauteur, tels que convertisseurs ¯.ou fours métallurgiques, a été résolu en 1964 grâce à l'invention d'une machine de maçonnage, brevet luxembourgeois n 44. 446, pouvant opérer à l'intérieur de ces fours.
La présente demande de brevet a pour objet une nouvelle méthode
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et de nouveaux moyens de fabrication de grands blocs réfrac- taires destinés au maçonnage de tels fours industriels, dont le revêtement réfractaire est composé de plusieurs rangées de blocs superposées, p.ex. comme ébauchées à la figure 1 en annexe. Sur la figure 1, l'axe du four est représenté par la ligne xy, C désigne la carcasse métallique, B le revêtement permanent ou de sécurité, I, II, III, IV et V sont des coupes à travers les blocs réfractaires qui composent le revêtement d'usure. La figure 2 décrit l'ancienne méthode de fabrication des blocs
Le bloc III de la figura 1 est représenté à la figure 2, entouré de son moule et debout sur la table de , vibration.
En utilisant pour la fabrication de blocs pour convertisseurs la méthode traditionnelle, telle qu'elle est employée de longue date pour les blocs réfractaires des fours à arc, c'est-à-dire des fours cylindriques droits de faible hauteur, l'expérience montre que ces blocs présentent des désavantages substantiels quant à la rapidité du maçonnage, ; la qualité des blocs individuels et la qualité ou durée du garnissage des fours de grande hauteur. En effet, les blocs fabriqués suivant la méthode traditionnelle (figure 2) ont. une épaisseur rigoureusement définie et invariable, mais une hauteur qui peut varier accidentellement de plusieurs centi- mètres.
En outre, leur surface supérieure P2 n'est pas absolument plane et lisse, leur couche supérieure présente des défauts, par exemple un apauvrissement ou un enrichisse- ment en goudron, tels qu'ils peuvent résulter d'un chauffage . intermédiaire suivi d'une deuxième vibration. Finalement ils s'usent de façon irrégulière à cause de la formation de cavités locales qui se situent de préférence au voisinage des plans de séparation horizontaux et qui conduisent à l'arrêt préma- turé de la campagne du revêtement.
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Tous les défauts et désavantages oiés accompagnant la fabrication des blocs selon la méthode traditionnelle (figure 2), sont éliminés par la nouvelle méthode et les nouveaux moyens de fabrication qui font l'objet de la présente invention, La nouvelle méthode de fabrication (figure 3) consiste essentiellement à vibrer les blocs dans la position "couchée" ou horizontale, par opposition à la position "debout" ou verticale qu'ils occupent dans le four (figure 1) et qu'ils occupaient dans l'ancienne méthode sur la table de vibration ou de damage (figure 2).
Selon la nouvelle méthode de fabri- cation par damage ou par vibration, le bloc III de la figure 1 repose donc, comme indiqué à la figure 3, sur sa face extérieu- re, c'est-à-dire la face qui dans le convertisseur touche le revêetment permanent ou la carcasse métallique du convertisseur.
Il en résulte que les cinq faces qui touchent dans le convertisseur les blocs voisins ou le revêtement permanent sont rigoureusement définies par les faces correspondantes du moule qu'elles touchent pendant la fabrication du bloc.
On a constaté que cette nouvelle méthode de fabriquer des blocs en "position couchée", par opposition à la position "debout" qu'occupe le bloc dans le convertisseur, permet d'obtenir des blocs pour convertisseurs qui donnent des résultats supérieurs à ceux des blocs fabriqués selon la méthode traditionnelle. En effet, le nouveau procédé et les nouveaux moyens de fabrication de blocs réfractaires ne fournissent pas seulement de meilleurs blocs individuels ni seulement des assemblages (édifices) de blocs plus précis et plus résistants, mais permettent encore l'applica- tion de plusieurs techniques d'amélioration.
1) Les propriétés les plus importantes pour la durée des garnissages, telles que la densité, la teneur en goudron et
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la granulométrie sont très homogènes dans tout plan ou toute couche parallèles à la surface intérieure A1 A2 B1 B2 des blocs fabriques selon le nouveau procédé(figure 3).
Cette homogénéité entraîne une usure très régulière parallè- lement à la surface intérieure.
2) Les faces inférieures P1 et supérieure P2 des blocs fabriqués selon le nouveau procédé sont parfaitement lisses et planes. En outre, la hauteur de ces blocs est essentiellement constante et égale à la distance séparant les parois du moule qui touchent les faces P1 et P2 du bloc.
On constate que ces propriétés sont importantes et pour la construction et pour la résistance du revêtement pendant son utilisation. En effet, a) Toute inégalité des faces P1 et P2 ainsi que toute variation . de la hauteur des blocs d'une même rangée entraînent des interstices entre deux rangées consécutives. Ces interstices doivent être remplis avec des matières réfractaires qui sont mises en place par exemple par damage.
Or il a été trouvé que les interstices ainsi remplis ont une résistance moindre que les blocs voisins et conduisent durant la cam- pagne du revêtement à des entailles profondes d'usure entre deux rangées consécutives. b) le remplissage des interstices étant supprimé, la construction du revêtement est beaucoup plus rapide. c) Des faces P1 et P2, planes et lisses, telles qu'elles se présentent après démoulage du moule de la figure 3, et une hauteur constante des blocs permettent un maçonnage rapide et exact en hauteur. L'observation exacte des niveaux pour les différentes rangées est très importante dans le cas des fours à diamètre variable. Par exemple, le périmètre de la couche II, figure 1, est plus petit que celui de la couche III.
En déplaçant donc une couche de doloblocs vers le haut ou vers le bas par rapport à sa position prévue, on ne peut s'adapter au diamètre de maçonnage qu'en ménageant des jointsverti-
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eaux entre blocs attenants. Ces joints augmentent une fois de plus la vulnérabilité du garnissage.
3) On a trouvé que le nouveau procédé rend possible un enrichissement des bloos en liant, cet enrichissement pouvant même être poussé jusqu'il'obtention d'un excès de 'liant. L'excès de liant se concentre à l'intrados du bloc, donc vers l'intérieur du four, sans affaiblir l'édifice réfractaire du four. Une partie de cet excès de liant est donc brûlée pendant le chauffage du revêtement réfractaire, ou pendant les opérations métallurgiques suocédant au maçonnage. Sous l'effet des gradients de température s'éta- blissant dans l'épaisseur du revêtement, une autre partie du liant excédentaire migre vers les couches extérieures du revêtement qu'elle enrichit de façon bénéfique.
L'avantage que prooure l'emploi d'un léger excès de liant est bien connu, par exemple dans la fabrication, par vibration, de fonds pour convertisseurs Thomas, où la matière réfractaire de base est le plus souvent la dolomie, et ou le liant, qui est généralement du goudron, améliore les propriétés réfractaires de la matière de base. Mais l'expérience a montré que tout excès de liant est défendu lorsqu'on vibre des blocs réfractaires selon l'ancienne méthode décrite par la figure 2, par ce que l'excès de liant vient se rassembler qu-dessus de la face P2 du bloc, créant une couche de très faible résistance entre deux blocs superposés.
4) Outre ces gains de qualité pour les blocs et le maçonnage, la nouvelle méthode de damer ou de vibrer les blocs en position couchée procure la possibilité très utile d'adapter, par des moyens simples mais efficaces, l'épaisseur et la composition des blocs au profil d'usure ainsi qu'aux sollicitations spéciales constatées à certains endroits
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critiques du revêtement : a) Par deux possiulités de modifier l'épaisseur des blocs tout en maintenant, sans aucune modification de forme, le moule de la figure 4a. Ces modifications possibles de l'épaisseur sont décrites par les figures 4b et 4c.
En effet, il est possible de varier l'épaisseur du bloc représenté sur la figure 4 a une première fois en modifiant le degré de remplissage du moule, suivant le tracé A'B par exemple de la figure 4b. Ainsi le bloc est rendu uniformé- ment plus épais suivant le tracé en pointillé de l'arête A'B' de la figure 1, Un deuxième moyen de varier l'épaisseur d'un bloc est de modifier l'angle d'inclinaison du moule avec la table de vibration, de sorte que l'angle X de la figure 4a devienne l'angle X' de la figure 4c, par exemple.
Ainsi l'épaisseur du bloc varie progressivement suivant le tracé en pointillé de l'arête AB' de la figure 1. L'incli- naison X du moule par rapport à l'horizontale peut être changée par un moyen mécanique très simple. Un tel moyen pratique consiste, à titre d'exemple non limitatif, à fixer par boulonnage ou par soudure, des tôles de hauteur adéquate en-dessous du fond du moule. Il est évident que, compte tenu des limites du moule, les deux moyens de varier l'épaisseur d'un bloc décrits ci-dessus, peuvent être judicieusement combinés pour arriver à une épaisseur optimum, c'est-à-dire la mieux adaptée à l'usure. b) par la possibilité de fabriquer des blocs composites donnant lieu à des revêtements constitués de couches coaxiales de matières réfractaires différentes.
En effet, grâce à la position couchée du bloc sur la table de vibration (fig. 3) on peut faire se succéder deux ou plusieurs couches de matières réfractaires différentes pendant le remplissage du moule. Ainsi, à titre d'exemple, la partie hachurée du ,
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bloc de la figure 4a pourra consister en une matière ré- fractaire plus résistante et plus chère, tandis que le restant de l'épaisseur du bloc consistera en une matière réfractaire moins résistante et donc généralement moins chère, Dans la position que le bloc occupe dans le conver- tisseur (figure 1), la partie hachurée du bloc forme une couche coaxiale en matière réfractaire spéciale dont l'épaisseur peut être choisie conformément à l'attaque observée en cet endroit du revêtement.
En des endroits déterminés du convertisseur, qui sont connus pour être exposés à une usure particulièrement sévère, comme par exemple à la hauteur des tourillons ou encore à l'endroit du trou de coulée, les irrégularités d'usure peuvent donc désormais être compensées, avec un minimum de frais, par l'emploi judicieux de matières réfractaires plus résistantes, c) En combinant les techniques 4a et 4b, la nouvelle méthode de fabrication permet d'obtenir des blocs composés de deux ou plusieurs couches de matières réfractaires différentes, l'épaisseur de chaque couche pouvant tre rendue constante ou progressivement variable par le choix d'un angle X diffé- rent pour chaque couche.
Compte tenu de la facilité que procure la nouvelle méthode de fabriquer des blocs composites et de faire varier à volonté leur épaisseur, la souplesse d'adaptation des grands blocs est désormais tout à fait comparable à celle connue pour le maçonnage avec des briques de petit format, Rien ne s'oppose donc plus à ce que les avantages de qualité et de fabrication des blocs, ainsi que les avantages de rapidité et de qualité de maçonnage, inhérents au maçonnage en blocs de grande dimension, puissent.' être étendus à tous les fours métallurgiques dont le rapport hauteur sur diamètre est élevé et dont le diamètre est variable avec la hauteur,
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notamment à tous les convertisseurs à oxygène utilisés pour la fabrication de l'acier.
Les exemples suivants illustrent les progrès réalisés par l'application successive des techniques nouvelles qui font l'objet de la présente invention.
La durée de vie du revêtement réfractaire d'un convertisseur LD-AC est brusquement et considérablement augmentée en moyenne p.ex. de 21 % dans un cas particulier d'application lorsque selon les techniques ci-dessus décrites on abandonne la vibration "debout" au profit de la vibration "couchée". Par cette mesure les blocs deviennent parfaitement homogènes et de dimensions rigoureusement exactes et reproductibles. Les cavités qui se creusaient toujours entre deux blocs superposés vibrés selon l'ancienne méthode et qui conduisent régulièrement à l'arrêt prématuré de la campagne, disparaissent. Parallèlement la consommation de produits réfractaires, exprimée en kilogrammes par tonne d'acier produite, est abaissée en conséquence.
On obtient une deuxième augmentation sensible. p. ex. égale à 24 % pour le cas considéré, de la duré de ce revêtement par la seule mesure décrite sous 3), à savoir par l'enrichissement du réfractaire en goudron, Cette nouvelle augmentation de durée entraine une nouvelle réduction importante de la consommation de matières réfractaires.
Il a pu être montré que la durée du revêtement peut encore être augmentée par le renforcement d'une zone définie bien que restreinte qui s'use habituellement avant les zones adjacentes. Ce renforcement réalisé selon les techniques 4 a,
4 b ou4 c conformément à la présente invention, conduit 4 une nouvelle augmentation de la durée du revêtement. On a par exemple obtenu dans-un cas défini une augmentation de 12%
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de la durée et une réduction correspondante des frais pour matières réfractaires.
La possibilité, créée par latechni- que 4 a), de donner aux différentes couches, dont les blocs sont composés,.des épaisseurs progressivement décroissantes, permet une économie substantielle de matière réfractaire spéciale, l'épaisseur de cette matière réfractaire spéciale tendant progressivement vers zéro, aux limites de la zone d'usure préférentielle.
Le gain total réalisé dans l'exemple mentionné moyennant les trois moyens cités, faisant l'objet de la présente invention, a apporté une augmentation totale moyenne de 68 % de la durée du revêtement et une économie de matières réfractaires du même ordre de grandeur.