CA1210583A - Rigole de coulee pour metaux liquides - Google Patents

Abstract

L'invention concerne une rigole de coulée pour métaux liquides, destinée à recevoir des métaux liquides d'un fourneau, comportant notamment une couche réfractaire d'usure qui est en contact avec le métal liquide et qui est entourée par un revêtement réfractaire permanent. La rigole selon l'invention est caractérisée en ce que le matériau réfractaire est entouré au moins en partie par une couche pratiquement isotherme et maintenue à basse température, de préférence inférieure à 100.degree.C. Cette rigole peut être implantée directement dans les structures en béton armé du plancher de coulée.

Description

La présente invention concerne une rigole de coulée aestinée à recevoir des métaux liquides d'un four-neau et en particulier de la fonte d'un haut fourneau.
On connaît des rigoles comportant une couche de réfractaire d'usure, en contact avec le métal liquide, enveloppée par un revêtement permanent qui est logé
directement dans la dalle en béton armé du plancher de coulée.
Dès l'ouverture du trou de coulée, la rigole se remplit de fonte et de laitier qui surnage. Un système de chicanes permet une séparation par densité de la fonte et du laitier. A la fin de la coulée, la rigole est vidée et il faut procéder à des travaux de remise en état.
L'accessibilité de la rigole chaude ainsi que la durée de ces travaux empêchent une réutilisation rapide de la rigole, ce qui est incompatible avec la cadence de coulée des hauts fourneaux modernes. La remise en état implique un important volume de travaux pénibles. On a, par conséquent, modifié la technique d'utilisation de la rigole pour conserver en permanence dans celle-ci un bain de fonte liquide recouvert d'une couche de laitier plus ou moins importante. Entre deux coulées, la température de la fonte peut chuter depuis quelque 1500C à environ 1300C.
De la présence permanente de fonte liquide dans la rigole résulte un flux thermique continu vers le béton armé de la dalle du plancher de coulée qui s'échauffe dans sa 1211,!S83 masse, ce qui provoque des contraintes de dilatation, des éclatements et des fissures.
Pour pallier cet inconvénient, on a utilisé des rigoles dont le revêtement réfractaire est logé dans une construction en tôle qui elle-même est supportée par des éléments de structure du plancher de coulée. Selon le support, la tôle peut être refroidie, soit par convection naturelle de 1'air ambiant, soit par ventilation forcée.
Ce mode de refroidissement peu efficace ne permet aucun refroidissement préférentiel d'une zone déterminée de la rigole. ~ormalement la tôle atteint une température qui est de 150 à 300C selon l'usure du réfractaire. La vitesse de refroidissement de la fonte dans cette rigole, bien que plus élevée que pour une rigole massive, est toujours assez faible pour que la fonte demeure dans son état liquide, même si l'intervalle entre 2 coulées succes-sives est de l'ordre de 5 à 8 heures. Sous l'effet des températures, la tôle de support et le revêtement réfrac-taire subissent des dilatations différentielles, ce qui ne manque pas de provoquer des contraintes et des fissures dans le revêtement réfractaire, surtout lorsque le régime thermique auquel est soumis la rigole est variable, par exemple, en cas de vidange occasionnel de la rigole lors d'un arrêt du haut fourneau. Ces fissures permettent à la fonte de s'inflitrer dans le revêtement réfractaire et il en résulte des percées de la rigole.

lZ~(~5~3 La présente invention a ~omme but de proposer une rigole qui ne présente pas les défauts précédemment décrits et qui est susceptible d'être implantée directement dans les structures en béton armé du plancher de coulée.
Plus précisément, l'invention a pour objet une rigole de coulée pour métaux liquides, destinée à recevoir des métaux liquides d'un fourneau, comportant notamment une couche réfractaire d'usure qui est en contact avec le métal liquide et qui est entourée par un revêtement réfrac-taire permanent, caractérisée en ce que le matériau réfrac-taire est entouré au moins en partie par une couche pra-tiquement isotherme et maintenue à basse température.
Les avantages de la rigole sont dûs à la présence d'une couche de matière pratiquement isotherme et main-tenue à basse température, de préférence inférieure à
100C, qui limite l'échauffement des structures de support de la rigole et qui par sa grande capacité de distribution et d'évacuation des calories permet de figer toutes les infiltrations de métal liquide dans le revêtement réfrac-taire permanent de la rigole. La distribution des tempé-ratures dans le revêtement réfractaire pouvant être calculée, on peut prévoir sans danger des joints de dilatation bien déterminés, ce qui diminue les contraintes mécaniques, dues aux dilatations thermiques, subies par 1'ensemble et transmises aux structures de support de la rigole. En outre, en utilisant dans la couche perma-nente des réfractaires ayant des conductibilités thermiques ~Z~5,`583 différentes, on peut soit isoler thermiquement différentes zones de la rigole pour limiter les déperditions calori-fiques de la fonte, soit au contraire refroidir plus intensément des zones fortement sollicitées. La vitesse de refroidissement globale est toujours assez faible, pour que la fonte demeure liquide même si l'intervalle entre deux coulées successives est de 5 à 8 heures.
D'autres caractéristiques et avantages de l'invention apparaîtront plus clairement à la lecture de la description ci-après, faite en référence aux dessins ci-joints dans lesquels la figure 1 montre une coupe partielle à travers une rigole conforme à l'invention.
Tel qu'illustré, un bain de fonte 1, portant une couche de laitier 2, se trouve en COntQCt avec une couche d'usure 3, dont la section est en forme de U.
Cette couche d'usure 3, constituée par un matériau non façonné, est réalisée sur un revêtement permanent 4, qui dans le cas présent consiste en deux couches de briques superposées. La couche externe de briques s'appuie

2~ contre des blocs en graphite 7 et des éléments de refroi-dissement 10. Ces éléments 10 sont constitués par des conduits longitudinaux étanches 5, dans lesquels circule de l'eau, pris en sandwich entre des briques plates en graphite 6 et 8. Les briques 8 sont en contact avec le revêtement permanent 4~ L'espace 9 entre les conduits 5, les briques 6 et 8 ainsi que les blocs en graphite 7, est rempli par un matériau non façonné, bon conducteur lZ~QS83 de la chaleur, assurant un bon contact thermique avec les tubes de refroidissement. Le matériau non fa~onné permet également une dilatation des conduits provoquée par des petites variations de température. La rigole est logée dans une dalle en béton armé 12. Une couche égalisatrice 11 élimine les rugosités du béton.
Les blocs en graphite supérieurs et les briques avoisinantes du revêtement permanent sont protégés par des segments de tôle 14. Sur cette tôle ainsi que sur la couche d'usure 3 se trouve une couche en béton 17, qui protège la tôle lors de débordements accidentels de la rigole. Des barres 16 fixent la tôle 15, solidaire de la tôle 14, aux armatures du béton. Entre la tôle horizontale 14 et les blocs en graphite, ainsi que les briques du revêtement permanent, se trouve un joint de dilatation 13.
Les blocs en graphite 6, 7 et 8 qui sont d'excel-lents conducteurs de la chaleur créent une zone de tempéra-ture pratiquement uniforme autour du revêtement permanent 4. Cette température est contrôlée essentiellement par l'intermédiaire du débit et de la température de l'eau de refroidissement. L'ensemble est réglé de sorte à faire régner à l'interface béton armé - couche de refroidissement une température inférieure à 100C et de préférence autour de 60C.
Le revêtement permanent 4 réalisé en briques capables de résister à l'action directe de la fonte lZ10583 constitue un barrage thermique qui évite que le système de refroidissement ne soutire trop de chaleur à la fonte liquide. Le matériau constituant les briques ou le nombre de couches de briques qu'il faut superposer, est choisi conformément au degré d'isolation thermique désiré. Un refroidissement préférentiel de certaines zones fortement sollicitées peut être réalisé par un choix judicieux de la qualité des briques du revêtement réfractaire de la couche permanente. Pour diminuer radicalement l'érosion de la couche d'usure, aux points où celle-ci est particulièrement sollicitée, on peut remplacer une partie des briques du revêtement 4 par des briques à conductibilité thermique élevée 4a, qui sont de préférence en semi-graphiteO
A l'interface de la couche d'usure et du revête-ment permanent règnent, suivant la conductibilité thermique locale du revêtement permanent et suivant le degré d'éro-sion de la couche d'usure 3, des températures comprises entre 100 et 1100C.
En cas d'une infiltration de fonte liquide dans d'éventuelles fissures dans la couche d'usure 3 et dans le revêtement permanent 4, le métal se solidifiera immé-diatement au contact des blocs en graphite 7 et 8, main-tenus à basse température et n'aura aucun effet néfaste.
On peut remplacer le graphite (coefficient de conductibilité thermique ~ ~ 80 Kcal/m~ heure) en tout ou en partie par un autre matériau, comme par exemple lZ~(~S83 un produit à base de carbure de si'icium (~ ~ 15), de semi-graphite ( ~ 30) etc., dont les propriétés de conductibi-lité thermique sont élevées. On ne sort pas du cadre de l'invention en utilisant des matériaux métalliques, par exemple des plaques de fonte (~ ~ 80), d'acier (~ ~ 30) ou de cuivre (~ ~ 300) pour réaliser la zone de basse température. Il faut évidemment choisir les plaques métalliques assez épaisses (par exemple 5 à 20 centi-mètres) pour qu'elles aient des capacités suffisantes d'absorption, de distribution et d'évacuation des calories.
Ces plaques, dont l'épaisseur est cnoisie en fonction de leur conductibilité thermique, éviteront tout percage lors d'infiltration de métal liquide dans le revêtement réfractaire permanent.
L'utilisation d'un matériau non façonné adéquat pour réaliser l'ensemble ou une partie de la zone de basse température permet de noyer les conduits de refroidissement dans celui-ci. On peut envisager également de disposer les conduits dans une couche de matériau de faible conduc-tibilité thermique (par exemple ~~ 2) entourant la zonede basse température et en contact direct avec celle-ci.
Il faudra cependant veiller dans ce cas à avoir une évacuation suffisante des calories pour que la zone iso-therme ne dépasse pas quelque lO0C. Ceci peut par exemple être assuré en choisissant un nombre élevé de conduits disposés tout près de la zone à basse temperature.

121(~583 Lors d'utilisation de plaques métalliques, il est particulièrement avantageux de fixer les conduits guidant le fluide de refroidissement à l'extérieur sur celles-ci, par exemple par soudage.
~ tant donné qu'il est aisé de maintenir dans la zone isotherme une température inférieure à quelque 80C, la rigole est particulièrement adaptée à être logée directement dans la structure en béton armé du plancher de coulée. Lorsque par contre on préfère l'utilisation d'une construction en tôle pour la supporter, on pourra disposer les conduits guidant le fluide de refroidisse-ment à l'extérieur de la construction, par exemple en soudant des fers U le long de la tôle. Le flux calori-fique entre la zone à basse température et le système de refroidissement passe dans ce cas à travers les tôles de support sans qu'il y ait un échauffement important (température inférieure à 100C).
L'espacement, la forme et la disposition des con-duits doivent être cho~sis en fonction de la conductibilité
thermique et de l'épaisseur de la couche constituant la zone de basse température ainsi que du profil de tempé-rature désiré dans le revêtement réfractaire.
Pour augmenter la sécurité de fonctionnement de la rigole, on peut prévoir à la place de l'eau, un autre fluide de refroidissement, comme par exemple l'huile.

lZ~05~33 Les conduits peuvent être alimentés en parallèle ou en série. Pour optimiser l'exploitation de la rigole, on peut suivre la température du fluide de refroidissement et varier le débit en fonction de la température.

Claims (8)

Les réalisations de l'invention, au sujet desquelles un droit exclusif de propriété ou de privilège est revendiqué, sont définies comme il suit:

1. Rigole de coulée destinée à recevoir des métaux liquides d'un fourneau, comportant une couche réfractaire d'usure qui est en contact avec le métal liquide et qui est entourée par un revête-ment réfractaire permanent, caractérisée en ce que le matériau réfractaire permanent est entouré au moins en partie par une couche pratiquement isotherme qui présente un coefficient de conductibilité thermique plus élevé que la couche réfractaire d'usure et le revêtement réfractaire permanent et qui est en con-tact thermique avec des conduits dans lesquels cir-cule un fluide de refroidissement destiné à maintenir ladite couche à une température inférieure à 100°C, ladite couche présentant un coefficient de conducti-bilité thermique supérieur à 10 Kcal/m°C heure et étant composée essentiellement d'un produit à base de carbure de silicium, de semi-graphite ou de graphite.

2. Rigole selon la revendication 1, carac-térisée en ce que ladite couche présente un coeffi-cient de conductibilité thermique supérieur à
25 Kcal/m°C heure.

3. Rigole selon la revendication 1, caractérisée en ce que ladite couche est composée essentiellement de graphite.

4. Rigole selon la revendication 1, carac-térisée en ce que les conduits dans lesquels circule le fluide de refroidissement sont intégrés dans ladite couche pratiquement isotherme.

5. Rigole selon la revendication 1, carac-térisée en ce que les conduits dans lesquels circule le fluide de refroidissement sont intégrés dans ou fixés sur une couche de matière qui est en contact thermique avec ladite couche pratiquement isotherme.

6. Rigole selon les revendications 4 ou 5, caractérisée en ce que l'espacement, le nombre et la forme des conduits dans lesquels circule le fluide de refroidissement sont conformes au profil de tempé-rature désiré dans le revêtement réfractaire.

7. Rigole selon la revendication 1, carac-térisée en ce qu'elle est logée dans une structure de support en béton.

8. Rigole selon la revendication 1, carac-térisée en ce que certaines parties du revêtement réfractaire permanent présentent un coefficient de conductibilité thermique plus élevé que le restant du revêtement réfractaire.