EP0090761A1 - Rigole de coulée pour métaux liquides - Google Patents
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Classifications
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- C21—METALLURGY OF IRON
- C21B—MANUFACTURE OF IRON OR STEEL
- C21B7/00—Blast furnaces
- C21B7/14—Discharging devices, e.g. for slag
Definitions
- the present invention relates to a pouring channel intended to receive liquid metals from a furnace and in particular from the cast iron of a blast furnace.
- Trenches comprising a wear refractory layer, in contact with the molten metal, enveloped by a permanent movement which is housed directly in the reinforced concrete slab of the pouring floor.
- the channel fills with cast iron and slag which floats.
- a baffle system allows density separation of the pig iron and the slag.
- the channel is emptied and repair work must be carried out.
- the accessibility of the hot channel as well as the duration of these works prevent a rapid re-use of the channel, which is incompatible with the rate of casting of modern blast furnaces.
- Rehabilitation involves a large volume of strenuous work. Consequently, the technique of using the channel has been modified in order to permanently store in it a bath of liquid iron covered with a more or less significant layer of slag.
- the temperature of the cast iron can drop after around 1,500 ° C to around 1,300 ° C.
- the permanent presence of liquid iron in the channel results in a continuous thermal flow towards the reinforced concrete of the slab of the pouring floor which heats up in its mass, which causes stresses of expansion, bursts and cracks.
- the support sheet and the refractory lining undergo differential expansion, which does not fail to cause stresses and cracks in the refractory lining, especially when the thermal regime to which the channel is subjected is variable p .ex. in case of occasional emptying of the channel during a shutdown of the blast furnace. These cracks allow the cast iron to infiltrate the refractory lining and this results in breakthroughs in the channel.
- the object of the present invention is to propose a channel which does not have the defects described above and which is capable of being installed directly in the reinforced concrete structures of the pouring floor.
- the channel according to the invention the refractory material of which is surrounded by a practically isothermal layer in which prevails a temperature preferably less than 100 ° C.
- a practically isothermal layer in which prevails a temperature preferably less than 100 ° C.
- the advantages of the channel are due to the presence of a layer of material maintained at low temperature and practically isothermal, which limits the heating of the support structures of the channel, which by its great capacity of distribution and evacuation of calories freezes all liquid metal infiltration into the permanent refractory lining of the channel.
- the overall cooling rate is always quite low, so that the cast iron remains liquid even if the interval between two successive flows is 5 to 8 hours.
- a cast iron bath 1, carrying a layer of slag 2, is in contact with a wear layer 3, the cross section of which is U-shaped.
- This wear layer 3, formed by an unshaped material, is produced on a permanent covering 4, which in the present case consists of two layers of overlapping bricks.
- the outer layer of bricks rests against graphite blocks 7 and cooling elements 10.
- These elements 10 disposed both in the side walls and in the bottom of the channel are formed by sealed longitudinal conduits 5, in which circulates water, sandwiched between flat graphite bricks 6 and 8.
- the bricks 8 are in contact with the permanent coating 4.
- the space 9 between the conduits 5, the bricks 6 and 8 as well as the graphite blocks 7, is filled with an unshaped material, good conductor of heat, ensuring good thermal contact with the cooling tubes.
- the unshaped material also allows expansion of the conduits caused by small temperature variations.
- the channel is housed in a reinforced concrete slab 12.
- An equalizing layer 11 eliminates the roughness of the concrete.
- the graphite blocks 6,7,8 excellent heat conductors create a practically uniform temperature zone around the permanent coating 4. This temperature is controlled essentially by the flow and the temperature of the cooling water. The assembly is adjusted so as to make the temperature at the reinforced concrete - cooling layer interface prevail below 100 ° C and preferably around 60 ° C.
- the permanent coating 4 made of bricks capable of withstanding the direct action of cast iron constitutes a thermal barrier which prevents the cooling system from drawing too much heat from the liquid cast iron.
- the material of the bricks resp. the number of brick layers to be superimposed is chosen in accordance with the desired degree of thermal insulation. Prehistoric cooling of certain highly stressed areas can be achieved by a judicious choice of the quality of the bricks of the refractory lining of the permanent layer. To drastically reduce the erosion of the wear layer, at the points where it is particularly stressed, one can replace some of the bricks of the coating 4 by bricks with high thermal conductivity 4a, which are preferably made of semi-graphite .
- conduits guiding the cooling fluid may be advantageous to fix the conduits guiding the cooling fluid to the outside thereon, eg by welding.
- the channel Since it is easy to maintain a temperature below 80 ° C in the isothermal zone, the channel is particularly suitable for being housed directly in the concrete structure. from the casting floor.
- the conduits guiding the coolant outside the construction can be arranged. ex. by welding U irons along the sheet. heat between the low temperature zone and the cooling system in this case passes through the support sheets that there is significant heating (temperature below 100 ° C).
- the spacing, shape and arrangement of the conduits must be chosen as a function of the thermal conductivity and the thickness of the layer constituting the low temperature zone as well as the desired temperature profile in the refractory lining.
- the conduits can be supplied in parallel or in series. To optimize the operation of the channel, the temperature of the coolant can be monitored and the flow rate can be varied depending on the temperature.
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Abstract
Description
- La présente invention concerne une rigole de coulée destinée à recevoir des métaux liquides d'un fourneau 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 mouvement pec- manent 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 aprés quelque 1.500°C à environ 1300°C. 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 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 l'air ambiant, soit par ventilation forcée. Ce mode de refroidissement peu efficace ne permet aucun refroidissement préférentiel d'une zone déterminée de la rigole. Normalement la tôle atteint une température qui est de 150 à 300°C 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'invervalle entre 2 coulées successives est de l'ordre de 5 à 8 heures. Sous l'effet des températures, la tôle de support et le revêtement réfractaire 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 p.ex. en cas de vidange occasionnel de la rigole lors d'un arrêt du haut fourneau. Ces fissures permettent à la fonte de s'infiltrer dans le revêtement réfractaire et il en résulte des percées de la rigole.
- La présente invention a comme 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.
- Ce but est atteint par la rigole selon l'invention dont le matériau réfractaire est entouré par une couche pratiquement isotherme dans laquelle règne une température de préférence inférieure à 100°C. Des réalisations préférentielles de la rigole sont décrites dans les sous-revendications.
- Les avantages de la rigole sont dûs à la présence d'une couche de matière maintenue à basse température et pratiquement isotherme, qui limite l'échauffement des structures de support de la rigole nt qui par sa grande capacité de distribution et d'évacuation des calories permet de figer toutes les infiltrations de métal liquide dans le revêtement réfractaire permanent de la rigole. La distribution des températures 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 l'ensemble et transmises aux structures de support de la rigole. En outre en utilisant dans la couche permanente des réfractaires ayant des conductibilités thermiques différentes, on peut soit isoler thermiquement différentes zones de la rigole pour limiter les déperditions calorifiques 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.
- L'invention sera mieux comprise à l'aide du dessin, où une forme d'exécution possible est représentée de manière non-limitative en fig.l. Le dessin montre une coupe partielle à travers une rigole conforme à l'invention.
- Un bain de fonte 1, portant une coucha de laitier 2, se trouve en contact 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 contre des blocs en graphite 7 et des éléments de refroidissements 10. Ces éléments 10 disposés aussi bien dans les parois latérales que dans le fond de la rigole 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 de la chaleur, assurant un bon contact thermique avec les tubes de refroidissement. Le matériau non façonné permet également une dilatation des conduits provoquée par des petits variations de température. La rigole est logée dans une dalle en béton armé 12. Une couche égalisa-trice 11 élimine les rugosités du béton.
- Les blocs en graphite supérieurs et les briques avoisinantes du revêtement permanent sont protégés par des segment 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 6,7,8 excellents conducteurs de la chaleur créent une zone de température 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 100° C et de préférence autour de 60°C.
- Le revêtement permanent 4 réalisé en briques capables de résister à l'action directe de la fonte 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 resp. le nombre de couches de briques qu'il faut superposer, est choisi conformément au degré d'isolation thermique désiré. Un refroidissement préféreh- tiel 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-graphite.
- A l'interface de la couche d'usure et du revêtement permanent règnent, suivant la conductibilité thermique locale du revêtement permanent et suivant le degré d'érosion de la couche d'usure 3, des températures comprises entre 100 et 1100° C.
- En cas d'une infiltration de fonte liquide dans d'éventuelbles fissures dans la couche d'usure 3 et dans le revêtement permanent 4, le métal se solidifiera immédiatement au contact des blocs en graphite 7 et 8, maintenus à basse température et n'aura aucun effet néfaste.
- On peut remplacer le graphite (coefficient de conductibilité thermique λ ≃ 80 Kcal/m°C heure) en tout ou en partie par un autre matériau comme p.ex. un produit à base de carbure de silicium (λ ≃ 15), de semi-graphite (λ ≃ 30) etc., dont les propriétés de conductibilité thermique sont élevées. On ne sort pas du cadre de l'invention en utilisant des matériaux métalliques, p.ex. des plaques de fonte (λ ≃80), d'acier (λ ≃ 30) ou de cuivre (λ ≃ 30) pour réaliser la zone de basse température. Il faut évidemment choisir les plaques métalliques assez épaisses (p. ex. 5 à 20 centimètres) pourqu'elles aient des capacités suffisantes d'absorption, de distribution et d'évacuation des calories. Ces plaques, dont l'épaisseur est choisie en fonction de leur conductibilité thermique, éviteront tout perçage lors d'infiltrations de métal liquide dans le revêtement réfractaire permanent.
- L'utilisation d'un matériau non-façonné adéquat ser 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 conductibilité thermique (p.ex.λ ≃ 2) entourant la zone de 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 isotherme ne dépasse pas quelque 100 °C. Ceci peut par exemple être assuré en choisissant un nombre élevé de conduits disposés tout près de la zone à basse température.
- Lors d'utilisation de plaques métalliques il peut être avantageux de fixer les conduits guidant le fluide de refroidissement à l'extérieur sur celles-ci p.ex. par soudage.
- Etant donnée qu'il est aisé de maintenir dans la zone isotherme une température inférieure à quelque 80 °C, la rigole est particulièrement adaptée à être logée directement dans la structure en béton ar- mé du plancher de coulée. Lorsque par contre on préfère l'utilisation construction en tôle pour la supporter, on pourra dispo- set Les conduits guidant le fluide de refroidissement à l'extérieur de la construction p. ex. en soudant des fers U le long de la tôle. calorifique entre la zone à basse température et le système de refroidissement passe dans ce cas à travers les tôles de support qu'il y ait une échauffement important (température inférieure à 100 °C).
- L'espacement, la forme et la disposition des conduits doit être choisie en fonction de la conductibilité thermique et de l'épaisseur de la couche constituant la zone de basse température ainsi que du profil de température 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 prex de l'huile.
- 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.
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