FR1465796A - Procédé pour prolonger la vie des garnissages réfractaires dans les fours kaldo, linz donawitz, demay ou du genre convertisseur acide ou basique - Google Patents
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Description
Procédé pour prolonger la vie des garnissages réfractaires dans les fours Kaldo, Linz Donawitz, DeMay ou du genre convertisseur acide ou basique.
La présente invention concerne le fonctionnement de fours à haute température, du type basique à oxygène, et a pour but principal d'accroître le tonnage unitaire de métal fourni par tel ou tel four au cours d'une campagne quelconque, quel que soit le type auquel appartiennent le four ou son garnissage.
Un autre but majeur de l'invention est d'appliquer sur les surfaces exposées à la flamme du garnissage réfractaire pendant que le four est, ou sensiblement, à sa température de fonctionnement, un revêtement protecteur qui évite la détérioration du garnissage porteur et soit en outre assez stable pour résister d'une part à l'érosion que lui impriment le métal et le laitier chauds en se déplaçant transversalement à sa surface et d'autre part à l'abrasion engendrée par les morceaux de ferraille ou riblons ajoutés dans le four.
Un autre but encore de l'invention est d'appliquer sur les surfaces exposées à la flamme du garnissage de four réfractaire des revêtements compatibles tant avec le garnissage qu'entre eux et qui soient encore plus réfractaires, et aptes à résister à des températures plus élevées, que le garnissage lui-même.
D'autres buts liés au fonctionnement de fours basiques à oxygène ressortiront de l'exposé détaillé qu'on donnera plus loin du fonctionnement de tels fours.
Enfin, un autre but de l'invention est de prévoir un matériel convenable, par exemple tuyaux d'amenée munis d'ajutages de projection et de supports convenables qu'on puisse enfoncer dans le four pour projeter le revêtement, sur les surfaces exposées à la flamme du revêtement de four réfractaire, en couches successives et assurer ainsi la protection du garnissage. En présence de températures extrêmes, on pourra refroidir à l'eau les tuyaux de projection et leurs supports pour assurer leur fonctionnement prolongé.
Un procédé suivant l'invention, permettant d'accroître la production d'un four basique à oxygène à haute température au cours d'une campagne, consiste essentiellement à projeter sur le garnissage récent d'un four pendant que ce four est ou sensiblement à sa température normale de fonctionnement, une série de couches de rétractaire protectrices successives compatibles à des intervalles suffisants pour permettre à la première couche de sécher, de durcir et de se fondre avec le garnissage et à chacune des couches suivantes de sécher, de durcir et de se fondre avec la couche précédente, jusqu'à avoir suffisamment épaissi le garnissage réfractaire pour qu'il puisse subir la détérioration qui apparaît pendant des coulées plus productives.
Suivant un autre de ses aspects, l'invention vise un procédé permettant de porter le tonnnage produit par un four basique à oxygène à haute température au-delà de la valeur normale, consistant essentiellement à faire fonctionner un four à garnissage récent dans des conditions normales en opérant, pendant un nombre de jours choisi, un nombre de coulées sensiblement inférieur à la normale et à projeter, pendant cette période initiale, sur le garnissage du four pendant que ce dernier est, ou sensiblement, à sa température de fonctionnement normal, une série de couches de réfractaire protectrices successives, dont chacune est individuellement séchée, durcie et fondue sur place, pour accroître notablement l'épaisseur totale du garnissage en vue de coulées ultérieures.
D'après ce qui précède, on voit que l'invention peut comprendre un procédé permettant de prolonger la vie de garnissages réfractaires de four basiques à oxygène, à haute température, consistant essentiellement :
a. A faire fonctionner le four dans des conditions normales en opérant, pendant un premier nombre de jours choisi, un nombre de coulées sensiblement inférieur à la normale et à projeter, pendant cette période initiale, sur le garnissage du four pendant que ce dernier est, ou sensiblement, à sa température de fonctionnement, une série de couches de réfractaire protectrices successives, dont chacune est individuellement séchée, durcie et fondue sur place, pour accroître notablement l'épaisseur totale du garnissage en vue de coulées ultérieures; b. A faire encore fonctionner le four dans des conditions normales, en opérant le nombre normal de coulées par jour, pendant un second nombre de jours choisi; c.A faire encore fonctionner le four dans des conditions normales, en opérant, pendant un troisième nombre de jours choisi, un nombre de coulées par jour légèrement inférieur à la normale et en projetant pendant cette période finale sur le garnissage du four pendant que le four est, ou sensiblement, à sa température de fonctionnement, une nouvelle série de couches de réfractaire protectrices successives qui conservent au garnissage une épaisseur suffisante pour que le four puisse continuer à fonctionner pendant la totalité de ladite période finale.
Au stade a, le nombre quotidien de coulées peut être de l'ordre de 2 à 8 et le premier nombre de jours choisi de l'ordre de 6 à 25.
Au stade b, le nombre quotidien de coulées est de préférence de l'ordre de 20 à 30 et le second nombre de jours choisi peut être de l'ordre de 4 à 10.
Au stade c, le nombre quotidien de coulées est de préférence de l'ordre de 16 à 28 et le troisième nombre de jours choisi peut être de l'ordre de 6 à 25.
L'invention vise encore un appareil pour l'application d'un revêtement réfractaire protecteur au garnissage réfractaire d'un four basique à oxygène, à haute température, fonctionnant comme dit ci-dessus, comportant en combinaison un tuyau de projection du réfractaire de revêtement muni d'un ajutage de protection convenable, un support rigide allongé, soutenant le tuyau de projection, capable de résister à la chaleur du four et des moyens permettant de déplacer en translation ledit support, portant le tuyau de projection, pour l'introduire dans le four et l'en extraire quand ce four est en position sensiblement horizontale.
Dans un appareil suivant l'invention, les moyens permettant de déplacer en translation le support du tuyau de projection peuvent comporter un bâti mobile, sur lequel est monté le support, situé sur une plate-forme près du four, ce bâti pouvant s rapprocher et s'écarter du four en déplaçant le support en translation.
Le support du tuyau de projection peut être articulé sur le bâti pour pouvoir pivoter verticale ment afin de placer l'ajutage de projection, dans le four, à divers niveaux choisis.
Le montage du support de tuyau de projectior peut comporter un baladeur aérien agencé pour se mouvoir sur un chemin de roulement qui s'étend en avant et en arrière du bâti mobile et le raccordement entre le support du tuyau de projection et le baladeur aérien peut comporter un agencement de chaînes et de poulies permettant de soulever et d'abaisser le support par rapport au bâti mobile.
La présente invention vise encore un cycle de fonctionnement permettant de prolonger simultanément la vie des garnissages de deux fours à l'aide des stades a, b, c précités, en prévoyant pour les deux fours les programmes de fonctionnement respectifs suivants :
En variante, pour prolonger simultanément la vie des garnissages réfractaires de plusieurs fours (par exemple trois) à l'aide des stades a, b, c précités, on peut utiliser un cycle de fonctionnement dans lequel les programmes respectifs de fonctionnement des fours sont les suivants :
En faisant fonctionner des fours à haute température, tels que fours Kaldo, Linz-Donawitz, DeMay et du genre convertisseur acide ou basique, suivant la présente invention, on assure au garnissage réfractaire de chaque four une vie accrue, c'est-àdire plus longue qu'on ne saurait ordinairement l'espérer dans les conditions de fonctionnement extrêmes qui apparaissent, le résultat net étant une réduction du prix de revient unitaire des garnissages et une prolongation des campagnes.L'invention permet de faire fonctionner non seulement de fours de genres précités, mais encore des convertisseurs électriques suivant un programme pré-établi de production et de restauration afin de faire fonctionner en continu ces fours pendant des temps beaucoup plus longs qu'on ne le pouvait jusqu'à présent, de manière à accroître la quantité d'acier produite pendant toute campagne donnée.
Pour faire clairement comprendre l'invention, on va maintenant en décrire à titre d'exemple un mode de réalisation préféré, en se référant aux dessins schématiques annexés, sur lesquels : La figure 1 montre en coupe transversale un four basique à oxygène du type Linz-Donawitz, basculé vers la gauche pour être chargé de riblons; La figure 2 est une vue analogue du four dans la même position, mais pendant addition de fonte en fusion; La figure 3 est une vue analogue du four ramené en position verticale pour l'addition de constituants de laitier tels que castine en poudre, etc.; La figure 4 est une vue analogue du four en positîon verticale pour l'insufflation d'oxygène et représente la hotte à refroidissement par eau et la lance à oxygène; La figuie 5 est une vue analogue du four basculé vers la droite pour la coulée de l'acier en fusion dans une poche;La figure 6 montre en coupe transversale le four amené en position horizontale, après basculement vers la droite, en vue de la réparation du garnissage et montre aussi en coupe transversale comment le plancher et l'appareil de projection se situent par rapport au four; La figure 7 montre en coupe transversale un four basique à oxygène du type Kaldo et indique en traits interrompus les diverses positions prises par le four pendant le cycle de fonctionnement; La figure 8 montre en coupe transversale un four basique à oxygène, son garnissage et les tourillons autour desquels le four bascule en fonctionnement. En considérant d'abord la figure 1, on voit le four 10, portant un garnissage de briques 11, amené à l'inclinaison voulue pour qu'on puisse y charger commodément des riblons 12 à partir d'un récipient 13 monté sur un chariot 14.On notera que le garnissage 11 du four subit, côté chargement, une abrasion sévère telle qu'indiquée dans la zone 15, qui constitue la première zone à réparer pour que le four puisse fonctionner pendant des temps prolongés. Dans certains cas, on garnit cette zone de briques résistant à l'abrasion pour minimiser ce genre d'usure. La figure 2 montre la fonte en fusion 16 qu'on verse sur les riblons 12 à partir de la poche 17. Le métal chaud ajouté ne provoque que peu ou point d'abrasion ni d'érosion en tombant sur les riblons. La figure 3 illustre l'addition de constituants de laitier, tels que castine en poudre 18, à partir d'une goulotte suspendue 19. Là encore, la castine ne provoque que peu ou point d'abrasion, du fait qu'elle est réduite en grains fins.La figure 4 montre, posée sur le four, la hotte 20 à refroidissement par eau, munie d'un conduit qui envoie les gaz chauds dans un dispositif de précipitation, pour les débarrasser des particules solides qu'ils contiennent. La hotte 20 est garnie de la lance à oxygène 22, disposée de manière à souffler l'oxygène de haut en bas sur le métal en fusion et les riblons. On agence le corps de lance 21 de manière à pouvoir y faire circuler de l'eau froide afin d'éviter que la lance ne soit détériorée par la forte chaleur engendrée dans le four.Pendant cette opération, du fait que la chaleur est vive et que le métal en fusion et le laitier sont en ébullition, il apparaît un net motif d'usure : le garnissage 11 du four 10 subit une érosion en quatre zones définies indiquées en 25, 26, 27 et 28 et, de manière assez étrange, le motif d'usure indiqué en 25 et 27 n'est pas toujours périphérique, mais apparaît en des points qui occupent sur la section du four les mêmes positions que les chiffres 2, 4, 8 et 10 sur un cadran d'horloge, les angles inclus les plus petits étant situés sur l'axe du mécanisme de basculement. Les motifs d'usure apparaissant en 25 et 27 ne sont pas verticaux, mais inclinés vers l'intérieur et sont engendrés par le métal et le laitier chauds pendant que le four est basculé.Il apparaît aussi un motif d'usure accusé en 11a, à la jointure entre le garnissage de la base et celui de la paroi cylindrique : on bourre cette jointure de matériau convenable.
Le four du type Linz-Donawitz bascule seulement et ne tourne pas, de sorte qu'il n'y a pas ambiguïté sur l'emplacement des motifs d'usure.
Le motif d'usure indiqué en 26 et 28 est plus ou moins continu sur la périphérie, tant que les variables de fonctionnement du four demeurent constantes; il résulte d'érosion et d'effritement sous l'action des hautes températures engendrées pendant soufflage. Dans ce genre de conversion de la fonte en acier, il n'est pas exceptionnel de procéder à une coulée au bout de 50 à 60 minutes après avoir commencé à charger le four de riblons et de métal chaud, ce qui indique nettement que le métal chaud subit dans le four un mouvement beaucoup plus important que dans un four Martin.
La figure 5 illustre la coulée du métal en fusion dans la poche 32 qui repose sur le chariot 33, On incline le four de manière à ce que la couche de laitier 34 demeure au-dessus du trou de coulée 35, pour éviter de couler du laitier hors du four avec l'acier. On vide complètement le four du métal en l'inclinant simplement de plus en plus jusqu'à évacuation totale du métal. On asperge parfois le laitier d'eau froide, avant coulée, pour avoir la certitude de ne pas déverser de laitier. L'érosion du four proprement dit est faible ou nulle, mais celle du trou de coulée est considérable, ce qui oblige à réparer très souvent ce trou pour que la coulée ait lieu convenablement.La figure 6 montre le four 10 amené à l'horizontale, par basculement vers la droite à partir d'une position verticale de référence, en vue de réparer le garnissage 11; elle montre aussi en coupe transversale à quel niveau le plancher 36 se situe par rapport au four. Elle montre encore la flèche ou volée 37, au sommet de laquelle est monté le tuyau d'amenée 38 sur lequel est fixé l'ajutage de projection 39. La flèche est articulée en 40 à l'endroit où elle traverse l'écran ou cache 41, ce qui permet de la faire pivoter pour revêtir toute la surface intérieure du garnissage réfractaire. Le cache 41 présente une fenêtre 42, en verre fortement réfractaire, permettant à l'opérateur de diriger le jet vers les zones usées, érodées, abrasées et effritées.Le cache est formé d'une plaque d'acier d'épaisseur convenable et lui-même revêtu de matériau isolant sous forme de briques ou de briquetons pour protéger l'opérateur de la chaleur. Il est monté sur le bâti en V renversé 43 de manière à ce qu'on puisse faire avancer ou reculer à volonté tout le groupe pour placer convenablement la flèche et son ajutage de projection.
La flèche 37 porte à l'arrière un contrepoids 44 qui contrebalance le poids de son extrémité avant insérée dans le four; en outre, un engin de levage à chaîne 45 est relié par un câble 46 à un prolongement 47 prévu à l'arrière de la flèche pour déplacer verticalement la flèche, une fois celle-ci insérée dans le four. Le bâti en V renversé 43 est en aluminium ou acier et, du fait qu'il est léger et muni de roulettes, on peut aisément le déplacer sur le plancher 36 pour conférer à la flèche la position voulue dans le four. Dans certains cas, on peut assurer le refroidissement à l'eau de la flèche pour pouvoir l'utiliser plus longtemps dans le four. On peut aussi refroidir à l'eau le tuyau d'amenée 38 et le faire tourillonner autour de son axe.
Le réfractaire à projeter arrive dans l'état voulu, à sec ou en suspension, au tuyau d'amenée 38 et à l'ajutage de projection 39 par le tuyau souple 48, partant d'un malaxeur propre à fournir le réfractaire dans l'un ou l'autre état, à volonté. Dans certains cas, quand le réfractaire arrive à sec au tuyau 38, on peut lui mélanger de l'eau en ajoutant un ajutage mélangeur incliné à 45[deg] à l'endroit où le tuyau souple rejoint le tuyau 38.
On peut aussi utiliser la flèche pour mesurer les dimensions des motifs d'usure et l'épaisseur des couches appliquées, afin de pouvoir contrôler toutes les phases de l'opération.
On peut supprimer le bâti en V renversé 43 et monter la flèche 37 sur un chariot roulant sur des rails empruntés par d'autres chariots servant à des fins diverses. On peut encore monter la flèche sur un ensemble de rails transversaux fixés au sommet du chariot pour pouvoir la déplacer horizontalement à va-et-vient, son mouvement vertical étant assuré par des vérins hydrauliques, ou même éventuellement à vis. On peut même prévoir la flèche en plusieurs pièces pour pouvoir la transporter plus facilement d'un four à l'autre; on peut encore la replier sur elle-même, vers le haut ou vers l'arrière.
Il faut la réaliser en acier inoxydable et éventuellement la refroidir à l'eau pour pouvoir opérer des projections prolongées.
La figure 7 montre les diverses positions prises par le four basique à oxygène du type Kaldo pendant son cycle de fonctionnement. La position de chargement de métal chaud et de riblons est indiquée en traits interrompus, en haut et à droite, en 51, la position de soufflage et d'addition .de castine et de minerai en trait plein en 52, et la position de coulée en traits interrompus, en bas et à gauche, en 53. Il ne faut pas oublier que, suivant le procédé Kaldo, le four 50 tourne autour de son axe et qu'il apparaît donc un motif d'usure plus régulier à la surface du garnissage réfractaire.
Ici encore, l'entrée du four est garnie d'une hotte à refroidissement par eau articulée, dans laquelle sont montés la lance à oxygène 22, refroidie par eau, et sa chemise d'eau 55, ainsi que l'élément 54 de chargement de castine et de minerai.
La réfection de ce garnissage s'opère comme pour le four Linz-Donawitz, selon un programme choisi.
On peut amener le four, en le faisant pivoter autour de l'axe des paliers porteurs 30a, en une position horizontale dans laquelle on peut utiliser la flèche après avoir conféré à la hotte la position effacée indiquée en 56, ou encore insérer un tuyau de projection 57 muni d'un ajutage et raccordé à un tuyau souple 58, entre la hotte et l'entrée du four, en utilisant un cache 42 pour protéger l'opérateur.
La figure 8 montre en coupe transversale un convertisseur basique à oxygène 10, muni d'un garnissage 11 et de tourillons 60 autour desquels il pivote en fonctionnement dans des paliers tels que 30a. Le fonctionnement d'un four de ce genre est semblable à celui du four Linz-Donawitz et, pour plus de brièveté, on s'abstiendra de le décrire à nouveau.
D'après ce qui précède, on voit clairement que l'invention offre un procédé permettant de prolonger le temps de service de garnissages réfractaires de fours Kaldo, Linz-Donawitz, DeMay ou du genre convertisseur basique ou acide, dont on pourra choisir les variables selon le nombre de coulées à opérer au cours de toute campagne donnée. Si l'on dispose de deux ou plusieurs fours, on pourra les faire fonctionner alternativement et éviter toute interruption de la production.
Le temps de vie normal d'un four se chiffre par 175 à 250 coulées pendant une campagne quelconque. Suivant la présente invention, on peut porter le nombre de coulées entre 450 et 500 ou plus, ce qui réduit notablement le coût du garnissage par tonne d'acier produit et assure une production ininterrompue.
Le réfractaire utilisé pour réparer et revêtir les garnissages peut être de toute nature, pourvu qu'il soit compatible avec le garnissage et se prête à la mise en u̇vre de l'invention telle que décrite cidessus. On pourra toutefois trouver dans les trois brevets français suivants, des exemples de réfractaires convenables : n[deg] 1.195.008, suivant lequel la composition de revêtement contient essentiellement du minerai de chrome; n[deg] 1.364.596, suivant lequel cette composition est un mélange de minerai de chrome et de magnésie, avec prédominance du minerai du chrome; n[deg] 1.354.941 suivant lequel elle est un mélange de minerai de chrome et de magnésie, avec prédominance de la magnésie. On pourra aussi utiliser à la mise en u̇vre du procédé des appareils de projection d'autres genres connus.
L'expérimentation a montré qu'en opérant comme décrit ci-dessus, on peut prolonger grandement la vie d'un garnissage neuf de four du genre décrit et atteindre souvent un nombre de coulées de 500 à 600 ou plus, ce qui, en fait, double ou triple le temps de vie normal du garnissage, en adoptant le processus suivant :
a. On fait fonctionner le four dans des conditions normales en opérant, pendant un premier nombre de- jours choisi, un nombre de coulées par jour nettement inférieur à la normale : par exemple, 2 à 8 coulées quotidiennes pendant 6 à 25 jours consécutifs, mais de préférence 4 coulées quotidiennes pendant 13 jours consécutifs, ce qui donne un total de 52 coulées pendant cette période intitiale. On projette sur le garnissage du four, pendant cette période intiale - alors que le four est encore, ou sensiblement, à sa température de fonctionnement - une série de couches de réfractaire protectrices successives pour accroître sensiblement l'épaisseur du garnissage en vue de coulées ultérieures; b.On continue à faire fonctionner le four dans des conditions normales en opérant, pendant un second nombre de jours choisi, le nombre normal de coulées par jour; par exemple, 20 à 30 coulées par jour pendant 4 à 10 jours consécutifs, mais de préférence 25 coulées par jour pendant 8 jours consécutifs, ce qui donne un total de 200 nouvelles coulées pendant cette période intermédiaire; c.On continue à faire fonctionner le four dans des conditions normales, en opérant, pendant un troisième nombre de jours choisi, un nombre de coulées par jour légèrement inférieur à la normale : par exemple, 16 à 28 coulées par jour pendant 6 à 25 jours consécutifs, mais de préférence 20 coulées par jours pendant 13 jours consécutifs, ce qui donne en total 260 nouvelles coulées pour cette période finale, et de préférence un total général de 512 coulées; on projette sur le garnissage du four pendant cette période finale, alors que le four est, ou sensiblement, à sa température de fonctionnement, une nouvelle série de couches de réfractaire protectrices successives qui conservent au garnissage une épaisseur suffisante pour que le four puisse continuer à fonctionner pendant la totalité de ladite période finale.Avant les projections, on charge de réfractaire les zones fortement abrasées, érodées par le laitier et le métal chaud ou effritées, pour restituer au garnissage une épaisseur uniforme.
Au cours du stade (a) ci-dessus, il n'est indispensable, ni d'opérer 4 coulées par jour pendant 13 jours consécutifs, ni d'exécuter quotidiennement pendant cette période initiale, des projections pendant le fonctionnement du four. Le but à atteindre pendant ce stade (a) est de rendre le garnissage de briques neuves stable à la chaleur et de le revêtir d'une série de couches protectrices successives pour accroître notablement son épaisseur en vue du fonctionnement au cours des stades b et c.Un garnissage neuf risque de se trouver sérieusement endommagé si l'on opère, en régime normal de fonctionnement, le nombre normal de coulées par jour, car il ne faut pas oublier que la matière constitutive des briques du garnissage n'a pas encore tout à fait atteint l'état d'équilibre ou de stabilité à la chaleur et que, même une fois cet état atteint, les briques subissent encore une abrasion, une érosion et un effrittement en fonctionnement normal, de sorte qu'il y aurait réduction d'épaisseur en l'absence des couches protectrices.Pour accroître dans la mesure nécessaire l'épaisseur du garnissage, on applique ces couches non pas continuellement pendant toute la période initiale, mais à des intervalles suffisants pour permettre à la première couche de sécher, de durcir et de se fondre avec le garnissage porteur, puis à chaque couche suivante de sécher, de durcir et de se fondre avec la couche précédente, jusqu'à ce que le garnissage ait atteint l'épaisseur désirée. On détermine l'épaisseur de chaque couche successive d'après les conditions dans lesquelles le four fonctionne, et le nombre de couches successives d'après les conditions de fonctionnement ultérieur.Il y a toutefois un avantage marqué à appliquer les couches protectrices successives à intervalles choisis pendant une période initiale où le four fonctionne en régime normal : en effet, les conditions thermiques qui règnent dans le four pendant le fonctionnement normal diffèrent de celles qui apparaîtraient si l'on maintenait simplement le garnissage en briques du four exactement ou sensiblement à la température de fonctionnement pendant un temps donné. Autrement dit, pendant le fonctionnement normal du four, le garnissage subit non seulement l'abrasion provoquée par les riblons chargés dans le four, mais encore une érosion et un effritement provoqués . par le métal en fusion qu'on verse sur les riblons, ainsi que par l'agitation imprimée au métal en fusion par l'oxygène soufflé au sein de ce métal.Ainsi, le- garnissage subit, à un moment, la plus grande chaleur qui apparaisse en fonctionnement normal, et, à un autre moment, une chaleur moindre du fait du refroidissement momentané subi par le métal en fusion dans les conditions indiquées.
Il ne faut pas longtemps au garnissage pour atteindre un état très stable et, ensuite, les couches protectrices qu'on lui applique lui permettent de supporter les conditions dures qui apparaissent, du fait qu'elles lui confèrent une épaisseur accrue à la fin de la période initiale. Un autre facteur important est la durée des intervalles respectés après application des couches successives pour laisser ces dernières sécher, durcir et se fondre comme dit cidessus, afin qu'elles puissent réagir individuellement avec les gaz du four, jusqu'à application de toutes les couches.L'épaisseur de l'ensemble des couches peut atteindre 15 cm et on conçoit qu'un tel revêtement épais, outre qu'il accuse le caractère réfractaire de l'ensemble du garnissage porteur, empêche en fait ce dernier d'être détérioré ou effrité pendant fonctionnement ultérieur parce qu'il réduit les gradients de température appliqués au garnissage. Il va sans dire que la protection assurée au garnissage porteur s'étend aussi à l'enveloppe du four. Bref, suivant l'invention, c'est cette période initiale - comportant avantageusement 4 coulées quotidiennes pendant 13 jours consécutifs - qui détermine en fait le temps de vie total du garnissage.
Alors que le four continue à fonctionner comme décrit ci-dessus pour le stade (b), son revêtement protecteur est apte à résister à l'abrasion, à l'érosion par le laitier et le métal chaud et à l'effritement qui apparaissent, sans qu'on ait à opérer de nouvelle projection. Bien entendu, le nombre de jours de fonctionnement que comporte cette période intermédiaire varie suivant l'accroissement d'épaisseur imprimé au garnissage pendant la période intiale.
Pendant fonctionnement ultérieur du four tel que décrit ci-dessus pour le stade (c), le nombre quotidien de coulées et le nombre de jours consécutifs constituant cette période finale pourront aussi varier suivant l'accroissement d'épaisseur imprimé au garnissage pendant période intiale et suivant la réduction subie par cette épaisseur au cours du stade (b). Le nombre de projections opérées pendant cette période finale peut donc varier aussi mais, de toute manière, il faut appliquer au garnissage, pendant cette période finale, une nouvelle série de couches de réfractaire protectrices successives qui conservent au garnissage une épaisseur suffisante pour que le four continue à fonctionner pendant toute la période finale.Comme pour le stade (a), les intervalles entre applications doivent être suffisants pour que la première couche appliquée au garnissage après le stade (b) sèche, durcisse et se fonde avec le garnissage usé et pour que chaque couche successive sèche, durcisse et se fonde avec la couche précédente, jusqu'à ce que le garnissage ait atteint l'épaisseur désirée.Pendant cette période finale, le but est de conserver au garnissage une épaisseur maximale uniforme au niveau des zones d'usure, de sorte qu'il faut de préférence effectuer des projections quotidiennes pendant le fonctionnement du four.
Il est possible de restaurer les zones usées, effritées, abrasées ou érodées des garnissages à l'aide d'un réfractaire compatible, de nature à adhérer au garnissage porteur en briques et à en -devenir partie intégrante pour permettre ainsi au four de fonctionner pendant des temps prolongés et accroître considérablement le nombre de coulées possibles au cours de toute campagne donnée. On peut obtenir ce résultat en appliquant un programme conçu d'avance d'après la réduction d'épaisseur subie par le garnissage au bout de tout nombre donné de coulées, afin d'ajuster suivant les besoins l'épaisseur du garnissage.Ce programme peut prévoir soit de faire fonctionner les fours pour opérer un petit nombre de coulées quotidiennes et de remplacer journellement, par petits apports successifs, les parties abrasées, érodées et effritées, soit de faire fonctionner les fours à raison d'un plus grand nombre de coulées quotidiennes et de remplacer les parties abrasées, érodées et effritées par apports journaliers plus importants, ce qui permet de prévoir des jours sans réfection et d'établir ainsi à volonté le programme de fonctionnement du four, compte tenu du nombre de coulées quotidiennes et de la production journalière, du motif d'usure résultant des coulées opérées chaque jour, de l'apport quotidien de réfractaire appliqué sur le garnissage pour compenser tant l'usure localisée suivant des motifs que l'usure d'ensemble,et du nombre total de coulées qu'on désire opérer par campagne. On a établi que, dans chacun des types particuliers de fours précités, il apparaît en général un motif d'usure défini en fonctionnement normal et il est donc possible d'appliquer aux zones affectées une suspension de réfractaire pendant que le four est chaud pour restituer au garnissage son épaisseur initiale ou même accroître cette épaisseur. On va maintenant donner à titre d'exemple un programme établi pour la mise en u̇vre de l'invention :
On démarre avec un four à garnissage réfractaire neuf et on adopte un programme établi en tenant compte du nombre de fours en action et du nombre quotidien de coulées à prévoir pour obtenir le tonnage journalier désiré. Avantageusement, on conçoit le programme pour avoir toujours un four au stade de fonctionnement (b), c'est-à-dire pour obtenir d'un four le tonnage journalier maximum pendant regarnissage d'un autre four, et l'on répartit les autres stades de manière à obtenir conjointement le tonnage journalier maximum dont le four fraîchement regarni fournit la plus faible partie. Ainsi, l'exemple préféré est le suivant :
(Voir tableau, colonne ci-contre) Ce tableau s'explique de lui-même et repose sur le principe qu'il faut toujours avoir un four en marche et assurer chaque fois que c'est possible une production ininterrompue. Les temps de projection indiqués sous (1) et (2) sont prévus pour que les garnissages demeurent normalement en bon état et assez épais pour subsister jusqu'au-delà de 500 coulées. On a constaté que, quand les fours fonctionnent normalement, le taux d'usure du garnissage ou de son revêtement déposé par projection est d'environ 13 mm par 7 ou 8 coulées.
La nature du réfractaire qu'on mélange à de l'eau pour obtenir la suspension à projeter dépend du type de garnissage prévu dans le four et du mode de fonctionnement de ce dernier. En général, on utilise des mélanges en proportions variables de chromite et de magnésie ou de la magnésie isolée. Dans tous les cas, la suspension de réfractaire contient des liants et agents de suspension et de dispersion convenables, propres à retenir le réfractaire sur la surface chaude du garnissage en briques réfractaires.
Comme dit plus haut, on commence la projection alors que le garnissage est à la température de fonctionnement, ou sensiblement, et l'on applique le réfractaire en couches; lorsqu'après application de plusieurs couches dans un four, le garnissage cesse d'être porté au rouge, on le ramène à l'aide d'un chalumeau à gaz à la température de fonctionnement normale. Si le garnissage cesse d'être porté au rouge, c'est simplement parce que certaines calories ont servi à sécher les couches de réfractaire,
tandis que d'autres ont été perdues par rayonnement, mais ces pertes sont insuffisantes pour provoquer au c u̇r du garnissage une chute de température assez brusque pour provoquer un effritement.Il en est de même pendant le processus inverse de réchauffage du garnissage : le c u̇r du réfractaire est assez chaud pour qu'on puisse ramener la surface à la température de fonctionnement sans provoquer d'effritement.
On opère les restaurations locales normales pendant le stade (c) précité en procédant normalement comme suit :
1. On recharge les zones où de l'usure apparaît suivant un motif normal, couche par couche, pour restituer sensiblement au garnissage son épaisseur normale, en chauffant au chalumeau si besoin est; 2. En variante, on recharge en appliquant une seule couche épaisse et l'on introduit dans la zone rechargée du laitier chaud pour contribuer à cuire la surface et à la protéger pour la coulée suivante; 3. On applique ensuite les couches réfractaires à toute la surface du garnissage.
On peut ainsi conserver au garnissage une épaisseur donnée, uniforme ou presque, pendant 550 coulées et plus.
Pendant le fonctionnement normal d'une aciérie, on est amené dans divers cas à mettre un four à l'arrêt et à en utiliser un second pour assurer la production journalière minimale. On peut avoir à arrêter les fours soufflés à l'air pour les nettoyer et les restaurer et il arrive aussi qu'il faille mettre à l'arrêt tout ou partie d'une installation à soufflage d'oxygène aux fins d'entretien et de réparation. De tels cas exigent la révision du programme, mais ne posent en aucun cas de problèmes, car les programmes précités peuvent être aisément modifiés, de sorte que de telles nécessités ne portent pas atteinte à la production journalière minimale.
Le programme cité plus haut est établi sur place pour le fonctionnement particulier de deux fours et l'on peut faire varier le nombre de jours prévu à chaque stade pour satisfaire à des impératifs d'entretien et à des programmes de production dans chaque cas particulier. C'est ainsi qu'on peut combiner les programmes pour qu'ils se chevauchent et permettent de restaurer un four, pendant que l'autre continue à fonctionner, à un moment voisin du début ou du milieu d'une campagne, pour que le groupe continue à fournir le tonnage minimum nécessaire. De même, on peut déduire du programme de base un programme de production ininterrompue en utilisant trois fours, dont deux continuent ainsi à fonctionner pendant que le troisième est à l'arrêt pour regarnissage.Le temps normal d'arrêt pour regarnissage est d'environ 5 à 7 jours dans ce cas particulier et, à moins de constater un défaut dans l'enveloppe du four, on peut respecter ce délai et l'adopter pour l'élaboration des programmes. On peut éventuellement majorer ce délai d'un ou deux jours dans le programme et l'on notera qu'il est, dans le stade (b) décrit plus haut, de 8 jours, dont 5 à 7 pour la réfection du four et 1 à 3 comme marge de sécurité.
La présente invention est particulièrement indiquée pour application à des fours à haute température des types Kaldo, Linz-Donawitz, DeMay et du genre convertisseurs basiques ou acides et sa mise en u̇vre confère au garnissage du four une vie prolongée, c'est-à-dire plus longue qu'on ne saurait normalement l'espérer dans les conditions de fonctionnement extrêmes, le résultat net étant une réduction du prix de revient unitaire des garnissages et une prolongation des campagnes.
L'invention est applicable non seulement aux fours des genres précités, mais aussi aux convertisseurs électriques qu'elle permet de faire fonctionner en continu, suivant un programme de production et de réfection pré-établi, pendant beaucoup plus longtemps qu'il n'était possible jusqu'à présent, ce qui accroît la production d'acier au cours de toute campagne donnée.
La présente invention concerne le fonctionnement de fours à haute température, du type basique à oxygène, et a pour but principal d'accroître le tonnage unitaire de métal fourni par tel ou tel four au cours d'une campagne quelconque, quel que soit le type auquel appartiennent le four ou son garnissage.
Un autre but majeur de l'invention est d'appliquer sur les surfaces exposées à la flamme du garnissage réfractaire pendant que le four est, ou sensiblement, à sa température de fonctionnement, un revêtement protecteur qui évite la détérioration du garnissage porteur et soit en outre assez stable pour résister d'une part à l'érosion que lui impriment le métal et le laitier chauds en se déplaçant transversalement à sa surface et d'autre part à l'abrasion engendrée par les morceaux de ferraille ou riblons ajoutés dans le four.
Un autre but encore de l'invention est d'appliquer sur les surfaces exposées à la flamme du garnissage de four réfractaire des revêtements compatibles tant avec le garnissage qu'entre eux et qui soient encore plus réfractaires, et aptes à résister à des températures plus élevées, que le garnissage lui-même.
D'autres buts liés au fonctionnement de fours basiques à oxygène ressortiront de l'exposé détaillé qu'on donnera plus loin du fonctionnement de tels fours.
Enfin, un autre but de l'invention est de prévoir un matériel convenable, par exemple tuyaux d'amenée munis d'ajutages de projection et de supports convenables qu'on puisse enfoncer dans le four pour projeter le revêtement, sur les surfaces exposées à la flamme du revêtement de four réfractaire, en couches successives et assurer ainsi la protection du garnissage. En présence de températures extrêmes, on pourra refroidir à l'eau les tuyaux de projection et leurs supports pour assurer leur fonctionnement prolongé.
Un procédé suivant l'invention, permettant d'accroître la production d'un four basique à oxygène à haute température au cours d'une campagne, consiste essentiellement à projeter sur le garnissage récent d'un four pendant que ce four est ou sensiblement à sa température normale de fonctionnement, une série de couches de rétractaire protectrices successives compatibles à des intervalles suffisants pour permettre à la première couche de sécher, de durcir et de se fondre avec le garnissage et à chacune des couches suivantes de sécher, de durcir et de se fondre avec la couche précédente, jusqu'à avoir suffisamment épaissi le garnissage réfractaire pour qu'il puisse subir la détérioration qui apparaît pendant des coulées plus productives.
Suivant un autre de ses aspects, l'invention vise un procédé permettant de porter le tonnnage produit par un four basique à oxygène à haute température au-delà de la valeur normale, consistant essentiellement à faire fonctionner un four à garnissage récent dans des conditions normales en opérant, pendant un nombre de jours choisi, un nombre de coulées sensiblement inférieur à la normale et à projeter, pendant cette période initiale, sur le garnissage du four pendant que ce dernier est, ou sensiblement, à sa température de fonctionnement normal, une série de couches de réfractaire protectrices successives, dont chacune est individuellement séchée, durcie et fondue sur place, pour accroître notablement l'épaisseur totale du garnissage en vue de coulées ultérieures.
D'après ce qui précède, on voit que l'invention peut comprendre un procédé permettant de prolonger la vie de garnissages réfractaires de four basiques à oxygène, à haute température, consistant essentiellement :
a. A faire fonctionner le four dans des conditions normales en opérant, pendant un premier nombre de jours choisi, un nombre de coulées sensiblement inférieur à la normale et à projeter, pendant cette période initiale, sur le garnissage du four pendant que ce dernier est, ou sensiblement, à sa température de fonctionnement, une série de couches de réfractaire protectrices successives, dont chacune est individuellement séchée, durcie et fondue sur place, pour accroître notablement l'épaisseur totale du garnissage en vue de coulées ultérieures; b. A faire encore fonctionner le four dans des conditions normales, en opérant le nombre normal de coulées par jour, pendant un second nombre de jours choisi; c.A faire encore fonctionner le four dans des conditions normales, en opérant, pendant un troisième nombre de jours choisi, un nombre de coulées par jour légèrement inférieur à la normale et en projetant pendant cette période finale sur le garnissage du four pendant que le four est, ou sensiblement, à sa température de fonctionnement, une nouvelle série de couches de réfractaire protectrices successives qui conservent au garnissage une épaisseur suffisante pour que le four puisse continuer à fonctionner pendant la totalité de ladite période finale.
Au stade a, le nombre quotidien de coulées peut être de l'ordre de 2 à 8 et le premier nombre de jours choisi de l'ordre de 6 à 25.
Au stade b, le nombre quotidien de coulées est de préférence de l'ordre de 20 à 30 et le second nombre de jours choisi peut être de l'ordre de 4 à 10.
Au stade c, le nombre quotidien de coulées est de préférence de l'ordre de 16 à 28 et le troisième nombre de jours choisi peut être de l'ordre de 6 à 25.
L'invention vise encore un appareil pour l'application d'un revêtement réfractaire protecteur au garnissage réfractaire d'un four basique à oxygène, à haute température, fonctionnant comme dit ci-dessus, comportant en combinaison un tuyau de projection du réfractaire de revêtement muni d'un ajutage de protection convenable, un support rigide allongé, soutenant le tuyau de projection, capable de résister à la chaleur du four et des moyens permettant de déplacer en translation ledit support, portant le tuyau de projection, pour l'introduire dans le four et l'en extraire quand ce four est en position sensiblement horizontale.
Dans un appareil suivant l'invention, les moyens permettant de déplacer en translation le support du tuyau de projection peuvent comporter un bâti mobile, sur lequel est monté le support, situé sur une plate-forme près du four, ce bâti pouvant s rapprocher et s'écarter du four en déplaçant le support en translation.
Le support du tuyau de projection peut être articulé sur le bâti pour pouvoir pivoter verticale ment afin de placer l'ajutage de projection, dans le four, à divers niveaux choisis.
Le montage du support de tuyau de projectior peut comporter un baladeur aérien agencé pour se mouvoir sur un chemin de roulement qui s'étend en avant et en arrière du bâti mobile et le raccordement entre le support du tuyau de projection et le baladeur aérien peut comporter un agencement de chaînes et de poulies permettant de soulever et d'abaisser le support par rapport au bâti mobile.
La présente invention vise encore un cycle de fonctionnement permettant de prolonger simultanément la vie des garnissages de deux fours à l'aide des stades a, b, c précités, en prévoyant pour les deux fours les programmes de fonctionnement respectifs suivants :
En variante, pour prolonger simultanément la vie des garnissages réfractaires de plusieurs fours (par exemple trois) à l'aide des stades a, b, c précités, on peut utiliser un cycle de fonctionnement dans lequel les programmes respectifs de fonctionnement des fours sont les suivants :
En faisant fonctionner des fours à haute température, tels que fours Kaldo, Linz-Donawitz, DeMay et du genre convertisseur acide ou basique, suivant la présente invention, on assure au garnissage réfractaire de chaque four une vie accrue, c'est-àdire plus longue qu'on ne saurait ordinairement l'espérer dans les conditions de fonctionnement extrêmes qui apparaissent, le résultat net étant une réduction du prix de revient unitaire des garnissages et une prolongation des campagnes.L'invention permet de faire fonctionner non seulement de fours de genres précités, mais encore des convertisseurs électriques suivant un programme pré-établi de production et de restauration afin de faire fonctionner en continu ces fours pendant des temps beaucoup plus longs qu'on ne le pouvait jusqu'à présent, de manière à accroître la quantité d'acier produite pendant toute campagne donnée.
Pour faire clairement comprendre l'invention, on va maintenant en décrire à titre d'exemple un mode de réalisation préféré, en se référant aux dessins schématiques annexés, sur lesquels : La figure 1 montre en coupe transversale un four basique à oxygène du type Linz-Donawitz, basculé vers la gauche pour être chargé de riblons; La figure 2 est une vue analogue du four dans la même position, mais pendant addition de fonte en fusion; La figure 3 est une vue analogue du four ramené en position verticale pour l'addition de constituants de laitier tels que castine en poudre, etc.; La figure 4 est une vue analogue du four en positîon verticale pour l'insufflation d'oxygène et représente la hotte à refroidissement par eau et la lance à oxygène; La figuie 5 est une vue analogue du four basculé vers la droite pour la coulée de l'acier en fusion dans une poche;La figure 6 montre en coupe transversale le four amené en position horizontale, après basculement vers la droite, en vue de la réparation du garnissage et montre aussi en coupe transversale comment le plancher et l'appareil de projection se situent par rapport au four; La figure 7 montre en coupe transversale un four basique à oxygène du type Kaldo et indique en traits interrompus les diverses positions prises par le four pendant le cycle de fonctionnement; La figure 8 montre en coupe transversale un four basique à oxygène, son garnissage et les tourillons autour desquels le four bascule en fonctionnement. En considérant d'abord la figure 1, on voit le four 10, portant un garnissage de briques 11, amené à l'inclinaison voulue pour qu'on puisse y charger commodément des riblons 12 à partir d'un récipient 13 monté sur un chariot 14.On notera que le garnissage 11 du four subit, côté chargement, une abrasion sévère telle qu'indiquée dans la zone 15, qui constitue la première zone à réparer pour que le four puisse fonctionner pendant des temps prolongés. Dans certains cas, on garnit cette zone de briques résistant à l'abrasion pour minimiser ce genre d'usure. La figure 2 montre la fonte en fusion 16 qu'on verse sur les riblons 12 à partir de la poche 17. Le métal chaud ajouté ne provoque que peu ou point d'abrasion ni d'érosion en tombant sur les riblons. La figure 3 illustre l'addition de constituants de laitier, tels que castine en poudre 18, à partir d'une goulotte suspendue 19. Là encore, la castine ne provoque que peu ou point d'abrasion, du fait qu'elle est réduite en grains fins.La figure 4 montre, posée sur le four, la hotte 20 à refroidissement par eau, munie d'un conduit qui envoie les gaz chauds dans un dispositif de précipitation, pour les débarrasser des particules solides qu'ils contiennent. La hotte 20 est garnie de la lance à oxygène 22, disposée de manière à souffler l'oxygène de haut en bas sur le métal en fusion et les riblons. On agence le corps de lance 21 de manière à pouvoir y faire circuler de l'eau froide afin d'éviter que la lance ne soit détériorée par la forte chaleur engendrée dans le four.Pendant cette opération, du fait que la chaleur est vive et que le métal en fusion et le laitier sont en ébullition, il apparaît un net motif d'usure : le garnissage 11 du four 10 subit une érosion en quatre zones définies indiquées en 25, 26, 27 et 28 et, de manière assez étrange, le motif d'usure indiqué en 25 et 27 n'est pas toujours périphérique, mais apparaît en des points qui occupent sur la section du four les mêmes positions que les chiffres 2, 4, 8 et 10 sur un cadran d'horloge, les angles inclus les plus petits étant situés sur l'axe du mécanisme de basculement. Les motifs d'usure apparaissant en 25 et 27 ne sont pas verticaux, mais inclinés vers l'intérieur et sont engendrés par le métal et le laitier chauds pendant que le four est basculé.Il apparaît aussi un motif d'usure accusé en 11a, à la jointure entre le garnissage de la base et celui de la paroi cylindrique : on bourre cette jointure de matériau convenable.
Le four du type Linz-Donawitz bascule seulement et ne tourne pas, de sorte qu'il n'y a pas ambiguïté sur l'emplacement des motifs d'usure.
Le motif d'usure indiqué en 26 et 28 est plus ou moins continu sur la périphérie, tant que les variables de fonctionnement du four demeurent constantes; il résulte d'érosion et d'effritement sous l'action des hautes températures engendrées pendant soufflage. Dans ce genre de conversion de la fonte en acier, il n'est pas exceptionnel de procéder à une coulée au bout de 50 à 60 minutes après avoir commencé à charger le four de riblons et de métal chaud, ce qui indique nettement que le métal chaud subit dans le four un mouvement beaucoup plus important que dans un four Martin.
La figure 5 illustre la coulée du métal en fusion dans la poche 32 qui repose sur le chariot 33, On incline le four de manière à ce que la couche de laitier 34 demeure au-dessus du trou de coulée 35, pour éviter de couler du laitier hors du four avec l'acier. On vide complètement le four du métal en l'inclinant simplement de plus en plus jusqu'à évacuation totale du métal. On asperge parfois le laitier d'eau froide, avant coulée, pour avoir la certitude de ne pas déverser de laitier. L'érosion du four proprement dit est faible ou nulle, mais celle du trou de coulée est considérable, ce qui oblige à réparer très souvent ce trou pour que la coulée ait lieu convenablement.La figure 6 montre le four 10 amené à l'horizontale, par basculement vers la droite à partir d'une position verticale de référence, en vue de réparer le garnissage 11; elle montre aussi en coupe transversale à quel niveau le plancher 36 se situe par rapport au four. Elle montre encore la flèche ou volée 37, au sommet de laquelle est monté le tuyau d'amenée 38 sur lequel est fixé l'ajutage de projection 39. La flèche est articulée en 40 à l'endroit où elle traverse l'écran ou cache 41, ce qui permet de la faire pivoter pour revêtir toute la surface intérieure du garnissage réfractaire. Le cache 41 présente une fenêtre 42, en verre fortement réfractaire, permettant à l'opérateur de diriger le jet vers les zones usées, érodées, abrasées et effritées.Le cache est formé d'une plaque d'acier d'épaisseur convenable et lui-même revêtu de matériau isolant sous forme de briques ou de briquetons pour protéger l'opérateur de la chaleur. Il est monté sur le bâti en V renversé 43 de manière à ce qu'on puisse faire avancer ou reculer à volonté tout le groupe pour placer convenablement la flèche et son ajutage de projection.
La flèche 37 porte à l'arrière un contrepoids 44 qui contrebalance le poids de son extrémité avant insérée dans le four; en outre, un engin de levage à chaîne 45 est relié par un câble 46 à un prolongement 47 prévu à l'arrière de la flèche pour déplacer verticalement la flèche, une fois celle-ci insérée dans le four. Le bâti en V renversé 43 est en aluminium ou acier et, du fait qu'il est léger et muni de roulettes, on peut aisément le déplacer sur le plancher 36 pour conférer à la flèche la position voulue dans le four. Dans certains cas, on peut assurer le refroidissement à l'eau de la flèche pour pouvoir l'utiliser plus longtemps dans le four. On peut aussi refroidir à l'eau le tuyau d'amenée 38 et le faire tourillonner autour de son axe.
Le réfractaire à projeter arrive dans l'état voulu, à sec ou en suspension, au tuyau d'amenée 38 et à l'ajutage de projection 39 par le tuyau souple 48, partant d'un malaxeur propre à fournir le réfractaire dans l'un ou l'autre état, à volonté. Dans certains cas, quand le réfractaire arrive à sec au tuyau 38, on peut lui mélanger de l'eau en ajoutant un ajutage mélangeur incliné à 45[deg] à l'endroit où le tuyau souple rejoint le tuyau 38.
On peut aussi utiliser la flèche pour mesurer les dimensions des motifs d'usure et l'épaisseur des couches appliquées, afin de pouvoir contrôler toutes les phases de l'opération.
On peut supprimer le bâti en V renversé 43 et monter la flèche 37 sur un chariot roulant sur des rails empruntés par d'autres chariots servant à des fins diverses. On peut encore monter la flèche sur un ensemble de rails transversaux fixés au sommet du chariot pour pouvoir la déplacer horizontalement à va-et-vient, son mouvement vertical étant assuré par des vérins hydrauliques, ou même éventuellement à vis. On peut même prévoir la flèche en plusieurs pièces pour pouvoir la transporter plus facilement d'un four à l'autre; on peut encore la replier sur elle-même, vers le haut ou vers l'arrière.
Il faut la réaliser en acier inoxydable et éventuellement la refroidir à l'eau pour pouvoir opérer des projections prolongées.
La figure 7 montre les diverses positions prises par le four basique à oxygène du type Kaldo pendant son cycle de fonctionnement. La position de chargement de métal chaud et de riblons est indiquée en traits interrompus, en haut et à droite, en 51, la position de soufflage et d'addition .de castine et de minerai en trait plein en 52, et la position de coulée en traits interrompus, en bas et à gauche, en 53. Il ne faut pas oublier que, suivant le procédé Kaldo, le four 50 tourne autour de son axe et qu'il apparaît donc un motif d'usure plus régulier à la surface du garnissage réfractaire.
Ici encore, l'entrée du four est garnie d'une hotte à refroidissement par eau articulée, dans laquelle sont montés la lance à oxygène 22, refroidie par eau, et sa chemise d'eau 55, ainsi que l'élément 54 de chargement de castine et de minerai.
La réfection de ce garnissage s'opère comme pour le four Linz-Donawitz, selon un programme choisi.
On peut amener le four, en le faisant pivoter autour de l'axe des paliers porteurs 30a, en une position horizontale dans laquelle on peut utiliser la flèche après avoir conféré à la hotte la position effacée indiquée en 56, ou encore insérer un tuyau de projection 57 muni d'un ajutage et raccordé à un tuyau souple 58, entre la hotte et l'entrée du four, en utilisant un cache 42 pour protéger l'opérateur.
La figure 8 montre en coupe transversale un convertisseur basique à oxygène 10, muni d'un garnissage 11 et de tourillons 60 autour desquels il pivote en fonctionnement dans des paliers tels que 30a. Le fonctionnement d'un four de ce genre est semblable à celui du four Linz-Donawitz et, pour plus de brièveté, on s'abstiendra de le décrire à nouveau.
D'après ce qui précède, on voit clairement que l'invention offre un procédé permettant de prolonger le temps de service de garnissages réfractaires de fours Kaldo, Linz-Donawitz, DeMay ou du genre convertisseur basique ou acide, dont on pourra choisir les variables selon le nombre de coulées à opérer au cours de toute campagne donnée. Si l'on dispose de deux ou plusieurs fours, on pourra les faire fonctionner alternativement et éviter toute interruption de la production.
Le temps de vie normal d'un four se chiffre par 175 à 250 coulées pendant une campagne quelconque. Suivant la présente invention, on peut porter le nombre de coulées entre 450 et 500 ou plus, ce qui réduit notablement le coût du garnissage par tonne d'acier produit et assure une production ininterrompue.
Le réfractaire utilisé pour réparer et revêtir les garnissages peut être de toute nature, pourvu qu'il soit compatible avec le garnissage et se prête à la mise en u̇vre de l'invention telle que décrite cidessus. On pourra toutefois trouver dans les trois brevets français suivants, des exemples de réfractaires convenables : n[deg] 1.195.008, suivant lequel la composition de revêtement contient essentiellement du minerai de chrome; n[deg] 1.364.596, suivant lequel cette composition est un mélange de minerai de chrome et de magnésie, avec prédominance du minerai du chrome; n[deg] 1.354.941 suivant lequel elle est un mélange de minerai de chrome et de magnésie, avec prédominance de la magnésie. On pourra aussi utiliser à la mise en u̇vre du procédé des appareils de projection d'autres genres connus.
L'expérimentation a montré qu'en opérant comme décrit ci-dessus, on peut prolonger grandement la vie d'un garnissage neuf de four du genre décrit et atteindre souvent un nombre de coulées de 500 à 600 ou plus, ce qui, en fait, double ou triple le temps de vie normal du garnissage, en adoptant le processus suivant :
a. On fait fonctionner le four dans des conditions normales en opérant, pendant un premier nombre de- jours choisi, un nombre de coulées par jour nettement inférieur à la normale : par exemple, 2 à 8 coulées quotidiennes pendant 6 à 25 jours consécutifs, mais de préférence 4 coulées quotidiennes pendant 13 jours consécutifs, ce qui donne un total de 52 coulées pendant cette période intitiale. On projette sur le garnissage du four, pendant cette période intiale - alors que le four est encore, ou sensiblement, à sa température de fonctionnement - une série de couches de réfractaire protectrices successives pour accroître sensiblement l'épaisseur du garnissage en vue de coulées ultérieures; b.On continue à faire fonctionner le four dans des conditions normales en opérant, pendant un second nombre de jours choisi, le nombre normal de coulées par jour; par exemple, 20 à 30 coulées par jour pendant 4 à 10 jours consécutifs, mais de préférence 25 coulées par jour pendant 8 jours consécutifs, ce qui donne un total de 200 nouvelles coulées pendant cette période intermédiaire; c.On continue à faire fonctionner le four dans des conditions normales, en opérant, pendant un troisième nombre de jours choisi, un nombre de coulées par jour légèrement inférieur à la normale : par exemple, 16 à 28 coulées par jour pendant 6 à 25 jours consécutifs, mais de préférence 20 coulées par jours pendant 13 jours consécutifs, ce qui donne en total 260 nouvelles coulées pour cette période finale, et de préférence un total général de 512 coulées; on projette sur le garnissage du four pendant cette période finale, alors que le four est, ou sensiblement, à sa température de fonctionnement, une nouvelle série de couches de réfractaire protectrices successives qui conservent au garnissage une épaisseur suffisante pour que le four puisse continuer à fonctionner pendant la totalité de ladite période finale.Avant les projections, on charge de réfractaire les zones fortement abrasées, érodées par le laitier et le métal chaud ou effritées, pour restituer au garnissage une épaisseur uniforme.
Au cours du stade (a) ci-dessus, il n'est indispensable, ni d'opérer 4 coulées par jour pendant 13 jours consécutifs, ni d'exécuter quotidiennement pendant cette période initiale, des projections pendant le fonctionnement du four. Le but à atteindre pendant ce stade (a) est de rendre le garnissage de briques neuves stable à la chaleur et de le revêtir d'une série de couches protectrices successives pour accroître notablement son épaisseur en vue du fonctionnement au cours des stades b et c.Un garnissage neuf risque de se trouver sérieusement endommagé si l'on opère, en régime normal de fonctionnement, le nombre normal de coulées par jour, car il ne faut pas oublier que la matière constitutive des briques du garnissage n'a pas encore tout à fait atteint l'état d'équilibre ou de stabilité à la chaleur et que, même une fois cet état atteint, les briques subissent encore une abrasion, une érosion et un effrittement en fonctionnement normal, de sorte qu'il y aurait réduction d'épaisseur en l'absence des couches protectrices.Pour accroître dans la mesure nécessaire l'épaisseur du garnissage, on applique ces couches non pas continuellement pendant toute la période initiale, mais à des intervalles suffisants pour permettre à la première couche de sécher, de durcir et de se fondre avec le garnissage porteur, puis à chaque couche suivante de sécher, de durcir et de se fondre avec la couche précédente, jusqu'à ce que le garnissage ait atteint l'épaisseur désirée. On détermine l'épaisseur de chaque couche successive d'après les conditions dans lesquelles le four fonctionne, et le nombre de couches successives d'après les conditions de fonctionnement ultérieur.Il y a toutefois un avantage marqué à appliquer les couches protectrices successives à intervalles choisis pendant une période initiale où le four fonctionne en régime normal : en effet, les conditions thermiques qui règnent dans le four pendant le fonctionnement normal diffèrent de celles qui apparaîtraient si l'on maintenait simplement le garnissage en briques du four exactement ou sensiblement à la température de fonctionnement pendant un temps donné. Autrement dit, pendant le fonctionnement normal du four, le garnissage subit non seulement l'abrasion provoquée par les riblons chargés dans le four, mais encore une érosion et un effritement provoqués . par le métal en fusion qu'on verse sur les riblons, ainsi que par l'agitation imprimée au métal en fusion par l'oxygène soufflé au sein de ce métal.Ainsi, le- garnissage subit, à un moment, la plus grande chaleur qui apparaisse en fonctionnement normal, et, à un autre moment, une chaleur moindre du fait du refroidissement momentané subi par le métal en fusion dans les conditions indiquées.
Il ne faut pas longtemps au garnissage pour atteindre un état très stable et, ensuite, les couches protectrices qu'on lui applique lui permettent de supporter les conditions dures qui apparaissent, du fait qu'elles lui confèrent une épaisseur accrue à la fin de la période initiale. Un autre facteur important est la durée des intervalles respectés après application des couches successives pour laisser ces dernières sécher, durcir et se fondre comme dit cidessus, afin qu'elles puissent réagir individuellement avec les gaz du four, jusqu'à application de toutes les couches.L'épaisseur de l'ensemble des couches peut atteindre 15 cm et on conçoit qu'un tel revêtement épais, outre qu'il accuse le caractère réfractaire de l'ensemble du garnissage porteur, empêche en fait ce dernier d'être détérioré ou effrité pendant fonctionnement ultérieur parce qu'il réduit les gradients de température appliqués au garnissage. Il va sans dire que la protection assurée au garnissage porteur s'étend aussi à l'enveloppe du four. Bref, suivant l'invention, c'est cette période initiale - comportant avantageusement 4 coulées quotidiennes pendant 13 jours consécutifs - qui détermine en fait le temps de vie total du garnissage.
Alors que le four continue à fonctionner comme décrit ci-dessus pour le stade (b), son revêtement protecteur est apte à résister à l'abrasion, à l'érosion par le laitier et le métal chaud et à l'effritement qui apparaissent, sans qu'on ait à opérer de nouvelle projection. Bien entendu, le nombre de jours de fonctionnement que comporte cette période intermédiaire varie suivant l'accroissement d'épaisseur imprimé au garnissage pendant la période intiale.
Pendant fonctionnement ultérieur du four tel que décrit ci-dessus pour le stade (c), le nombre quotidien de coulées et le nombre de jours consécutifs constituant cette période finale pourront aussi varier suivant l'accroissement d'épaisseur imprimé au garnissage pendant période intiale et suivant la réduction subie par cette épaisseur au cours du stade (b). Le nombre de projections opérées pendant cette période finale peut donc varier aussi mais, de toute manière, il faut appliquer au garnissage, pendant cette période finale, une nouvelle série de couches de réfractaire protectrices successives qui conservent au garnissage une épaisseur suffisante pour que le four continue à fonctionner pendant toute la période finale.Comme pour le stade (a), les intervalles entre applications doivent être suffisants pour que la première couche appliquée au garnissage après le stade (b) sèche, durcisse et se fonde avec le garnissage usé et pour que chaque couche successive sèche, durcisse et se fonde avec la couche précédente, jusqu'à ce que le garnissage ait atteint l'épaisseur désirée.Pendant cette période finale, le but est de conserver au garnissage une épaisseur maximale uniforme au niveau des zones d'usure, de sorte qu'il faut de préférence effectuer des projections quotidiennes pendant le fonctionnement du four.
Il est possible de restaurer les zones usées, effritées, abrasées ou érodées des garnissages à l'aide d'un réfractaire compatible, de nature à adhérer au garnissage porteur en briques et à en -devenir partie intégrante pour permettre ainsi au four de fonctionner pendant des temps prolongés et accroître considérablement le nombre de coulées possibles au cours de toute campagne donnée. On peut obtenir ce résultat en appliquant un programme conçu d'avance d'après la réduction d'épaisseur subie par le garnissage au bout de tout nombre donné de coulées, afin d'ajuster suivant les besoins l'épaisseur du garnissage.Ce programme peut prévoir soit de faire fonctionner les fours pour opérer un petit nombre de coulées quotidiennes et de remplacer journellement, par petits apports successifs, les parties abrasées, érodées et effritées, soit de faire fonctionner les fours à raison d'un plus grand nombre de coulées quotidiennes et de remplacer les parties abrasées, érodées et effritées par apports journaliers plus importants, ce qui permet de prévoir des jours sans réfection et d'établir ainsi à volonté le programme de fonctionnement du four, compte tenu du nombre de coulées quotidiennes et de la production journalière, du motif d'usure résultant des coulées opérées chaque jour, de l'apport quotidien de réfractaire appliqué sur le garnissage pour compenser tant l'usure localisée suivant des motifs que l'usure d'ensemble,et du nombre total de coulées qu'on désire opérer par campagne. On a établi que, dans chacun des types particuliers de fours précités, il apparaît en général un motif d'usure défini en fonctionnement normal et il est donc possible d'appliquer aux zones affectées une suspension de réfractaire pendant que le four est chaud pour restituer au garnissage son épaisseur initiale ou même accroître cette épaisseur. On va maintenant donner à titre d'exemple un programme établi pour la mise en u̇vre de l'invention :
On démarre avec un four à garnissage réfractaire neuf et on adopte un programme établi en tenant compte du nombre de fours en action et du nombre quotidien de coulées à prévoir pour obtenir le tonnage journalier désiré. Avantageusement, on conçoit le programme pour avoir toujours un four au stade de fonctionnement (b), c'est-à-dire pour obtenir d'un four le tonnage journalier maximum pendant regarnissage d'un autre four, et l'on répartit les autres stades de manière à obtenir conjointement le tonnage journalier maximum dont le four fraîchement regarni fournit la plus faible partie. Ainsi, l'exemple préféré est le suivant :
(Voir tableau, colonne ci-contre) Ce tableau s'explique de lui-même et repose sur le principe qu'il faut toujours avoir un four en marche et assurer chaque fois que c'est possible une production ininterrompue. Les temps de projection indiqués sous (1) et (2) sont prévus pour que les garnissages demeurent normalement en bon état et assez épais pour subsister jusqu'au-delà de 500 coulées. On a constaté que, quand les fours fonctionnent normalement, le taux d'usure du garnissage ou de son revêtement déposé par projection est d'environ 13 mm par 7 ou 8 coulées.
La nature du réfractaire qu'on mélange à de l'eau pour obtenir la suspension à projeter dépend du type de garnissage prévu dans le four et du mode de fonctionnement de ce dernier. En général, on utilise des mélanges en proportions variables de chromite et de magnésie ou de la magnésie isolée. Dans tous les cas, la suspension de réfractaire contient des liants et agents de suspension et de dispersion convenables, propres à retenir le réfractaire sur la surface chaude du garnissage en briques réfractaires.
Comme dit plus haut, on commence la projection alors que le garnissage est à la température de fonctionnement, ou sensiblement, et l'on applique le réfractaire en couches; lorsqu'après application de plusieurs couches dans un four, le garnissage cesse d'être porté au rouge, on le ramène à l'aide d'un chalumeau à gaz à la température de fonctionnement normale. Si le garnissage cesse d'être porté au rouge, c'est simplement parce que certaines calories ont servi à sécher les couches de réfractaire,
tandis que d'autres ont été perdues par rayonnement, mais ces pertes sont insuffisantes pour provoquer au c u̇r du garnissage une chute de température assez brusque pour provoquer un effritement.Il en est de même pendant le processus inverse de réchauffage du garnissage : le c u̇r du réfractaire est assez chaud pour qu'on puisse ramener la surface à la température de fonctionnement sans provoquer d'effritement.
On opère les restaurations locales normales pendant le stade (c) précité en procédant normalement comme suit :
1. On recharge les zones où de l'usure apparaît suivant un motif normal, couche par couche, pour restituer sensiblement au garnissage son épaisseur normale, en chauffant au chalumeau si besoin est; 2. En variante, on recharge en appliquant une seule couche épaisse et l'on introduit dans la zone rechargée du laitier chaud pour contribuer à cuire la surface et à la protéger pour la coulée suivante; 3. On applique ensuite les couches réfractaires à toute la surface du garnissage.
On peut ainsi conserver au garnissage une épaisseur donnée, uniforme ou presque, pendant 550 coulées et plus.
Pendant le fonctionnement normal d'une aciérie, on est amené dans divers cas à mettre un four à l'arrêt et à en utiliser un second pour assurer la production journalière minimale. On peut avoir à arrêter les fours soufflés à l'air pour les nettoyer et les restaurer et il arrive aussi qu'il faille mettre à l'arrêt tout ou partie d'une installation à soufflage d'oxygène aux fins d'entretien et de réparation. De tels cas exigent la révision du programme, mais ne posent en aucun cas de problèmes, car les programmes précités peuvent être aisément modifiés, de sorte que de telles nécessités ne portent pas atteinte à la production journalière minimale.
Le programme cité plus haut est établi sur place pour le fonctionnement particulier de deux fours et l'on peut faire varier le nombre de jours prévu à chaque stade pour satisfaire à des impératifs d'entretien et à des programmes de production dans chaque cas particulier. C'est ainsi qu'on peut combiner les programmes pour qu'ils se chevauchent et permettent de restaurer un four, pendant que l'autre continue à fonctionner, à un moment voisin du début ou du milieu d'une campagne, pour que le groupe continue à fournir le tonnage minimum nécessaire. De même, on peut déduire du programme de base un programme de production ininterrompue en utilisant trois fours, dont deux continuent ainsi à fonctionner pendant que le troisième est à l'arrêt pour regarnissage.Le temps normal d'arrêt pour regarnissage est d'environ 5 à 7 jours dans ce cas particulier et, à moins de constater un défaut dans l'enveloppe du four, on peut respecter ce délai et l'adopter pour l'élaboration des programmes. On peut éventuellement majorer ce délai d'un ou deux jours dans le programme et l'on notera qu'il est, dans le stade (b) décrit plus haut, de 8 jours, dont 5 à 7 pour la réfection du four et 1 à 3 comme marge de sécurité.
La présente invention est particulièrement indiquée pour application à des fours à haute température des types Kaldo, Linz-Donawitz, DeMay et du genre convertisseurs basiques ou acides et sa mise en u̇vre confère au garnissage du four une vie prolongée, c'est-à-dire plus longue qu'on ne saurait normalement l'espérer dans les conditions de fonctionnement extrêmes, le résultat net étant une réduction du prix de revient unitaire des garnissages et une prolongation des campagnes.
L'invention est applicable non seulement aux fours des genres précités, mais aussi aux convertisseurs électriques qu'elle permet de faire fonctionner en continu, suivant un programme de production et de réfection pré-établi, pendant beaucoup plus longtemps qu'il n'était possible jusqu'à présent, ce qui accroît la production d'acier au cours de toute campagne donnée.
Claims (8)
1. Un procédé permettant d'accroître la production d'un four basique à oxygène, à haute température, au cours d'une campagne remarquable en ce qu'il consiste essentiellement à projeter sur le garnissage récent d'un four pendant que ce four est, ou sensiblement, à sa température normale de fonctionnement une série de couches de réfractaire protectrices successives compatibles, à des intervalles suffisants pour permettre à la première couche de sécher, de durcir et de se fondre avec le garnissage et à chacune des couches suivantes de sécher, de durcir et de se fondre avec la couche précédente, jusqu'à avoir suffisamment épaissit le garnissage réfractaire pour qu'il puisse subir la détérioration qui apparaît pendant des coulées plus productives.
2. Un procédé permettant de porter le tonnage produit par un four basique à oxygène, à haute température, au-delà de la valeur normale, remarquable en ce qu'il consiste essentiellement à faire fonctionner un four à garnissage récent dans des conditions normales en opérant, pendant un nombre de jours choisi, un nombre de coulées sensiblement inférieur à la normale et en projetant
- pendant cette période intiale, sur la garnissage du four pendant que ce dernier est, ou sensiblement, à sa température de fonctionnement normale une série de couches de réfractaire protectrices successives, dont chacune est individuellement séchée, durcie et fondue sur place, pour accroître notablement l'épaisseur totale du garnissage en vue de coulées ultérieures.
3. Un procédé permettant de prolonger la vie de garnissages réfractaires de fours basiques à oxygène, à haute température, remarquable en ce qu'il consiste essentiellement : a. A faire fonctionner le four dans des conditions normales en opérant, pendant un premier nombre de jours choisi, un nombre de coulées sensiblement inférieur à la normale et à projeter, pendant cette période initiale, sur le garnissage du four pendant que ce dernier est, ou sensibement, à sa température de fonctionnement, une série de couches de réfractaire protectrices successives, dont chacune est individuellement séchée, durcie et fondue sur place, pour accroître notablement l'épaisseur totale du garnissage en vue de coulées ultérieures; b. A faire encore fonctionner le four dans des conditions normales, en opérant le nombre normal de coulées par jour, pendant un second nombre de jours choisi; c. A faire encore fonctionner le four dans des conditions normales, en opérant, pendant un troisième nombre de jours choisi, un nombre de coulées par jour légèrement inférieur à la normale et en projetant pendant cette période finale sur le garnissage du four - pendant que le four est, ou sensiblement, à sa température de fonctionnement
- une nouvelle série de couches de réfractaire protectrices successives qui conservent au garnissage une épaisseur suffisante pour que le four puisse continuer à fonctionner pendant la totalité de ladite période finale.
4. Un tel procédé, remarquable par ailleurs par les points suivants, pris séparément ou en combinaisons : a. au stade (a), le nombre de coulées par jour est de l'ordre de 2 à 8 et le premier nombre de jours choisi de l'ordre de 6 à 25; b. Au stade (b), le nombre de coulées par jour est de l'ordre de 20 à 30 et le second nombre de jours choisi de l'ordre de 4 à 10; c. Au stade (c), le nombre de coulées par jour est de l'ordre de 16 à 28 et le troisième nombre de jours choisi de l'ordre de 6 à 25.
5. Un appareil pour l'application d'un revêtement réfractaire protecteur au garnissage réfractaire d'un four basique à oxygène, à haute température, fonctionnant suivant le procédé décrit ci-dessus remarquable en ce qu'il comporte en combinaison un tuyau de projection du réfractaire de revêtement muni d'un ajutage de projection convenable. un support rigide allongé, soutenant le tuyau de projection, capable de résister à la chaleur du four et des moyens permettant de déplacer en translation ledit support, portant le tuyau de projection, pour l'introduire dans le four et l'en extraire quand ce four est en position sensiblement horizontale.
6. Un tel appareil, remarquable par ailleurs par les points suivants, pris isolément ou en combinaisons : a. Les moyens permettant de déplacer en translation le support du tuyau de projection comportent un bâti mobile, sur lequel est monté le support, situé sur une plate-forme près du four, ce bâti pouvant se rapprocher et s'écarter du four en déplaçant le support en translation; b. Le support du tuyau de projection est articulé sur le bâti pour pouvoir pivoter verticalement afin de placer l'ajutage de projection, dans le four, à divers niveaux choisis; c. Le montage du support de tuyau de projection comporte un baladeur- aérien agencé pour se mouvoir sur un chemin de roulement qui s'étend en avant et en arrière du bâti mobile; d. Le raccordement entre le support du tuyau de projection et le baladeur aérien comporte un agencement de chaînes et de poulies permettant de soulever et d'abaisser le support par rapport au bâti mobile.
7. Un procédé tel que décrit sous 3[deg] appliqué conjointement à deux fours et remarquable en ce que les programmes de fonctionnement des deux fours sont combinés comme suit :
8. Un procédé tel que décrit sous 3[deg] appliqué conjointement à trois fours et remarquable en ce que les programmes de fonctionnement des fours font combines comme suit :
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