LU82154A1 - CONTINUOUS AND CONTROLLED MELTING PROCESS OF ESSENTIALLY NON-METALLIC MATERIALS - Google Patents

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Description

- I - fc ; Procédé do fusion continue et cou Lroi éc do mubières es sent ici lom on t non-in 6 ta 1.1 ignés- I - fc; Continuous fusion and neck process

La présente invention ooucerne un procède de fusion continue 5 et contrôlée de matières essentic 1.1 ornent non-métalliques, notamment d'oxydes inorganiques, en vue de la fabrication de fibres nii né ra 1 e s o u c é ram i e u e s .The present invention ooucerne a process of continuous 5 and controlled melting of essentic 1.1 materials adorn non-metallic, in particular inorganic oxides, for the manufacture of nii né ra fibers 1 s o u cé ram i e u s.

Les fibres minérales sont utilisées avant tout dans les vastes 10 domaines du ealorifugcage et du renforcement de produits à base de ciments de plâtres. Leur qualité et leur comportement en service dépendent de .manière essentielle de la constance de leurs propriétés physiques et chimiques, liées surtout à 1'homogénéité du bain liquide à partir duquel on obtient les fibres 15 par effilage.Mineral fibers are used above all in the vast fields of insulation and reinforcement of products based on plaster cements. Their quality and their behavior in service depend essentially on the consistency of their physical and chemical properties, linked above all to the homogeneity of the liquid bath from which the fibers are obtained by tapering.

En effet il est connu que de très faibles déviations du degré d'homogénéité du bain, tant du point de vue de la composition que du point de vue thermique, suffisent pour affecter de ma-* 20 nière adverse la qualité des fibres produites, ainsi que le rendement de 1'équipement d'effilage ins tulle à la sortie du four de fusion.Indeed, it is known that very small deviations in the degree of homogeneity of the bath, both from the point of view of composition and from the thermal point of view, are sufficient to adversely affect the quality of the fibers produced, thus that the efficiency of the tapering equipment is provided at the outlet of the melting furnace.

»"

Les installations actuellement connues pour la fusion des mu-25 tières premières en vue de la fabrication de fibres minérales sont surtout des fours du type cubilot ( 955») et dos fours à ares ou à ares submergés ( 55») » Dos fours à induction se trouvent dans le stade expérimental.The installations currently known for the fusion of raw materials for the production of mineral fibers are mainly cupola type ovens (955 ") and back ares or submerged ares ovens (55") »Back induction ovens are in the experimental stage.

50 La particularité commune aux fours connus et aux bains qui y * sont formés réside dans le fait <jue le volume du Hain liquide est très faible par rapport au volume total de la charge resp. de l'enceinte du four. En effet, ce rapport se situe entre 1:10 et 1:50 pour les fours cubilot.50 The characteristic common to known ovens and to the baths which are formed therein resides in the fact that the volume of the liquid Hain is very small compared to the total volume of the load resp. from the oven enclosure. Indeed, this ratio is between 1:10 and 1:50 for cupola ovens.

55

Or, un volume réduit du bain liquide est très désavantageux dans la présente problématique, étant donné que de très faibles déviations des propriétés des matières chargées se répercutent de manière de plus en plus marquée sur l'homogénéité du bain, 10 lorsque le volume total du bain diminue.Now, a reduced volume of the liquid bath is very disadvantageous in the present problem, since very small deviations in the properties of the charged materials have an increasingly marked effect on the homogeneity of the bath, when the total volume of the bath decreases.

En effet, la coulée continue d'oxydes i.noi'guniquca en fusion est une opération délicate ou les variations de température ou de composition chimique, ainsi que tout facteur affectant 15 l'homogénéité de la masse liquide, sont suseeptibl.es de déranger le bon fonctionnement de l'équipement d'effilage pour lu fabrication des fibres désirées. Or, un arrêt de cet équipement, dû p.ex. à des obstrue tiens provoquées par une solidification prématurée de la masse liquide coulée, entraînera des 20 perturbations do Lu totalité de l'installation do production.Indeed, the continuous casting of molten i.noi'guniquca oxides is a delicate operation where variations in temperature or chemical composition, as well as any factor affecting the homogeneity of the liquid mass, are likely to disturb. the proper functioning of the thinning equipment for the manufacture of the desired fibers. However, a shutdown of this equipment, due for example to obstructions caused by a premature solidification of the liquid mass poured, will cause disturbances of the entire production installation.

Par ailleurs, on a constaté! que dans la mise en oeuvre des procédés connus de fusion à débit continu, le ,jct liquide sortant du trou de coulée est irrégulier à cause des variations 25 de la pression dans le four, agissant sur un volume relativement restreint de matières en fusion, et :t cause dos variations de la température entraînant des variations du diamètre de 1'ori-ficc de coulée. Ces variations en amont du trou de coulée sont, difficilement contrG.labl.es à cause de J 'état hétérogène de la 50 masse liquide à. cet endroit.Furthermore, we have seen! that in the implementation of known continuous flow melting methods, the liquid jct leaving the taphole is irregular because of the variations in the pressure in the furnace, acting on a relatively small volume of molten materials, and : t cause back variations in temperature causing variations in the diameter of the ori-ficc pouring. These variations upstream of the taphole are difficult to control due to the heterogeneous state of the liquid mass at. this place.

Le but de la présente invention est donc do proposer un procédé do fusion continue et contrôlée d'oxydes .inorganiques, exempt des désavantages qui inhérent aux procédés connus.The object of the present invention is therefore to provide a process for the continuous and controlled melting of inorganic oxides, free from the disadvantages inherent in known methods.

Ce but est atteint par le procédé suivant I'invention qui est caractérisé en ce que l'on prévoit une enceinte étanche munie 55 d'un revêtement réfractaire à bure do carbone, ainsi que de moyens de chauffage électrique (p.ex. électrodes immergées), et qui. contient un bain liquide d'une niasse d'au moins 8 tonnes, que l'on prélève en continu de ce bain une quantité 5 de liquide telle que le débit par heure soit inférieur à la moitié de la masse totale du bain et que l'on alimente le bain en fonction dudit débit.This object is achieved by the process according to the invention which is characterized in that a sealed enclosure is provided, provided with a refractory coating of carbon dioxide, as well as with electric heating means (eg immersed electrodes). ), and that. contains a liquid bath of a mass of at least 8 tonnes, which is withdrawn continuously from this bath an amount of liquid 5 such that the flow rate per hour is less than half of the total mass of the bath and that l 'the bath is fed according to said flow.

L'idée qui est à la base de la présente invention s'éloigne * 10 du principe de fusion des fours cubilot, où l'on opère une fusion de quantités relativement réduites, destinées à être directement coulées et converties en fibres et tient compte dos exigences particulières de la problématique visée. En effet, le procédé suivant l'invention est axé sur la réalisais tion d'un temps de résidence suffisant pour englober la durée des différentes actions inter- et inIramolucuJLaircs qui se déroulent au cours de la fusion des matières premières et pour aasurer une homogénéisation chimique et thermique du bain.The idea on which the present invention is based departs from * 10 the principle of melting cupola furnaces, where a relatively small amount of melting is carried out, intended to be directly cast and converted into fibers and takes account of the specific requirements of the targeted problem. In fact, the method according to the invention is focused on achieving a residence time sufficient to encompass the duration of the various inter- and inIramolucuJLaircs actions which take place during the melting of the raw materials and to achieve chemical homogenization and thermal of the bath.

2020

Dans le cas d'un mélange de laitier de haut fourneau et de 30-35/0 de silice, ce temps de résidence doit se situer vers les 2 heures, ce que Le procédé suivant l'invention permet de réaliser (p.ex. masse utile 8 t/débit à t par heure). A 23 l'homogénéité du bain due au temps de résidence suffisamment long, vient s'ajouter une grande homogénéité thermique duc à * la grande inertie du bain vis-à-vis de changoments inopinés de la température. Cotte inertie permet lin réglage correct de La puissance de chauffe nécessaire pour équilibrer les 3<J pertes thermiques dues aux ajoutes continues de matière première, dont l'envergure dépend du débit du bain par un réglage de pression qui règne dans l'enceinte du four, bans le cas présent on met en oeuvre une enceinte parfaitement étanche, si bien que l'on peut régler la pression .avec une grande pré-35 cision p.ex. à l'aide d'une vaune-papL1 Ion installée dans la cheminée.In the case of a mixture of blast furnace slag and 30-35 / 0 of silica, this residence time must be around 2 hours, which the process according to the invention allows to achieve (e.g. useful mass 8 t / flow at t per hour). At 23 the homogeneity of the bath due to the sufficiently long residence time, there is added a great thermal homogeneity due to * the great inertia of the bath vis-à-vis unexpected changes in temperature. This inertia allows the correct adjustment of the heating power necessary to balance the 3 <J thermal losses due to continuous additions of raw material, the extent of which depends on the flow of the bath by a pressure adjustment prevailing in the oven enclosure. , in the present case, a perfectly sealed enclosure is used, so that the pressure can be adjusted .with a large pre-cision, eg using a valve-papL1 Ion installed in the fireplace.

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On peut, suivant une première forme d'intervention, créer au-dessus du niveau du bain une pression positive, soit en injectant au-dessus dudit niveau un gaz neutre ou réducteur, soit eu injectant un toi gaz ou mélange do gaz directement 5 dans la masse du bain par le fond de l'enceinte ou à travers une électrode immergée creuse. Pour maintenir au-dessus du bain une pression positive constante, il suffit de moduler la vanne-papillon suivant la pression mesurée vis-à-vis de la » pression désirée. On peut également créer une pression positive 10 constante en emprisonnant les fumées du bain dans l'enceinte et en modulant la vanne de façon à maintenir une pression d'un degré désiré.One can, according to a first form of intervention, create a positive pressure above the level of the bath, either by injecting above said level a neutral or reducing gas, or by injecting a gas or mixture of gases directly into the mass of the bath through the bottom of the enclosure or through a hollow submerged electrode. To maintain a constant positive pressure above the bath, it suffices to modulate the butterfly valve according to the pressure measured against the desired pressure. It is also possible to create a constant positive pressure by trapping the fumes from the bath in the enclosure and by modulating the valve so as to maintain a pressure of a desired degree.

Une deuxieme forme d'intervention prévoit de créer au-dessus 15 du bain une pression négative. Pour cela il suffit de connecter une pompe à vide à aspiration variable en by-pass sur la cheminée, en ayant soin d'.obturer hernié tiquemen t le conduit d'é— ehappement normal. L'étendue de variation de la pression réalisable dans le cadre du procédé suivant l'invention est de l'or-20 dre de O.p bar, ce qui est suffisant pour régler le débit du trou de coulée eu fonction de la hauteur du bain dans le four et de la variation du diamètre du trou de coulée, de façon à obtenir un débit constant dans le temps. Ceci est indispensable pour obtenir un rendement optimum de l'équipement d'effilage * 25 ainsi qu'une qualité constante de la fibre produite.A second form of intervention plans to create a negative pressure above the bath. For this it is enough to connect a vacuum pump with variable suction in by-pass on the chimney, being careful to close herniated tiquemen t the normal exhaust pipe. The extent of variation of the pressure achievable within the framework of the process according to the invention is of the or-dre of Op bar, which is sufficient to regulate the flow rate of the tap hole according to the height of the bath in the furnace and the variation of the diameter of the tap hole, so as to obtain a constant flow over time. This is essential to obtain optimum performance from the unraveling equipment * 25 as well as a constant quality of the fiber produced.

Pour ce qui. est de l'alimentation du four, on peut envisager un chargement continu ou discontinu, de matières soit solides, soit préfondues comme p.ox. du laitier de haut fourneau. Il est 50 évident qu'une alimentation en matières liquides peut réduire considérablement la consommation eu énergie de l'engin de fusion tout en évitant Les problèmes que l'on l'encontre lors du démarrage de l'installation en cas de chargement à IüO'j solide.For which. is from the furnace supply, one can consider a continuous or discontinuous loading of either solid or pre-melted materials such as p.ox. blast furnace slag. It is obvious that a supply of liquid materials can considerably reduce the energy consumption of the melting machine while avoiding the problems which are encountered when starting up the installation in the event of loading at 10%. j solid.

55 L’alimentation continue ou discontinue de matières liquides peut utilement être réalisée à partir d’un récipient étanche, fixe ou mobile et muni d'un revêtement isolant ainsi que de 1«oy ens de chau f f ;ige .55 The continuous or discontinuous supply of liquid materials can usefully be carried out from a sealed container, fixed or mobile and provided with an insulating coating as well as 1 "oy ens of chau f f; ige.

Le transport fies matières prétendues depuis le récipient au tour est effectué par l'intermédiaire d'un conduit étanche, présentant une paroi, intérieure eu graphite. On peut prévoir un transport soit par gravité, si X1 emplacement du récipient 5 par rapport au four le permet ou si le récipient est mobile, soit par pressurisation du récipient à l'aide de gaz neutres ou réducteurs, soit encore par aspiration opérée à partir du four o?! l'on crée une pression négative.The transport of the so-called materials from the container to the lathe is carried out by means of a sealed conduit, having a wall, inside or in graphite. Transport can be provided either by gravity, if X1 location of the container 5 relative to the oven allows or if the container is mobile, or by pressurization of the container using neutral or reducing gases, or by suction operated from from the oven where ?! negative pressure is created.

10 Une forme d'exécution particulièrement avantageuse du procédé suivant l'invention prévoit que l'on homogénéise le bain, tant du point de vue composition que du point de vue thermique, en insufflant par le fond ou par les électrodes un gaz de barbo-tage neutre ou réducteur.A particularly advantageous embodiment of the process according to the invention provides that the bath is homogenized, both from the composition point of view and from the thermal point of view, by blowing a barbo gas through the bottom or through the electrodes. neutral or reducing stage.

1515

Etant donné que l'on travaille suivant 1·invention en atmosphère contrôlée, neutre- ou réductrice, il est possible d'utiliser dans l'enceinte un revêtement en carbone resp. en graphite. Ceci constitue deux avantages majeurs: D'un côté les 20 réfractaires à base de carbone ne sont pas mouillés par les oxydes minéraux fondus; d'un autre côte, ces réfractaires permettent d'opérer à des températures déliassant 2000° G, sans refroidissement extérieur, ce qui évite des frais substantiels.Given that one works according to the invention in a controlled, neutral or reducing atmosphere, it is possible to use in the enclosure a coating of carbon resp. graphite. This constitutes two major advantages: On the one hand, the carbon-based refractories are not wetted by molten mineral oxides; on the other hand, these refractories allow to operate at temperatures deliassant 2000 ° G, without external cooling, which avoids substantial costs.

* 25 II est bien entendu qu'une condition primordiale pour une bonne tenue d'un réfractaire à base de carbone, est l'absence d'oxygène ou do molécules susceptibles de dégager de l'oxygène lors de leur désagrégation thermique. Or, si l'on prévoit d'utiliser des laitiers de haut fourneau comme matière première, il faut 30 tenir compte de la présence éventuelle dans le laitier de quantités d'oxydes de fer résiduelles, non négligeables dans le présent contexte.* 25 It is understood that a primordial condition for a good resistance of a carbon-based refractory, is the absence of oxygen or of molecules capable of giving off oxygen during their thermal disintegration. However, if it is planned to use blast furnace slag as a raw material, account must be taken of the possible presence in the slag of quantities of residual iron oxides, which are not negligible in the present context.

Suivant l'invention on peut protéger le revêtement réfractaire 35 à base de carbone contre l'oxydation en injectant dans le bain, ensemble avec les gaz de barbotage, ou on incorporant dans la charge des addi tifs réducteurs pulvern Lents, comme p.cx. du - b - charbon, du coke de pétrole, du graphite ou encore du goudron. L'injection, suivant l'invention, de matières carbonées, surtout de goudron ou d'un mélange goudron/graphite, permet d'une part d'opérer une sorte de gunitage des parois de l'enceinte 5 et d'autre part de produire en continu des gaz réducteurs qui „ sont désirables dans le présent contexte, si bien que l'on peut réduire sensiblement la consommation de gaz neutres (cizote, argon) assez chers qui dans des cas extrêmes peuvent devenir superflus.According to the invention, the carbon-based refractory lining 35 can be protected against oxidation by injecting into the bath, together with the bubbling gases, or by incorporating into the charge slow reducing additives, such as p.cx. of - b - coal, petroleum coke, graphite or even tar. The injection, according to the invention, of carbonaceous materials, especially tar or a tar / graphite mixture, allows on the one hand to operate a kind of gunning of the walls of the enclosure 5 and on the other hand to continuously producing reducing gases which are desirable in the present context, so that the consumption of relatively expensive neutral gases (cizote, argon) which can in extreme cases may become superfluous can be considerably reduced.

10 *10 *

Dans Le eus où une teneur résiduelle élevée en oxyde de 1er est souhaitée (p.ex. 8-10/), un revêtement en oxyde de chrome ou en chrome-magnésie remplace avantageusement le revêtement en carbone.In Le eus where a high residual oxide content of 1er is desired (eg 8-10 /), a coating of chromium oxide or chromium-magnesia advantageously replaces the carbon coating.

1515

On peut également envisager, suivant l'invention, d'injecter dans le bain, ensemble avec les gaz de barbotage, une quantité déterminée d'additifs susceptibles de se désagréger sous l'influence de températures élevées, en dégageant des gaz neutres 20 ou réducteurs.It is also possible, according to the invention, to inject into the bath, together with the bubbling gases, a determined quantity of additives capable of disintegrating under the influence of high temperatures, giving off neutral or reducing gases. .

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Claims (10)

1. Pro codé clc fusion continue et contrôlée tic tant t ères· assen-5 tiellcmont non-méLalliques, notamment d'oxydes inorganiques, en vue de la fabrication de fibres minérales, caractérisé en ce que l'on prévoit une enceinte étanche munie d'un revêtement réfractaire à base de carbone ainsi que de moyens de chauffage électrique et qui contient un bain liquide d'une masse cl'au 10 moins 8 tonnes, que l'on prélève de ce bain en continu une quantité de liquide telle que le débit par heure soit inférieur à la moitié de la masse totale du bain et que l'on alimente le bain en fonction dudit débit.1. Pro coded clc continuous and controlled fusion tic tant t ères · assen-5 tiellcmont non-méLalliques, in particular of inorganic oxides, for the manufacture of mineral fibers, characterized in that one provides a tight enclosure provided with a carbon-based refractory lining as well as electrical heating means and which contains a liquid bath with a mass of at least 10 tonnes, which is taken from this bath continuously a quantity of liquid such as flow per hour is less than half of the total mass of the bath and that the bath is fed according to said flow. 2. Procédé suivant la revendication 1, caractérisé en ce que l'on contrôle le débit du bain on réglant la pression qui règne au-dessus du niveau du liquide.2. Method according to claim 1, characterized in that the flow rate of the bath is controlled by adjusting the pressure prevailing above the level of the liquid. 5. Procédé suivant les.revendications 1 et 2, caractérisé en 20 ce que l'on crée au-dessus du niveau du bain une pression positive. k. Procédé suivant les revendications 1-3, caractérisé en ce que l'on injecte au-dessus du bain un gaz neutre ou réducteur 2p de manière à maintenir au-dessus du bain une pression constante. * 5. Procédé suivant .les revendications 1-3? caractérisé en ce que l'on injecte dans le bain un gaz neutre ou réducteur de manière à maintenir au-dessus du bain une pression constante. 305. A method according to the claims 1 and 2, characterized in that a positive pressure is created above the level of the bath. k. Process according to Claims 1-3, characterized in that a neutral or reducing gas 2p is injected above the bath so as to maintain a constant pressure above the bath. * 5. Next process .claims 1-3? characterized in that a neutral or reducing gas is injected into the bath so as to maintain a constant pressure above the bath. 30 6. Procédé suivant les revendications 1-3> caractérisé on ce que l'on soutire une partie des fumées de l'enceinte de manière a maintenir au-dessus du bain nue pression constante.6. Method according to claims 1-3> characterized in that one withdraws part of the fumes from the enclosure so as to maintain above the naked bath constant pressure. 7. Procédé suivant les revendications .1.-2, caractérisé on ce que l'on crée au-dessus du niveau du bain une pression négative. ο *·" ““7. Process according to claims .1.-2, characterized in that a negative pressure is created above the level of the bath. ο * · "“ “ 8. Procédé suivant les revendications 1 et 7, caractérisé en ce que l'on aspire par voie de ia pression négative de la matière première liquide dans l'enceinte du four, à partir d'un récipient indépendant. 58. Method according to claims 1 and 7, characterized in that one sucks by ia negative pressure of the liquid raw material in the oven enclosure, from an independent container. 5 9. Procédé suivant les revendications 1—S, caractérisé en ce que l'on homogénéise le bain en insufflant par le fond ou par les électrodes un gaz do barbotage neutre ou réducteur. 109. Method according to claims 1 — S, characterized in that the bath is homogenized by blowing through the bottom or through the electrodes a neutral or reducing bubbling gas. 10 10. Procédé suivant les revendications 1-9, caractérisé en ce que l'on crée dans l'enceinte du four une atmosphère ré~ ductrice en insufflant dans le bain, ensemble avec le gaz de barbotage, une quantité déterminée d'additifs réducteurs pul- 15 vérulents, comme p.ex. du charbon ou du coke de pétrole.10. Method according to claims 1-9, characterized in that one creates in the enclosure of the furnace a re ~ ductive atmosphere by blowing into the bath, together with the bubbling gas, a determined quantity of reducing additives pul - 15 verulent, such as for example coal or petroleum coke. 11. Procédé suivant les revendications 1-10, caractérisé en ce que l'on effectue en cours des opérations de fusion un gunitage du revêtement réfractaire du four en insufflant dans 20 le bain, ensemble avec le gaz de barbotage une quantité déterminée d'additifs pulvérulents, comme p.ex. du graphite, du * goudron ou un mélange goudron/graphite.11. Method according to claims 1-10, characterized in that during the melting operations, a gunning of the refractory lining of the furnace is carried out by blowing into the bath, together with the bubbling gas, a determined quantity of additives. powders, such as graphite, * tar or a tar / graphite mixture. 12. Procédé suivant les revendications 1-11, caractérisé en 25 ce que l'on insuffle dans le bain, ensemble avec le gaz de , j barbotage une quantité déterminée d'additifs qui dégagent au cours de leur désagrégation thermique des gaz neutres ou réducteurs .12. Method according to claims 1-11, characterized in that a certain amount of additives which, during their thermal disintegration, release neutral or reducing gases are blown into the bath, together with the sparging gas. .
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