Note: Descriptions are shown in the official language in which they were submitted.
~6~
La présente invention concerne des pièces en matériau
réfractaire, perméables aux gaz.
On sait que certaines pratiques industrielles
nécessitent la -traversée d'une pièce réfractaire par un gaz.
Il en est ainsi, par exemple, dans le domaine de
1'élaboration des métaux, en particulier de 1'acier, où
l'on a déjà proposé, pour des besoins métallurgiques,
d'insuffler des gaz dans un bain de métal en fusion au
travers de briques réfractaires perméables incorporées à
la maçonnerie du récipient métallurgique, à un niveau
inférieur à celui de la surface du bain, et plus généralement
dans le fond.
Dans ce type d'application, où le métal en fusion
est au contact de la face de soufflage de la pièce perméable,
il est bien entendu souhaitable que la perméabilité de
celle-ci soit-"sélective", c'est-à-dire qu'elle assure la
traversée du gaz dans un sens sans occasionner pour autant
des infiltrations de métal liquide en sens inverse et
ceci, si possible, meme en l'absence de soufflage gazeux.
A cet effet, il est connu de fabriquer des pièces réfractaires
perméables à partir de matière première à granulométrie
spéciale, moulée et frittée, conférant à la masse obten~e
une micro-porosité ouverte statistiquement isotrope (brevet
français no 1.094.809 et no 1.162.727).
Par ailleurs, il est non moins souhaitable que
cette perméabilité soit également "orientée" car il s'agit
de diriger l'écoulement du gaz insufflé de telle maniere
qu'il entre sous pression dans la pièce poreuse par une
face et en sorte par la face opposée en contact avec le mé-
tal en fusion, les autres faces devant rester complè~ement
5~
~tanches afin d'emp~cher une trop grande déperditionlatérale du gaz qui a naturellement tendance à cro~tre
avec la hauteur de la pièce. A cette fin, il a déjà
eté proposé d~enfermer de façon appropriée cette piece
dans un réceptacle étanche, constitué par exemple par
une enveloppe métallique (brevet français no. 1,031,504),
ou par une couche de béton réfractaire rendu étanche
par le choix d~une granulométrie plus fine que celle
de la région centrale (brevets français no. l,183,569 et
no. 1,350,751).
La réalisation de ce type d'éléments à structure
composité est chose relativement aisée. Toutefois,
leur utilisation pose certains problèmes tenant notamment
au phénomène de dilatation differentielle à chaud entre
le coeur poreux et le pourtour étanche et qui conduisent
à la formation indésirée entre les deux de passages
privilégiés pour le gaz insufflé, avec toutes les con-
séquences que cela entraine, tant sur le plan de la
ma~trise de l9insufflation que sur celui de la durée de
vie des éléments poreux.
.. Pour pallier ces.difficultés, il a été suggéré
de fabriquer des éléments.monolithiques ~ perméabilité
rientée en passant par une étape intermédiaire au cours
de laquelle on forme une pièce réfractaire non poreuse
naturellement mais présentant intérieurement, et de fa,con
temporaire, un réseau serré de liens orientés dans la
direction du soufflage, dont la destruction ultérieure
laisse apparaitre à sa place un réseau orienté de fins
et multiples canaux, (brevet français no. 1,271,201), Ces
pièces semblent satisfaisantes ~ans leur utilisation, mais
c'est au niveau de leur fabrication que des difficultés
apparaissent, car elles nécessitent un appareillage
complexe et délicat dont on n'a pas encore, semble-t-il,
défini avec précision les caractéristiques appropriées
à une production industrielle.
Enfin, cette perméabilité doit encore être suf-
fisamment importante pour ne pas trop limiter les débits
de gaz compte tenu des disponibilités en pression des
installations pneumatiques habituelles dans ce domaine
et qui, pour fixer les idées, se chiffrent d'ordinairement
autour dlune dizaine de bars relatifs environ. Or, comme
on l'imagine aisément. plus la perméabilité de la pièce
poreuse est grande, moins elle est "sélectivel9 et plus
elle est sujette à sluser rapidement par érosion au
contact du métal liquide~ On se trouve donc en présence
d'exigences antagonistes ~ l'égard desquelles les
solutions proposées jusqu'ici, ~ la connaissance des
inventeurs, représentent des compromis pas toujours sa-
tisfaisants.
A titre indicatif, c'est dans le domaine du
traitement métallurgique en poches, (addition, mise
la nuance, etc...) qu~ont, semble-t-il. d'abord été
appliquées les pièces réfractaires poreuses précédemment
évoquées. Dans ce cas, les débits nécessaires de gaz
de brassage étant relativement modestes (de l'ordre de
5 l/s par pièce environ) les pièces perméables mises en
oeuvre présentent généralement dlassez bonnes caractéristiques
de sélectivité et de résistance mécanique, de sorte que
leur vitesse d'usure est ~ peu de chose près égale à celle
du revêtement réfractaire environnant.
-- 3 --
'
Par contre, dans le cas de récipients a très
grandes capacités, comme les fours de fusion ou les
con~ertisseurs, les débits spécifiques de gaz insufflé
étant beaucoup plus importants ~de l'ordre de dix fois
plus), les pièces utilisees doivent être très perméables.
Corrélativement, leur "sélectivité" est dégradée, ce
~ui interdit en règle générale le soufflaye en marche
discontinue~ De plus, l'usure mécanique est accélérée
et devient nettement plus r,,apide que,celle du garnissage
refractaire, ce qui est d'autant moins acceptabl~e que
les fonds sont pxévus pour durer un nombre de coulées
beaucoup plus important que pour les poches et qu 7il
n'est guère envisageable actuellement de remplacer une
pièce usée au cours d'une campagne.
Le but de la présente invention est de proposer
une pièce réfractaire do~t la perméabilité au gaz
présente simultanément toutes les qualités requises de
sélectivité et d'orientation de manière à posséder une
durée de vie sensiblement égale à celle du garnissage
réfractaire du récipient destiné à la recevoir tout en
permettant d'insuf~1er les débits de gaz voulu.
Un autre but de l'invention est:de pouvoir
réaliser une pièce du type précité conservant les
avantages cumulés d'une perméabilité orientée propre
aux pièces de structure homogène à réseau de fins canaux
internes, et de la simplicité de fabrication spécifique
aux pièces poreuses de structure com~osite et ceci sans
devoir en supporter les inconvénients respectifs.
A cet effet, l'invention a pour objet une pièce
réfractaire perméable aux gaz, constituée essentiellement
d'une masse en matériau réfractaire non-poreux présentant
une pluralité de discontinuités locales qui s'étendent
sur toute sa hauteur dans la direction du souE~lage gazeux.
Plus précisément l'invention concerne une
pièce réfractaire perméable aux gaz et destinée à etre
incorporée au garnissage réfractaire d'un récipient
métallurgique contenant un bain de métal en fusion, sous
la surface du bain de telle sorte que l'une des faces de
la pièce soit en contact avec le métal en fusion, carac-
térisée en ce qulelle est constituée essentiellement dlun
ensemble d'éléments réfractaires non-poreux juxtaposés sans
joints matériels d'étanchéité entre eux de facon à définir
une ~luralité de discontinuités locales qui s'étendent
sur toute la longueur de la pièce entre la face en contact
avec le métal en fusion et une face opposée et qui cons-
tituent des zones de passage gazeux. Des moyens d'arrivée
de ga~ sont prévus pour insuffler un gaz sous pression à
travers les zones de passage gazeux, dans une direction
vers la face en contact avec le métal en fusion.
Suivant une variante, les discontinuités
locales peuvent etre obtenues par une réalisation de la
masse réfractaire non-poreuse en un bloc monolithique tra-
versé par des perforations ou des fentes orientées dans
la direction du soufflage gazeux et dans lesquelles sont
insérés, sans jeu apparent, des éléments non-destructibles
à chaud et de préférence à paroi lisse, par exemple des
éléme~ts en acier.
Comme on le comprend, l'idée à la base de
l'invention consiste donc à créer une perméabilité arti-
ficielle dans une pièce en matériau réfractaire qui n'est
pas naturellement perméable, en ménageant dans celle-ci
des discontinuités orientées dans la direction du soufflage
gazeux et réalisées grace à une concepti.on particulière
de la pièce, à savoir par t~ assemblage d'éléments défi-
nissant entre eux des zones de jonction étroites par
lesquelles passe le gaz.
Cet assemblage peut être réalisé de deux
manières distinctes: soit par incorporation dans un bloc
réfractaire d'éléments longitudinaux dispersés métalliques
ou réfractaires, qui traversent le bloc de part en part
dans la direction du soufflage (c'est-à-dire selon la
: hauteur de la pièce), soit
- 5a -
par une juxtaposition d'éléments réfractaires indépendants
et également orientés dans le sens du soufflage.
Dans le premier cas, les zones de passage gazeux
sont localisées sur le pourtour des éléments rapportés dans
le bloc réfractaire, alors que, dans le second cas, elles
sont plus diffuses car elles se répartissent dans les plans
de joints, c'est-à-dire selon des fentes étroites plus ou
moins rectilignes qui vont' jusqu'aux extrémités de la pièce
et qui, par conséquent, divisent cette dernière en une
pluralité d'élements unitaires.
Cette nouvelle conception de brique réfractaire
perméable permet d~aboutir enfin au double objectif convoité,
à savoir une durabilité de la pièce égale à celle du garnissage
réfractaire du récipient métallurgique dans lequel elle est
implantée et une capacité élevée en débit gazeux, adaptée
au vo]ume du bain contenu dans ce récipient. Cette derni~re
particularité semble notamment due au fait que l'assemblage
des éléments constitutifs de la pièce étant réalisé sans
se soucier de l'étanchéité des zones de jonction, il peut
passer dans ces derni~res un plus grand débit de gaz qu~à
travers la masse,réfractaire, aussi poreuse soit-elle. C~ci
étant, on n'a pas besoin d~avoir recours aux masses extreme-
ment poreuses connues antérieurement, qui permettent des
débris de gaz assez élev~s, mais qui s~usent également tres
rapidement.
Conformément,à la pratique habituelle, l'assemblage
réfractaire est avantageusement placé dans un réceptacle
métallique constitué par une enveloppe latérale ouverte
à une extrémité de manière à laisser libre la face,supérieure
de la masse réfractaire, destinee à atre mise en contact du
métal en fusion et laissant, bien entendu, appara~tre à
sa surface les discontinuités locales pour le passage du
gaz, l'autre extré~ité de l'enveloppe métallique étant
obturée par une plaque de fermeture équipée des moyens
d'amenée du gaz de sou~flage~
On rappelle que le réceptacle métallique a pour
fonction notamment d'assurer une étanchéité latérale à
la périphérie de la masse réfractaire. Par ailleurs,
grâce à sa surface extérieure plus regulière et plus lisse
que celle du réfractaire, l'enveloppe métallique permet une
application etroite de la pièce sur les parois du trou
pratiqué dans le revêtement réfractaire qui la re~oit, ou
facilite l'extraction de cette pièce en vue de son remplace-
ment, le cas échéant. On peut encore signaler le rôle de
cette enveloppe en tant qu'armature de renfort protégeant
la masse réfractaire intérieure contre des chocs éventuel~s
au cours du transport ou de la manutention.
Conformément à l'invention, la pièce construite
par assemblage d'éléments unitaires juxtaposés peut etre
réalisée selon plusieurs variantes. Une première catégorie
de variantes prend en compte la forme des éléments ré~rac
taires juxtaposés.
A ce titre, ces derniers peuvent présenter une
forme applatie (plaque, bande, etc...) dont la largeur
égale, et, par conséquent définit, celle de la pièce réfrac-
taire. Dans ce cas, les éléments sont juxtaposés par leurs
grandes faces latérales en se succédant parallèlement entre
eux selon la longueur de la pièce. On réalise de cette facon
un assemblage de type "sandwich" définissant une pluralité
de plans de joints dont les traces en surface sont de caractère
unidirecti.onnel (réseau de lignes parallèles dans le sens
de la largeur).
Les éléments refractaires peuvent également présenter
une forme plus compacte et allongée (parallélépipède à base
carrée ou faiblement rectangulaire) dont les côtés sont de
dimensions inférieures a ceux de la pi~ce. Dans ce cas,
les élérnents sont juxtaposés parallèlement entre eux par
leurs quatre faces latérales en se succédant cette fois selon
la longueur et aussi selon la largeur de la pièce. On
obtient alors un assemblage de type "faisceau" définissant
une pluralité de plans de joints entrecroisés uniformément
orientés comme auparavant en direction du soufflage gazeux,
mais dont les traces en surface présentent une configuration
bidirectlonnelle (réseau de lignes entrecroisées).
Une seconde catégorie de variantes est basée sur le
mode d'assemblage des éléments juxtaposés.
Une possibilité consiste ~ les mettre en contact-
mutuel par leurs faces latérales. Une autre possibilité
consiste a réaliser une juxtaposition d~éléments réfractaires
avec interposition entre eux de moyens de séparation de
manière à les maintenir à faible distance les uns des autres
et pouvoir ainsi augmenter le cas echéant les ~ébits de
soufflage. Ces moyens peuvent se présenter sous de multiples
formes. Ce sont par exemple des cales d'écartement calibrées
ménageant des joints ouverts entre les éléments réfractaires,
tels que des fils métalliques ou autres, orientés dans la
direction du soufflage gazeux, ou des inserts en béton
ré~ractaire logés dans des encoches longitudinales ménagée-s
à cet effet en regard l'une de l'autre sur les faces laté-
rales des éléments réfractaires juxtaposés. Ces moyens de
--8--
,
séparation peuvent également être constitués par des cloisonsrapportées et insérées sans jeu apparent entre les éléments
réfractaires, par exemple des plaquettes en matériau ré-
fractaire poreux, donc perméable, ou de simples feuillards
métalliques de forme plane ou ondulée.
On comprend que la présence de feuillards permet
d'augmenter le débit de gaz, car d~une par~ l'écoulement
gazeux dans les plans de joints est facilité contre les
parois métalliques lisses et, d'autre part, le nombre de
plans de joints entre deux éléments réfractaires juxtaposés
et multiplié par deu~. ~
Par ailleurs, si le feuillard est ondulé, on
augmente encore la surface de j-onction, donc également les
possibilités de soufflage.
Des résultats similaires peuvent 8tre obtenus
lorsque les éléments réfractaires sont juxtaposés en contact
mutuel.
Dans ce cas, en effet, la perméabilité de la pièce
peut 8tre au~mentée en m~nageant des cannelures superfi-
cielles sur les faces latérales des éléments qui, une foisces derniers assemblés, formeront de fins canaux recti-
lignes pour le passage du gaz d'insufflation.
Le cas peut se présenter lorsqu'on souhaite faire
passer de gros débits de gaz, pouvant atteindre plusieurs
dizaines de litres par seconde, par exemple 40 l/s, comme
cela commence ~ se pratiquer au convertisseur à fonte du
type à soufflaye d'oxygène par le haut, après la période
d'affinage proprement dite a~in, par exemple, de surdé-
carburer le bain métallique. Toutefois, la perméabilité
obtenue par la simple réunion des éléments est largement
_g_
5~
suffisante pour les opérations sidérurgiques de brassage
en poche o~ les débits utilisés sont nettement plus
faibles, à savoir voisins de 5 l/s environ, donc de
l'ordre de dix fois moins que dans le cas prémentionnë
du convertisseur.
L~invention sera bien comprise et d'autres
aspects et avantages ressortiront plus clairement au
vu de la description qui suit, donnée à titre d'exemple
et en référence aux planches de dessins annexées sur
lesquelles:
Figure 1 représente une vue en perspective,
partiellement arrachée d'une pièce
réfractaire perméable conforme à
l'invention et constituée-d'un
assemblage type "sandwich" d'éléments
réfractaires juxtaposés en contact
mutuel par leurs grandes faces-latérales;
Figure 2 est une vue en coupe verticale selon
le plan AA de la Figure:l,
Figure 3 est une vue en coupe similaire ~-celle
de la Figure 2, représentant une variante
de réalisation
Figure 4 montr-e en perspective une plaque réfrac-
taire constitutive de la pièce complète
illustrée sur les Figures 1 et 2
Figure 5 est l'homologue de la Figure 4 à l'égard
de la pièce poreuse illustrée sur la
Figure 3
Figure 6 est une vue en perspective du dessus
d'une pièce réfractaire perméable
conforme à l'invention et constituée
-- 10 --
s~
d'un assemblage type "faisceau" d'éléments
réfractaires juxtaposés avec interposition
entre eux de cales d'écartement,
Figure 7 est une vue en perspective d'une variante
de réalisation de la pièce représentée
sur la Figure 6.
Sur les figures, les memes éléments sont désignés
par des références identiques ou complétés par des " ' "
lorsqu'il s'agit d'éléments homologues.
La Figure 1 représente la pièce réfractaire
perméable dans son intégralité telle qu'elle peut se
présenter à l'utilisateur avant d'être incorporée à la
ma~onnerie du récipient métallurgique destiné à la recevoir,
par exemple un convertisseur à sou~flage d'oxygène par le
haut. Cette pièce est essentiellement constituée par
assemblage 1 de plaques réfractaires 2 ayant même hauteur
h et même largeur 1 que la pièce. Les plaques 2 sont juxta-
posées et pressées de manière à 8tre en contact mutuel par
leurs grandes faces en se succédant les unes au~ autres selon
la longueur L de la pi~ce. Dans l'exemple décrit, le serrage
et la cohésion de l'assemblage sont assurés par frettage, au
moyen d'une enveloppe métallique 3 constituée, de la manière
habituelle, par une t81e en acier d'environ lmm d'épaisseur.
Une plaque de fermeture 4 complète l'enveloppe 3 de manière
à réaliser un réceptacle étanche dans lequel est ajusté
l'assemblage 1. L'arrivée du gaz d'insufflation sous pres-
sion s'effectue, dans le sens indiqué par la flèche, par
une conduite 5 fixée de facon étanche sur la plaque de fer-
meture 4 autour d'un orifice 6, lequel débouche dans un canal
7 de répartition gazeuse ménagé .à l'intérieur de l'assembla-
ge 1.
J
9~
Les plaques 2 constitutives de ce dernier sont
en matériau réfractaire de composition et de fabrication
classique, par exemple en magnésie cuite sans sélection
granulométrique préalable,-donc non-poreuse. Cependant,
leur juxtaposition sans joint matériel d~étanchéité,
conformément à l'invention, définit dans la pièce des
discontinuités locales parallèles entre elles, référence
8 sur la Figure 1 et apparaissant en surface en un réseau
de fentes rectilignes selon la largeur de la pièce. Ces
disconti~uités 8 constituent des zones de passage permettant
au gaz sous pression arrivant dans le canal de répartition
7 de traverser l~ensemble réfractaire 1 et de ressortir
par l'extrémité en contact avec îe métal liquide. On
comprend que la présence de ces régions perméables bien -
~ localisées aux plans de joints, confère ~.l'ensemble réfrac-
taire 1 ainsi constitué une perméabi.lité anisotrope, c'est~
à-dire orientée dans le sens du soufflage gazeux.
Bien entendu, cette perméabilité est également
sélective, car si le caractère perméable des zones de
jonction 8 est assez accusé pour assurer le passage du gaz
de soufflage sous pression, il.n'en est pas moins suffisam-
ment atténué pour empêcher des in~iltrations de métal
liquide. A cet égard, on peut signaler que, dans le cas
de llacier liquide, le seuil de perméabilité limite
correspond à une section de micro-passage de l'ordre de 1 mm2
maximum.
Comme on l'a déjà dit, il peut atre souhaité
d'augmenter artificiellement la perméabilité de l'assemblage
1. Ce résultat peut être obtenu, conformément ~ une variante
de l'invention, en ménageant sur la surface des plaques ~
de fines cannelures 9 mieux visibles sur la Figure 4. Ces
- 12 -
... ,~,;~, .
cannelures peuvent etre réalisées par u~inage ~traits de
scie) ou obtenues au moment du moulage de la plaque 2 au
moyen d'un moule adapt~ en conséquence~ Il en est de
même d'ailleurs de l'évidement 10 qui condui~, une fois
les plaques assemblées, à la réalisation du canal de
répartition gazeuse 7. Les cannelures 9 peuvent être
ménagées sur une seule des grandes faces, comme le
montrent les Figures 1 et 4 ou sur les deux grandes faces.
Dans ce cas, on peut prévoir un décalage de leur position
de manière à les disposer en quinconce dans chaque plan
de joints B~ Elles peuvent être également, si on le
souhaite, appariees de façon à définir des petits canaux
une fois l'assemblage réalisé. On signale cependant que,
quelle que soit la variante envisagée, il est souhaitable
de prévoir des cannelures dont la section de passage globale
soit inférieure à 1 mm~ environ pour éviter tout risque de
pénétration de métal liquide. Comme on le voit sur la
Figure 4, ces cannelures sont disposées radialement de
manière à relier, dans la pièce assemblée, le canal de
répartition 7 ~ l'extrémité supérieure destinée à ~tre
mise en contact avec le métal liquide.
La variante de réalisation, illustrée sur la
Figure 3, consiste à remplacer le canal de répartition
gazeuse, interne à l'assemblage réfractaire, par un
espace 7' ayant meme fonction mais dispos~ extérieurement
et en-dessous de 1'ensemble réfractaire 1. L'avantage
immédiat de ce type de réalisation réside dans le fait
que l'espace de répartition gazeuse affecte cette fois
toute la section de l'ensemble réfractaire 1, ce qui
n'était pas le cas de la variante précédente.
-13-
5~3~3
On réalise la pièce de la Figure 3 à partir
de celle illustrée sur les Figures 1 et 2 en remplaçant
la plaque de fermeture 4 par une plaque de base 12 ajourée
par des p rforations 14 qui peuvent être réparties au
hasard, mais de préférence localisées au droit des plans
de joints désignes en 8 sur la Figure 1. La partie ainsi
obtenue, composée de l'assem~lage 1 ent81é par l'enveloppe
3 et par la plaque de base 12, est placée dans un châssis
inférieur 11 comprenant une plaque de fermeture 4' et une
virole d'extrémité 13 sur laquelle est posée, puis soudée
pour des raisons d'étanchéité, la partie supérieure. De
cette manière, on ménage entre la plaque de base 12 et la
plaque de fermeture 4' un espace de répartition 7' recevant
le gaz de soufflage par une ouverture 6' ménagée dans la
plaque de fermeture et prolongée par une conduite d'amenée
5', et le distribuant dans l'assemblage perméable 1 au
travers des perforations 14.
Un exemple de plaques réfractaires a cannelures
adaptées à ce type de réalisation est illustré sur la
Figure 5~ Comme on peut facilement s'en rendre compte,
cette plaque, référencée 2', ne diffère de son homologue
de la Figure 4 que sur deux points essentiels: l'évidement
constitutif du canal de répartition gazeuse interne a
disparu et les cannelures superficielles rectilignes 9'
relient cette fois directement la base inférieure par
laquelle arrive le gaz à l'extrémité opposée destinée
être mise en contact avec le métal liquide.
Il n'est pas indispensable que l'enveloppe 3
s'étende sur toute la hauteur des plaques réfractaires.
Toutefois, l'enveloppe n'a pas pour seule fonction le
-14-
~65i~
malntien mécanique de 1'assemblage 1 mais sert égaleme~t
à canaliser dans la bonne direction les gaz qui auraient
tendance ~ s'echapper latéralement.
Il doit être souligné également que la forme
trapézo1dale de la pièce illus-tree sur les figures
ne constitue en rien une caractéristique nécessaire de
l'invention, mais une disposition relativement habituelle
ayant pour rôle d'assurer, sous la pression du gaz de
sou~flage, le blocage de l'assemblage 1 dans la maçonnerie
du four et lui ~viter ainsi tout risque d'être propulsé
dans le bain métallique. sien entendu, d'autres moyens
assurant un tel blocage peuvent convenir.
En ce qui concerne maintenant le nombre de
plaques réfractaires 2 (ou 2') constitutives de l'assemblage
1, ce nombre est laissé au libre choix de l'utilisateur.
Quant à l'épaisseur des plaques refractaires 2, elle se
situe avantageusement autour de 3 à 5 cm~ Dans ces
conditions, si l'on choisit, pour la pièce perméable,
un format équivalent à celui d'une brique réfractaire
classique (15 x 10 cm ~ afin de pouvoir effectuer une
simple substitution, le nombre de plaques juxtaposées selon
la longueur de la pi~ce est alors de cinq, comme c'est
le cas de la Figure 1.
On va maintenant indiquer brièvement les opérations
à effectuer pour fabriquer la piece réfractaire perméable
qui vient d'atre décrite On dispose au depart du réceptacle
dans lequelva se faire le montage de l'assemblage 1. Ce
réceptacle est cependant incomplet, c'est-à-dire qu'il
manque à l'enveloppe 3 1'une de ses parois latérales~ Par
cette ouverture temporaire, on enfile les plaques réfractaires
-15-
59~
2 en disposant le plan de leur grande face perpendiculaire-
ment à la direction d'introduction~ Le réceptacle sert de
guide et les plaques réfractaires 2 disposées sur chant par
rapport à la plaque de fermeture 4 se juxtaposent l'une
contre l'autre par venue en conta~t de leurs grandes faces
respectives. La profondeur initiale du réceptacle est
déterminée de façon qu'il soit pre~que totalement occupé
lorsque le nombre de plaques souhaité est atteint. On
rapporte alors par soudure la face manquante sur l'enveloppe
3 et, afin d'assurer la cohésion de l'ensemble, on coule
entre cette -face rapportee et la dernière plaque introduite
une fine couche de béton réfractaire. La pièce ainsi
réalisée est alors prête à l'emploi.
Bien entendu, ce mode de fabrication n'est nulle-
ment limitatif et on exposera par la suite, en référence aux
Figures 6 et 7, un procédé de fabrication préféré qui
est parfaitement applicable à la réalisation de la pièce
qui vient d'être décrite~
Par ailleurs, cette pièce n'est pas limitée aux
exemples illustrés par les figures,
Il en est ainsi notamment des variantes à canne-
lures dont le nombre par plaques, la répartition sur les sur-
faces latérales des éléments, la forme ou le profil, ne sont
pas imposés par l'invention. Ainsi, le choix d'une forme
rectiligne et d'un profil arrondi, tels que le montrent
les figures, n'a été guidé que par des considérations, te-
nant ~ la simplicité de réalisation de ce type de cannelures,
par moulage des plaques, ou à la moindre résistance qu'elles
offrent au passage du gaz, et qui les rend à cet égard
plus appropriées que d'autres à llinsufflation d'un gaz
charg~ par exemple de particules solides en suspension.
16-
~,s~
.!. '~
5~
De mame, les éléments réfractaires non-poreux,
utilisés pour la construction de la pièce conforme à
l'invention, ne sont pas nécessairement des plaques mais
peuvent présenter d'autres formes ou formats, dans la
mesure où il demeure possible de réaliser leur assemblage
en les juxtaposant les uns contre les autres par leurs
faces latérales, c'est-à-dire de manière a donner aux
plans de joints une direction commune, qui est celle
de la traversée du gaz.
On peut ainsi utiliser des éléments allongés,
conformés par exemple en parallèlépipèdes à ~ase carrée
ou légèrement rectangulaire, dont la réunion dans le
réceptacle confère à l'ensemble une perméabilité non
plus limitée ~ une série de plans de joints parallales,
mais étendue à tout un réseau de plans formant un quadrillage
plus ou moins dense selon la taille des élements.
Une telle variante de réalisation qui sera
d'ailleurs décrite pl~s en détails par la suite, permet,
~ l'instar des r~alisations à cannelures décrites précé-
2~ demment, d~augmenter le débit de passage du gaz. Il
doit 8tre souligné par ailleurs que la présence de canne-
lures superficielles peut éventuellement con~érer à elle
seule une perméabilité suffisante à la pièce. Il en
resulte que les éléments de construction peuvent 8tre
des ~riques goudronnées, alors que des éléments exempts
de cannelures ne peuvent impérativement contenir un liant
goudronné, afin d'éviter leur collage ~ chaud qui, comme
on le comprend, déyraderait la perméa~ilité de la pièce
réfractaire.
Il doit 8tre rappelé que des moyens, autres que
s~
les cannelure~, peuvent etre mis en oeuvre dans le but
diaugmenter la perméabilité de la pièce. Comme on l'a
déjà dit, ces moyens ont pour fonction essentielle le
maintien des éléments réfractaires ~ à faible distance
les uns des autres. Ils peuvent par exemple être constitués
par des plaquettes en matière réfractaire poreuse,cette fois,
ou par des tBles fines, de préféxence d'épaisseur inférieure
au millimètre, planes ou ondulées et interposées sans jeu
apparent entre les éléments réfractaires 2. Lorsque la
pièce perrnéable est destinée ~ un convertisseur d~aciérie,
les tôles de séparation de même que l'enveloppe extérieure
sont avantageusement revatues d'une couche de protection
contre les risques de recarburation par contact avec la
fonte.
Ces cloisons séparatrice~; peuvent ~tre mises en
place en même temps que les élément:s ré~ractaires 2 selon
un processus de montage alterné. Mais il est également
possible d'utiliser le cloisonnage comme un moule à
alvéoles dans lesquelles est coulé le matériau réfractaire
non-poreux, ce qui permet d'éviter, si on le souhaite,
de réaliser les discontinuités recherchées dans la masse
réfractaire sans avoir ~ assembler des éléments réfractaires
p.réformés.
On va maintenant décrire, en référence aux
Figures 6 et 7, une autre catégorie de variantes de
réalisation de l'invention, consistant à séparer les
éléments réfractaires au moyen de cales d'écartement
ménageant entre eux des joints ouverts.
Afin d'illustrer la variante précédemment
signalée, basée sur la forme géométrique des éléments
- 18 -
5~9
réfractaires, on a représenté ici une pièce 16, 15' r~alisée
par assemblage d'élémenks parallélépipédiques 18 de même
hauteur h que la pièce et juxtaposés par leurs faces
latérales les uns à la suite des autres selon la longueur
L et selon la largeur 1 de la pièce. Il est clair cependant
que la présence de cales d'écartement entre les élements
n'est pas liée à une forme particulière de ces derniers
et peut fort bien etre envisagee dans le cas d'éléments
réfractaires conformés en plaques s'étendant sur toute
la largeur de la pièce, tels ~ue représentés sur la ~igure
1~ En se reportant aux Figures 6 et 7, on voit donc que
la pièce réfractaire perméable 16 (16') est essentiellement
constituée par un assemblage 17 d'éléments réfractaires
non-poreux 18, au nombre de quatre dans les deux exemples
considérés, et réunis entre eux de façon non jointive
par interposition de cales d'écartement 19 (19'). La
cohésion de l'assemblage est assuré comme précédemment
par frettage compressif au moyen de l'enveloppe métallique
latérale 3. La plaque de fermeture 4 complète l'enveloppe
de la manière habituelle, afin de réaliser un réceptacle
étanche dans lequel l'assemblage nlapparait que par sa
face supérieure li~re destinée à ~tre mise au contact
du métal en fusion contenu dans le récipient métallurgi~ue.
L'arrivée du ~az d'insufflation sous pression s'effectue
dans le sens indiqué par la flèche, par la conduite d'amenée
5 montée de fa~on étanche sur la plaque de fermeture 4 et
reliée à une source d'alimentation non représentée.
Les ~léments 18 cons~itutif de l'assemblage sont
avantageusement en matériau réfractaire de composition
et de fabrication classiques, par exemple en magnésie
-- 19 --
5~
cuite à haute tempérakure pour bien résister à l'usure,
chimique et mécanique par contact avec le laitier, mais
sans sélection granulométrique préalable, donc non~poreuse
naturellement~ Cependant, leur réunion non-jointive au
moyen des cales d'écart~men-t 19, 19', définit entre eux
des espaces étroits 20, constituant des zones de passage
obligatoire pour le gaz sous pression arrivant à la base
de la pièce par la conduite 5 et traversant l'ensemble
réfractaire 17 pour ressortir par l'extrémi-té supérieure
libre en contact avec le métal en fusion. On comprend
que la présence de ces espaces de soufflage 20 localisés
aux plans de joints de l'assemblage confère à celui-ci
une perméabilité "dirigée" dans le sens du soufflage gazeux.
~ ien entendu, ce résultat est atteint si sont
respectées des conditions relatives respectivement aux
cales d'écartement 19 (191) et à l'étanchéité au droit de
l'enveloppe latérale 3.
~ n ce qui concerne ce dernier point, il est prévu,
conformément à l'invention, d'interposer entre la face in-
térieure de l~enveloppe et la paroi des éléments réfractaires18, une couche 21 d'un produit de jointoiement, ae type
habituel dans le domaine considéré et dont la mise en place
sera décrite plus en détail par la suite.
En ce qui concerne les cales d'écartement 19 (19'),
il importe qu'elles soient concues de façon à ménager des
espaces de soufflage ~0 étroits, c'est-à-dire dont l'épaisseur
est préférentiellement comprise entre 0,1 et 0 5 mm. En
effet, la perméabilité de la pièce 16(16') ne dépend que
de ltépaisseur des espaces 20. Elle peut donc, du moins
en principe, 8tre augmentée ou réduite à volonté en modifiant
- 20 -
s~
simplement le gabarit des cales d'écartement. Toutefois,
la perméabilité variant en sens inverse de la "sélectivité",
le risque d'infiltration de métal en fusion augmente avec
l'épaisseur des cales. ~ cet égard il est donc préférable
que l~épaisseur des cales soit la plus faible possible.
La limite inférieure demeure cependant conditionnée par
le débit unitaire de gaz à faire passer au travers de la
pièce réfractaire, compte tenu de la pression pneumatique
dont on peut disposer en amont de la pièce. D'un autre
c~té si l'on au~mente trop l'épaisseur des cales, la
pression pneumatique, qui doit ~tre maintenue pour éviter
les infiltrations de métal en fusion, engendre alors un
débit de gaz important, souvent en pure perte, d'autant
que ce débit doit alors etre entretenu en permanence m8me
en dehors des phases d'élaboration du métal nécessitant
une insufflation de gaz.
Compte tenu de ces indications, l'épaisseur des
cales d'écartement est de préférence voisine de 0,3 mm et,
de toute facon. comprise entre 0,1 mm et 0,5 mm environ.
Ces caractéristiques sont valables surtout pour
l'application de la pièce réfractaire selon l'invention
un récipient métallurgi~ue tal ~u'un convertisseur diaf-
finage de la fonteO Elles peuvent bien entendu etre modi-
fiées pour dlautres applications, mais l'ordre de grandeur
demeure sensiblement la même si les débits spéci~iques de
gaz dépassent une dizaine de litres par seconde environ.
Ces conditions étant respectées, les cales
d'écartement peuvent présenter de multiples formes de
réalisation différentes dans la mesure o~ elles n'obstruent
pas la section de passage des espaces lO de façon suffi-
samment importante pour emp~cher le débit de gaz de
21 -
s~
brassage ~ue l'on souhaite y faire passer.
A cet égard, les cales d'écartement peuvent
~tre constituées par exemple par des irrégularités de
surface des éléments 18 volontairement prononcées, telles
que des picots ou des protubérances en forme de pastilles.
obtenues par moulage lors de la fabrication même de ces
éléments.
Une autre forme de réalisation consiste'à rapporter
les cales d'écartement entre les éléments au moment de
l~opération d~assemblage.
Dans ce cas, les cales se présentent avantageuse-
ment sous l'aspect de corps allongés, orientés longîtudinale-
ment dans les espaces 20, c~est-à-dire dans la direction de
traversée du gaz de brassage afin de n'en pas gêner le
passage, Les Figures 6 et 7 illustrent respectivement deux
exemples différents de réalisation de cales d'écartement
de ce type.
Dans l~exemple de la Figure 6, les cales d'é-
cartement 19 sont de simples fils métalliques du commerce,
en acier de préférence, et calibrés à la dimension voulue.
lls sont au nombre de quatre, soit un par élément réfrac-
taire, et tous orientés longitudinalement de mani~re ~
réduire le plus possible leur ma~tre-couple dans l~écoulement
gazeux. Leur position peut être quelconque, toutefois il
est préférable de les localiser aux extrémités des plans
de joint afin de minimiser, comme on le comprend, les jeux
fonctionnels des éléments au moment de leur réunion.
Dans l'exemple de la Figure 7, les cales d~é-
cartement 19' sont constituées par des inserts en béton
réfractaire logés dans des encoches 22 prévues aux ex-
trémités des plans de joints et obtenues lors de l'assemblage
~ 22 -
,~"
~9L6S~
des éléments 18 qui présentent à cet effet un dégagement
le long de leur arete.
Les inserts peuvent être coulés sur place après
réunion non-jointive des éléments 18 gr~ce aux entretoises 23
disposées au voisinage immédiat des encoches et ayant le
double rôle de ménager les espaces de soufflage 20 et de
constituer un organe d'étanchéité permettant la coulée des
inserts sans risque d'lnfiltration de béton liquide dans
les espaces 20.
Les entretoises 23 sont avantageusement de m8me
forme et de meme calibre que les fils métalliques 19 (Figure 5).
Cependant, contrairement à ces derniers, leur fonction de
cale d'écartement n'étant que temporaire, puisqu'el]es servent
de relais aux inserts 19l, elles peuvent être constituées
de fils en matériau destructible à chaud, par exemple des
polyamides tels que celui vendu sous la marque de commerce
l'NYLO~' que l'on peut indifféremment éliminer en dernière
phase de fabrication de la pièce, ou laisser se détruire
à chaud lors de la mise en service au convertisseur. Il
doit etre souligné que les variantes de réalisation, décrites
en référence aux figures, se carackérisent notamment par le
fait ~ue les cales d'écartement 19 ou 19' sont des corps
rapportés dans l'ensemble de la pièce et non pas comme
indiqué précédemment, des parties intégrantes des éléments
réfractaires 18. On évite ainsi le recours à des éléments
réfractaires préformés et conçus spécialement en vue de la
fabrication de la pièce selon l'invention, ce qui n'est
évidemment pas sans influence sur le co~t de revient de
celle-ci. Au contraire, la mise en place de cales dlécarte
ment rapportées permet d'utiliser des éléments réfractaires
tout à fait banalisés, voire "standard" dans le commerce.
23 -
A cet égard, un avantage substantiel de l'invention
réside dans le fait que la pièce 16 (16') peut ~tre
aisément produite en prenant comme matière première une
simple brique réfractaire du commerce que l'on transforme
selon le processus qui va etre exposé. Une brique du
commerce, en matériau réfractaire non-poreux, tel que
de la magnésie cuite, est d~-,coupée à la scie dans le
sens longitudinal. Les éléments obtenus sont alors réunis
de fa,con non-jointive en disposant entre eux les cales
d'écartement calibrées 19 (Figure 6) ou, le cas échéant,
les entretoises temporaires 23 (Figure 7). Dans ce
dernier cas, les arêtes des éléments situés au voisinage
des entretoises sont soumises préalablement à un enlèvement
de matière, par exemple par fraisage, de manière à pouvoir
former les encoches 22 dans lesquelles on coule un insert
19' en béton par tout moyen approprié~
Dans tous les cas, la cohésion de l'assemblage
est alors assurée par frettage au moyen de l~enveloppe
métallique latérale 3 avec interposition d'une couche
de produit de jointoiement 21 qui assure llétanchéité au
gaz au droit de l'enveloppe~ L'ensemble est complété
par la plaque de fermeture 4 rapportée par soudure sur
le bord inférieur de l'enveloppe.
Les performances que l~on peut attendre de la
pièce ainsi réalisée en tant qu'organe de soufflage sont
conditionnées, notamment, par la ~ualité de l'étanchéi-té
au gaz à l'interface enveloppe-éléments réfractaires.
Cette étanchéité est directement liée ~ la nature du
produit de jointoiement 21 et/ou à la façon dont il est
mis en place. A cet égard, le produit de jointoiement
est avantageusement un béton réfractaire gonflant que llon
- ~4 -
coule ~ l'état liquide dans l'intervalle prévu initialement
entre l'enveloppe métallique et les éléments réfractaires.
Le gonflement, au cours du séchage ultérieur provoque alors
par réaction de l'enveloppe et des éléments une compression
du produit de jointoiement assurant l'étanchéité recherchée.
Toutefois, cette variante de réalisation nécessite
une connaissance et donc une maitrise, toujours délicates,
des contraintes mécaniques qui se développent dans la pièce
et qui peuvent en particulier aboutir à des défol~ations de
l'enveloppe par gonflement qui rendent plus difficile
voire aléatoire, l'incorporation de la pièce dans la maçon-
nerie du récipient métallurgique destiné ~ la recevoir.
Une variante préférée, et qui correspond à la
meilleure forme de réalisation qui savent faire les
inventeurs a l'heure actuelle, consiste à opérer de la
façon suivante: l~enveloppe métallique 3 est consituée
de deux demi-coquilles 24 et 25 égales et de profil en U.
On commence par introduire l'assemblage 13 dans l'une
quelconque des demi-coquilles, par exemple la demi-co~uille
24 après avoir badigeonné sa surface intérieure par un
produit de jointoiement qui adhère naturellement ~ la
paroi métallique. On effectue ensuite un badigeonnage
identique sur la face intérieure de la demi-coquille 25
que l'on dispose alors autour de la moitié de l'assemblage
dépassant de la demi-coquille 24. Les demi-coquilles sont
dimensionnées de manière que, à ce stade de l'opération,
leurs bords respectifs soient en regard deux-à-deux.
On comprime alors l'ensemble en exercant une
poussée sur la base de chaque demi-coquille à l'aide de
tout moyen approprié, par exemple un étau, et on termine
- 25 -
'~'
l'opération en solidarisant les deux demi coquilles par leurs
~ords au moyen de cordons de soudure 26 en milieu de face
de l'e~veloppe métallique 3 ainsi reconstituée. Une autre
variante avantageuse de l~invention consiste à scier la
brique réfrac~aire de départ selon une découpe en croix,
de manière ~ obtenir, comme le montrent les figures, des
espaces de soufflage 20 entrecroisés. On choisit pour ce
faire une lame de scie dont l~épaisseur tient compte de
l'épaisseur de l~enveloppe latérale 3, de fa~on ~ réaliser
une pièce perméable qui conserve le meme gabarit que celui
de la brique initiale, ce qui permet en particulier de
pouvoir incorporer sans difficulté la pièce perméable dans
llarchitecture d'ensemble du revêtement réfractaire.
Conformément à une autre caractéristique de
l~invention non-indlspensable mais utile lorsque la brique
réfractaire ini~iale est imprégnée de goudron, par exemple
une brique en magnésie cuite impré<~née de goudron on
soumet les éléments 18 à un chauffage tempéré après découpe
et avant assemblage, a~in d~éliminer les éléments volatils
inévitablement présents et ~ui risqueraient, par la suite,
de couler et donc ~e colmater les espaces de soufflage.
L~opération de chauffage tempéré peut durer quelques heures
et permettre ainsi de passer d'une teneur en carbone total
de ~/O à 2% environ en poids.
Il va de soi que l'invention ne saurait se limi-
ter aux exemples décrits, mais peut présenter de nombreuses
autres variantes de réalisation. Il en est ainsi notamment
des cales d'écartement 19 entre les éléments et qui
peuvent être de nature fort variée, par exemple de la
corde à piano, etc... dans la mesure où leur calibre et
- 26 -
i
leur orientation respectent les indications précédemment
fournies. En outre, leur nombre ntest pas nécessairement
limité ~ la proportion de un par élément réfractaire.
De même, le nombre d'éléments réfractaires 1~3
constitutifs de l'assemblage n'est pas obligatoirement
égal à quatre, mais peut etre inférieur ou supérieur à ce
nombre~ De même encore les encoches, ménagées en regard
l'une de l'autre sur les éléments réfractaires et définissant
un logement pour les inserts en béton, ne sont pas obliga-
toirement placées aux extrémités des plans de joints, maispeuvent être prevues a des endroits quelconques à l'in-
térieur même des espaces de soufflage.
En outre. on rappelle que conformément à une
autre catégorie de variantes non représentées sur les
figures, mais dont le simple énoncé est suffisant pour
permettre a l'homme de metier de les réaliser, la pièce
selon l'invention peut être constituée d'une masse ré-
fractaire non-poreuse, formée non plus d'éléments unitaires
juxtaposés, mais d'un seul bloc comportant intérieurement
des perforations ou des fentes qui le tra~ersent dans
la direction du souffla~e gazeux et dans lesquelles sont
insérés sans jeu apparent des éléments non-destructibles
~ chaud et présentant de préférence une paroi lisse, par
exemple des éléments en acier.
Enfin, si la pièce selon l~invention a été
spécialement con~ue à l'origine en tant qulélément du
garnissage réfractaire d'un récipient métallurgique, tel
~uiun convertisseur d'affinage de la fonte en acier dans
lequel est recherch~ un brassage pneumatique du bain de
métal en fusion, elle n'en est pas moins d'application
générale ~ toute prati.que industrielle nécessitant
la traversée d1une pièce réfractaire par un fluide
à 1létat ga~eux~
