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La présente invention se rapporte aux éléments réfrac-
taires poreux destinés à etre traversés par un fluide gazeux
sous pression.
On sait depuis longtemps, ~ partir de matériaux réfrac-
taires ~ granulométrie sélectionnée (brevet fran~ais n 1.094.809
du 22 Juin 1950,au nom de Her Majesty the Queen in the Right of
Canada), fabriquer des éléments de ce type que llon implante
ensuite dans la maçonnerie réfrac~aire d'un récipient métallurgique
contenant un bain de métal en fusion, en vue d'insuffler dans
celui-ci un gaz de brassage et d'interrompre cette insufflation
lorsqu'on le désire, sans risque de pénetration en retour du métal
en fusion, comme ce serait par contre le cas avec des tuyères.
On sait également que, pour assurer pleinement une telle
perméabilité sélective à l'égard du gaz, l'un des impérati~s
majeurs consiste à empêcher des écoulements gazeux préferentiels
entre l'élément poreux et la paroi réfractaire dans laquelle il
est incorporé.
A cette fin, il est connu d'entourer étroitement l'élé-
ment par une enveloppe métalllque, par exemple une tôle mince
en acier, que l'on obture à l'une de ses extrémites par une plaque
de base pourvue de -mo~ens d'amenée du gaz de soufflage. L'envelop-
pe et la plaque définissent un réceptacle dans lequel la masse
poreuse n'apparait plus que par une seule face li~re, la~uelle est
destinée ~ être mise au contact du métal en fusion. -
L'usage d'une telle enveloppe semble désormais assez
généralisé car, en plus de sa fonction d'étanchéité latérale, elle
présente d'autres avantages substantieIs parmi lesquels on peut
; citer : la possibilité d'une part de constituer, en association
avec la plaque de base, une coquille de moulage de la masse poreuse
et d'autre part, grâce à sa surface extérieure régulière et bien
` lisse, de permettre son application étroite sur la paroi du trou
.
.
.
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. .
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pratique dans le revêtement refractaire qui re~oit l'elément,
ou de faciliter le retrait de ce dernier en vue de son rempla-
: cement, après usure par exemple. On peut encore signaler le r~le
de cette enveloppe en tant qu'armature de renfort protégeant la
masse poreuse contre des chocs eventuels au cours du transport
ou de la manutention.
Toutefois, à cote de ces avantages, la presence d'uneenveloppe métallique amène le plus souvent un certain nombre
d'inconvénients dont l'un des plus consequents resulte d'une
degradation assez rapide de l'etancheite initiale ~ l'intQrface
masse moreuse-enveloppe, de sorte que cette dernière n'est plus
capable d'assumer correc*ement la.fonction qui .lui a été priori-
tairement attribuee.
Au cours de leurs experiences, les lnventeurs ont cons-
taté en effet que, sous l'influence de sequences de soufflage
repetitives, l'enveloppe ~inissait parfois par presenter.une
deformation permanente, de sorte.qu'en l'absence de soufflage,
du metal en fusion penetrait dans.les espaces ainsi formés entre
l!enveloppe et la masse por.euse. :
20 Ces infiltra-tions sont responsahles d'une mise au rebut ~:
: assez precoce de l'élement,. car..d'une part, el:les: déterminent
~ dans leur voisinage immediat des:passages pr.ivilégies pour le ;
:~ gaz dont Ia majeure partie~ne traverse~alors plus la masse poreuse,
et d'autre part, elles peuvent pénétrer profondément dans
l'élement jusqu'à venir boucher les moyens d'amenee du gaz
equipant la plaque de base, ce qui n'est pas sans presenter
certains dangers.
~: ~ La presente invention a pour but de re~edier à ce type
! d'inconvenients.
A cet effet, l'invention a:pour objet un ~lement refrac-
taire poreux destine à être traverse par un fluide gazeu~ sous
'~:
,
~ ~ - 2
~.A~
pression et comprenant une masse refractaire poreuse placee dans
un receptacle métallique constitue par une enveloppe laterale et
une plaque de base pourvue de moyens d'alimentation en gaz,
caracterisee en ce que le receptacle comprend interieurement un
deflecteur solidaixe de la plaque de base et dont les parois
parallèles à l'enveloppe laterale s'etendent sur une hauteur
inferieure ~ celle de ladite enveloppe.
Selon une caracteristique de l'invention, le deflecteur
est constitue par une simple virole metallique.
Conformement à une realisation preferee de l'invention,
la masse refractaire est composee.d'une partie centrale poreuse
entouree par une couche de beton r~fractaire compacte, le deflec-
teur prenant position entre cettepartie centrale et la couche
peripherique.
L'invention a egalement pour objet un procede de fabri-
cation de l'element refractaire por.eux, selon lequel le receptacle
metalli~ue constitue la coquille de moulage de la masse refractaire,
procede caracterise en ce qu'il..consis.te à prendre une couronne
metallique profilee :en U asymetrique dont la grande branche,
disposee exterieurement, consti.tue llenveloppe laterale et la
petite branche.constitue.~e deflecteur, à remplir cette couronne
par un beton re~fractaire compact de façon à obtenir une couche
.
periphériq~ue etanche,.'~ retourner l~'ensemble obtenu et ~ le poser ' .
sur une.surface support .temporai:re, puis à r g plix la cavite :
centrale restante par un beton r~fractaire poreux et enfin à
ob.turer l'orifice de remplissage par une plaque equipee de moyens
d'alimentation en gaz et fixee de fa~on etanche'~ la base de la
couronne.
Comme on le comprend, la presente invention consiste
donc fondamentalement à decharger l'enveloppe metallique de sa
fonction d'etanche'ite laterale au gaz. en lui substituant:, à cette
- 3 -
.; ~ .
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2iS
fin, un déflecteur intérieur entouré à distance par ladite enve-
loppe. La fixation du déflecteur sur la plaque de base lui pexmet,
de surcroit, de constituer une b~ée d'arrêt ~ l'égard des infil-
trations de métal en fusion qui ont lieu entre l'enveloppe et la
masse poreuse et d'empêcher celles-ci de venir obstruer les
moyens d'amenée du gaz de soufflage.
En fait, en l'absence de toute autre disposition, le
déflecteur ne remplace que partiellement l'enveloppe dans son .
rôle d'étanchéité latérale au gaz. Le déflecteur ne peut en effet
constituer qu'une chicane présentant une hauteur réduite par
rapport à celle de l'enveloppe. On comprend que, dans le cas
contraire, c'est-a-dire si le deflecteur s'étendait depuis la
plaque de base jusqu'a la sur~ace libre de la masse poreuse, on
se trouverait sinon dans une situation analogue ~ celle connue
décrite auparavant avec les inconvénients auxquels la pr~sente
invention.se propose précisément de remédier.
Toutefois, lorsque,.selon une disposition connue
(brevet fran~ais n 1.162.727 du 26 Octobre 1956 au nom de l'Ins-
titut de Recherches de la Sidérurgie Française), une couche
annulaire de béton compact, étanche au gaz, est prévue autour de
la masse poreu.se :interne, et que, conformément à l'invention, le
déflecteur est placé en interposition entre les deux, la couche
compacte prolonge le déflecteur dans~sa f:onction d'étanchéité
latérale jusqu'~ la surface libre de la masse poreuse par la-
quelle s'échappent les.petites bulles de gaz.
L'invention sera bien compri.se et d'autres aspects et
avantages ressortiront plus clairement au vu de la description
qui suit, donnée à titre:d.'exemple et en réference ~ la planche
de dessins unique :sur la~uelle :
La Fig.:l represente un.élément conforme ~ l'invention,
vu en coupe verticale selon.le plan BB de la Fig. 2; et
:
: - 4 -
i ;, ~ .. ,, ,, : ,
L121~;i
I,a Fig. 2 est une vue en section selon le plan horizon-
tal AA de la Fig. 1.
L'element represente sur les figures est constitue par
une masse refractaire 1 logee dans un receptacle metallique 2,
de maniè~e à ne laisser apparaître qu'une surface libre 3. Cette
surface libre 3 est destinee ~ être mise au contact du metal en
fu~on lorsque l'element se trouve in~orpore au revetement refrac-
taire d'un recipient metallurgique.
Dans l'exemple decrit, la masse refractaire 1 est cons-
; 10 tituée de deux parties l'une dans l'autre : un.coeur 4 en materiau
refractaire poreux, permeable au ~az, et une couche peripherique
5, de 2 cm d'epaisseur environ, entourant le coeur 4 et réalisee
:
en beton refractaire compact, de très fine granulometrie, demanière à atre le plus possi~le impermeable aux gaz.
Le receptacle metallique 2, en.t~le d'acier doux de
1,5 mm d'epaisseur est composé d'une enveloppe laterale 6 dont
une base est fermée par~ un fond 7 pourvu en son milieu d'une
conduite 8 pour l'introduction.du gaz de soufflage. On voit que
;~ ~ l'enveloppe 6 presente un profil.conver.g.ent-. regulier depuis Ie
20 fond 7 jusqu'au niueau de-la .surface libre.3, c'est-~-dire dans
le sens de souf~lage du gaz. Il s'agit l~ d'une disposition clas- ~ -
sique, conferant a l'élement une:forme en tronc de pyramide à
~ ~ base :rectangle:ou~carree. On rappelle ~que:cette:forme particuli~re
., ~ ..
~ui n'est pas limitative de.l'invention permet d'une part, de
facili.ter l'insertion sans jeu de;l'element dans l'orifice du
r.evêtement refractaire destlne~. le rec:evoir et d'autre part, une
1 fois l'element en plaae,l d'assurer:le bloca.ge de~la masse refrac-
'i taire 1 qui, sinon, ~:isque d'etre ej.ectee dans le metal en fusion,
sous l'effet du gaz sous pression insuffle par la ¢onduite 8.
On remarque par ailleurs .que, pour obtenir une reparti~
`~ tion optimale du:gaz dans la masse poreuse 4, il est pre~u de .~:
,
: ~ ,
~ 5
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ménager à la base. de celle-ci un trou borgne 9 définissant une
chambre de repartition gazeuse dans laquelle debouche la conduite
8. Cette ehambre communique avec un espace de répartition 10
confiné entre le fond 7 et la masse poreuse 4, et s'étendant sur
toute la surface de base de cette dernière.
Conformément ~ llobjet de l'invention, l'él~ment présente
intérieurement un deflecteur 11 entoure ~ distance par l'enveloppe
6 et solidaire du fond 7 de fa~on ekanche sur tout son perimetre.
Comme le montrent les fi.gures, ce deflecteur est constitue par
10 une cloison métallique parallèle à l'enveloppe 6 mais s'étendant .
impérativement sur une hauteur inférieure ~ celle de cette
dernière. Des indications plu5 précises:sur la hauteur optimale
du déflecteur sont fournies plus loin.
Auparavant, il doit etre remarqu~ que, dans l'exemple
décrit, le déflecteur 11 n'est pas rapporté sur le fond 7 mais
constitue la petite branche d'un profilé en U asymetrique dont
l l'enveloppe 6 représente llautre branche et dont la base,
l référencée 12, délimite la périphérie du fond 7, la partie
centrale de celui-ci étant constituée par. un flasque .13 rapporté
de façon étanche sur la base 12 au moyen d'un cordon de
~: soudure 14.
Il est à remarquer.egalement que,: conormément ~ une
caractéristique parti:culLare de l'i:nvention, le dé~lecteur 11
est disposé dans l'élément, de manière à prendre place dans la
: zone de jonction entre le coeur poreux 4 et la couche compacte 5.
On va maintenant décrire un mode de fabrication de
l'élément représenté sur les figures. On dispose au départ d'une
struc.ture métallique mécano-soud~e formant une gouttière rectan- :
gulaire fermée sur. elle-même et profilée en "U" asymétrique, dont
les branches sont parall~les et légarement inclinées sur la ver-
ticale. La grande branche disposée extérieurement représente
. :
--:. - 6 -
i5
l'enveloppe 6. La petite branche disposée intérieurement repré-
sente le déflecteur 11 et le fond reliant ces deux branches
représente la base 12.
En r~gle générale, l'élément devant 8tre réalisé ~ partir
de la structure qui vient dl8tre decrite, est destine ~ se sub-
stituer à une brique réfractaire habituelle constitutive du fond
de poche d'acierie ou de convertisseur d'affinage. Il est clairl
dans ces conditions, que cette structure presentera avantageuse-
ment un gabarit identique ou très legèrement inEerieur à celui
10 de la brique à remplacer, dont.les formats sont d'aill:eurs normali- .
sés. A titre purement indicati~, les briquesde fond d'un conver-
tis.s-ur classique ayant une capacité de llordre de 200 t. présen-
tent ordinairement le format approché suivant : 60 cm de haut
pour. une longueur et une.larg.eur respectivement de 16 et 14 cm
au niveau de leur base.
::On commence par remplir l.'espace disponible entre Ies
deux branches jusqu'à l'extr~mité supérieure de la grande branche
par. un béton ré~ractaire 5 à grain très f.in. Cette opération
- s'e~f.ectue sans précaution partic:ulière~si le ~eton pré.sente
une consistance suffisante. Dans le cas:contraire, ¢'est-~-dire
:si le béton 5 doit 8tre.coulé; il faut:pr.é~oir:un noyau amovible,
que llon ~ait momentanément reposer s~ur le sommet de la petite
branche:~ll, et qUL définit.avec la grande branche 6 un espace
d'~paisseur constante,.égale ~:la largeur .de la base 12 de la
gouttière. Le béton CQmpact est alors coul8 dans cet espace et
le noyau est retiré.lors~que.le beton est de~enu su~fisamment
rigide pour se main.tenir de lui~meme.
La pièce obtenue est retournée~.puis posée sur une
surface-support fermant :temporairement une extrémité de la
cavité c.entrale de la gouttière. Par 1'extré~é supérieure lais-
sée oyverte, on remplit cette cavite avec un b~ton réfractaire : ~ -
,:
~ - 7 -
.
321~
poreux 4. On arrête le remplissage un peu avant que le niveau
du beton n'atteigne celui de la base 12 de llU, afin de preser--
ver, dans l'element acheve, l'espace de reparti~ion gazeuse
En outre, par tout moyen approprie, on menage au centre de la
masse poreuse un evidement destine à constituer la cha~bre de
repartition 9.
Ces operations une fois effectuees, on obture l'extre-
mite de remplissage au moyen d'un flasque ~etallique 13 rapporte
de fa~on étanche sur la base 12 de la gouttière et portant la
conduite 8 d'amenee du gaz de soufflage.
L'assemblage etanche entre le flasque 13 et la base
12 est realise par un cordon de soudure 14. L'element ainsi
~; realise est alors retire de la surface support et après sechage
et cuisson douce, se trouve prêt à l'emploi.
~ Les infiltrations de metal en fusion entre l'enveloppe
6 et la couche compacte 5 ne sont alors plus prejudiciables
car~ au pire, elles atteignent la base du déflect.eur 11 en pas-
sant sous la couche 5. Ce deflec.teur fait alors obstacle à 1A
: progression des infiltrations, etles empêche, de:ce fait,
I
d'atteindre la condui.te de soufflage.
Par ailleurs, :le deflect.eur 11 constitue ~ l'egard
~ du gaz traversant la masse por.euse 4 une.chicane.:~ui.le canalise
: ~ en direction de la surface libre.3 en:l'empêchant:de se disperser
: lateralement vers l:'en~eloppe:6.
. Il doit être noté que, dans L'exemple decrit, la couche
de béton compact 5 peut 8tre capable,: ~ elle s.eule, d'assurer
la canalisation du gaz. Toutefois, l'invention ne se limite pas
~ cette forme de réalisation~ mais s.'étend au cas o~ toute:la
mas.se rafractaire 1 est perméable:au gaz et, dans ce cas, seule
la chicane 11 assure la canalisation gazeuse.
: A cet égard, il pourrait apparaltre souhaitable que le
'' ' .
:. ~ , . : : - 8
. ,
21~
deflecteur 11 s'étende sur toute la hauteur de la masse refrac-
taire 1, c'est-à-dire sur une hauteur égale à celle de l'enve-
loppe extérieure 6 de manière ~ canaliser le gaz jusqu'~ la
surface libre 3. En fait, ainsi qu'il a déjà été dit, une telle
disposition est ~ rejeter, car l'extrémité du déflecteur 11
viendrait alors en contact avec le métal en fusion contenu dans
: le récipient métallurgique et llon retrouverait à ce niveau tous
les problèmes résultant des infiltrations de métal en fusion.
En réalit~, la hauteur optimale pour le déflecteur est sensible-
ment égale à la hauteur restante de l'ensemble de l'élément, au
moment de son remplacement ~près usure. Cette hauteur optimale
est de l'ordre de lS cm environ dans le cas où le récipient
métallurgique -aauquel est destiné l'élément perméab.le selon
l'invention est un convertiss.eur d'affin?ge de la ~onte en acier.
Il va de soi que la présente invention ne saurait se
limiter ~ l'exemple décrit, mais sletend à toute autre forme de
réalisation du déflecteur dans la mesure o~ il constitue, à
llégard des infil~rations metalliques, une butée d'arrêt et à
llégard du gaz d'insuf~lation tr~versant le matériau réfractaire
poreux une chicane ou, plus g.enéralement,. un.organe ~ très forte
:
perte de charge emp8chant.ou du.moins r.éduisant fortement la
dLspersion latérale du gaz .~usqu'a llenveloppe exterieure.
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