BE1009250A3 - Procede et installation de chauffage de cuves, pour bain de metaux en fusion. - Google Patents

Abstract

L'invention concerne un procédé de chauffage de cuves (1), telles que cuves de galvanisation, pour bain de métal en fusion (2), suivant lequel l'on fait usage d'au moins un élément (3) en matière réfractaire thermiquement conductrice et sensiblement étanche aux gaz, notamment à l'oxygène, mis en contact direct et permanent avec la surface supérieure (4) du bain susdit (2), une source de chaleur (5) étant agencée au-dessus ou à l'intérieur de cet élément (3) permettant le chauffage de ce dernier et, essentiellement par conduction, le bain même.

Description

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   "Procédé et installation de chauffage de cuves, pour bain de métaux en fusion"
La présente invention est relative à un procédé de chauffage de cuves pour bain de métaux en fusion, telles que des cuves de galvanisation de fils d'acier suivant lequel les fils se déplacent sous forme d'une nappe d'une manière sensiblement continue dans la direction de leur longueur à travers un bain de zinc en fusion. 



   Ces cuves de galvanisation peuvent être à creuset métallique ou à creuset céramique. 



   Différents modes de chauffage de ces cuves sont appliqués actuellement. 



   Si l'on fait usage de cuves à creuset en acier, il est essentiel que la température de celui-ci soit limitée à   4500C   étant donné qu'à partir de cette température le fer du creuset se met facilement en solution avec pour conséquence une accélération de la corrosion du creuset par le zinc en fusion qu'il contient. 



   De ce fait, le mode de chauffage de telles cuves doit être étudié pour qu'à aucun moment la température de la paroi du creuset de celles-ci ne dépasse la température critique de   450 C.   



   A cet égard, il existe différents modes de chauffage, à savoir le chauffage par circulation de fumée chaude à haute vitesse, le chauffage des parois latérales par rayonnement en faisant usage de brûleurs dits"à flamme plate", le chauffage par résistance électriques disposés le long des parois et au-dessus de la cuve et enfin le chauffage par induction. 

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   Dans le cas des cuves avec creuset en céramique, celles-ci étant formées de pièces en matière réfractaire, voire en béton coulé, il n'existe par conséquent pas de limitation de température contrairement à ce qui est le cas avec les cuves à creuset en acier. 



   De telles cuves sont généralement chauffées par rayonnement d'un couvercle disposé au-dessus de la surface du bain ou par immersion de doigts échangeurs en carbure de silicium. 



   Ces deux types de chauffage présentent toutefois l'inconvénient que, par exemple dans le cas de cuves de galvanisation de fils d'acier, l'accessibilité à la nappe de fils est mauvaise et, de ce fait, on est limité à des nappes de fils assez compactes. 



   De plus, le rendement thermique d'installations équipées de tels types de chauffage est généralement très médiocre. 



   De plus, dans le cas du chauffage par rayonnement d'un couvercle disposé au-dessus de la surface du bain métallique, une majeure partie de la surface métallique est utilisée pour le transfert de chaleur de sorte que, dans le cas de la galvanisation de fils, une grande partie du bain ne peut être exploitée pour passer des fils à galvaniser. De ceci résulte donc que le rendement de production de telles installations est assez réduit. 



   Par ailleurs, la haute température régnant sous le couvercle accélère l'oxydation de la surface métallique par la vapeur d'eau s'accumulant au-dessus de cette surface. 



   Un autre inconvénient est que ce mode de chauffage ne permet pas une répartition homogène de la température sur la section transversale du bain. 



   Pour ce qui concerne le chauffage dit"par doigts immergés", les inconvénients majeurs sont que la 

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 cuve n'est accessible que d'un côté et également le fait que comme dans le mode de chauffage précité par rayonnement, la température n'est également pas homogène sur la section transversale du bain. 



   En outre, il y a lieu de diminuer le niveau du bain métallique lors du changement d'un doigt du fait qu'il faut vaincre la poussée hydrostatique du métal liquide. 



  Enfin, ces doigts sont sensibles à la corrosion à l'interface air-métal et il est impossible de démarrer le chauffage avec ces doigts immergés. 



   Un des buts essentiels de la présente invention est de proposer un procédé de chauffage permettant de remédier aux divers inconvénients décrits ci-dessus et ceci tout en assurant un transfert très efficace de la chaleur au métal en fusion. 



   A cet effet, suivant l'invention, on fait usage d'au moins un élément en matière réfractaire thermiquement conductrice et sensiblement étanche aux gaz, notamment à l'oxygène, mis en contact direct et permanent avec la surface supérieure du bain susdit, une source de chaleur étant agencée au-dessus ou à l'intérieur de cet élément permettant le chauffage de ce dernier et, essentiellement par convection, le bain même. 



   Suivant une forme de réalisation particulière de l'invention, on recouvre au moins 60 % de la surface du bain précité par l'élément réfractaire. 



   Suivant une forme de réalisation préférentielle de la présente invention, on fait usage d'éléments réfractaires flottant sur la face du bain précité. 



   L'invention concerne également une installation de chauffage de cuves pour bain de métaux en fusion, telles que cuves de galvanisation, et plus 

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 particulièrement une installation pour la mise en oeuvre du procédé précité. 



   Cette installation est caractérisée par le fait qu'elle comprend au moins un élément en matière réfractaire thermiquement conductrice et sensiblement étanche aux gaz, notamment à l'oxygène, pouvant être mis en contact direct et permanent avec la surface supérieure du bain susdit, une source de chaleur étant agencée au-dessus ou à l'intérieur de cet élément permettant le chauffage de ce dernier et, essentiellement par convection, le bain même. 



   Suivant une forme de réalisation particulièrement avantageuse de l'invention, l'élément en matière réfractaire est agencé de manière à pouvoir flotter librement sur le bain de métaux en fusion. 



   D'autres détails et particularités de l'invention ressortiront de la description donnée ciaprès, à titre d'exemple non limitatif, d'une forme de réalisation particulière de l'invention avec référence au dessin annexé. 



   La figure 1 est une vue schématique latérale de cette première forme de réalisation de l'invention. 



   La figure 2 est, à plus grande échelle, une vue schématique en coupe suivant la ligne II-II de la figure 1. 



   La figure 3 est une coupe transversale suivant la ligne III-III de la figure 2. 



   Dans les différentes figures les mêmes chiffres de référence concernent des éléments identiques. 



   L'invention concerne un procédé de chauffage de cuves 1 pour bain de métaux en fusion 2 suivant lequel on fait usage d'une succession d'éléments en matière réfractaire 3 thermiquement conductrice et sensiblement étanche aux gaz, notamment à l'oxygène, qui 

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 sont mis en contact direct et permanent avec la surface supérieure 4 du bain 2. Une source de chaleur 5 est agencée au-dessus de cet élément 3 permettant le chauffage de ce dernier, le chauffage du bain même étant ainsi essentiellement réalisé par convection à partir de cet élément. 



   Avantageusement, et notamment pour assurer un chauffage relativement homogène du bain 2, on recouvre au moins 60 % de sa surface 4 par l'élément en matière réfractaire 3. 



   Dans la forme de réalisation montrée aux figures, on fait usage d'éléments réfractaires 3 flottant librement sur la surface 4 du bain 2 de métaux en fusion. 



   Quoique le procédé suivant l'invention est en principe applicable pour le chauffage de n'importe quel type de bain de métaux en fusion, ce procédé s'applique particulièrement à des cuves de galvanisation contenant un bain de zinc en fusion qui est traversé par une nappe de fils d'acier 6 à recouvrir par un film de zinc. 



   Pour cette raison, la description donnée ci-après et les dessins annexés auxquels il est fait référence dans cette description, concernent la galvanisation de fils   d'acier.   



   Dans la forme de réalisation particulière telle que représentée aux dessins, on fait usage d'éléments réfractaires 3 formés par des dalles en carbure de silicium de forme rectangulaire posées librement l'une à côté de l'autre sur la surface du bain 2, dans le sens longitudinal de la cuve 1, c'est-à-dire dans la direction de déplacement de la nappe de fils 6. 



   Ces éléments 3 sont, dans cette forme d'exécution spécifique, entièrement libres l'un par rapport à l'autre, les joints subsistant entre deux éléments adjacents étant remplis par des granules d'une 

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 matière réfractaire 7, tels que des granules de vermiculite. Ainsi, ces joints permettent d'intercepter les déplacements relatifs des éléments 3 et les dilatations thermiques. 



   Quoique différents types de sources de chaleur peuvent être utilisés pour chauffer les éléments réfractaires 3, généralement une préférence est donnée, comme illustré par les dessins, à des brûleurs à air-gaz combustible à prémélange ou non. 



   Comme également montré aux dessins, avantageusement, on place les éléments réfractaires 3 sur le bain 2 de telle manière à aménager un passage d'accès 8 entre les éléments réfractaires 3 et le bord voisin de la cuve 1 pour permettre ainsi le positionnement aisé de la nappe de fils d'acier 6 dans le bain en dessous des éléments 3. 



   En plus des mesures technologiques décrites ci-dessus, en rapport avec le procédé de chauffage suivant l'invention, la forme de réalisation de l'installation pour la mise en oeuvre de ce procédé comprend, au-dessus de chacun des éléments 3, un couvercle 9 en matière réfractaire délimitant avec ce dernier un espace 10 dans lequel sont montés des brûleurs 5 aboutissant dans cet espace 10. 



   Ces brûleurs 5 sont orientés vers l'élément réfractaire 3 provoquant ainsi le chauffage de celui-ci et, par conduction, également du bain sur lequel cet élément flotte. 



   Eventuellement, un seul brûleur peut être prévu par élément qui est alors équipé de plusieurs injecteurs. 



   Par ailleurs, le ou les brûleurs 5 montés au-dessus d'un élément réfractaire déterminé 3 sont éventuellement entièrement indépendants du ou des brûleurs montés au-dessus des autres éléments 3, de manière à permettre ainsi un contrôle parfait du chauf- 

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 fage des zones successives du bain 2 dans lesquels passe la nappe de fils 6 à galvaniser. 



   De plus, une ou plusieurs cheminées   11   sont incorporées dans chaque couvercle 9, pour l'évacuation des gaz de combustion, et des déflecteurs 12 sont avantageusement prévus sur chaque élément 3, dans l'espace 10 permettant de contrôler la circulation des gaz de combustion dans cet espace. 



   La cuve 1 présente généralement une section horizontale de forme rectangulaire. A chacune des extrémités de cette cuve est prévue une zone libre respectivement 13 et 14,   c'est-à-dire   dans laquelle n'est pas prévu un élément réfractaire chauffé, comme montré à la figure 1. La zone 13 constitue la zone d'entrée de la nappe des fils 16 dans le bain, tandis que la zone opposée 14 constitue la zone de sortie. La flèche 15 indique le sens de déplacement des fils 6 à travers le bain. 



   Comme on peut le constater, cette nappe de fils entre en oblique dans la zone 13 et se déplace dans une position inclinée par rapport à la surface du bain 2. Elle subit ensuite, dans la zone 14, une déviation vers le haut autour d'une rampe de guidage 16 s'étendant transversalement par rapport à la cuve avant de sortir du bain par cette zone 14. 



   Avantageusement, afin de limiter au minimum la teneur en zinc dans le bain, le fond 17 de la cuve est également incliné et s'étend de préférence parallèlement à la nappe de fils 6, en dessous des éléments réfractaires   3.   



   Dans la forme de réalisation représentée aux dessins, les éléments 3 sont disposés l'un à la suite de l'autre dans le sens de la longueur de la cuve, en aménageant de part et d'autre de chaque élément un passage d'accès 8 réservé à l'enfilage ou positionnement 

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 de la nappe de fils 6 dans le bain, en dessous des éléments 3, comme déjà mentionné ci-dessus. 



   La largeur de ce passage d'accès 8 peut, par exemple, être de l'ordre de 10 cm. 



   Les dalles rectangulaires formant, dans cette forme de réalisation particulière, les éléments réfractaires 3 s'étendent avec leur côté le plus long transversalement à la direction longitudinale de la cuve. La longueur des grands côtés de ces dalles correspond donc à la largeur intérieure de la cuve 1 diminuée par deux fois la largeur du passage d'accès 8. 



  Généralement, cette largeur est de l'ordre de 1 à 2 mètres. Dans la zone libre d'entrée 13 des fils 6 dans le bain 2 la distance séparant le bord avant   1'de   la cuve du premier élément 3 flottant sur le bain est généralement de l'ordre de 1 mètre, la zone centrale 20 du bain dans laquelle se trouvent les éléments réfractaires 3 s'étendant généralement sur une distance de l'ordre de plusieurs mètres dans la direction de la longueur des fils et la distance séparant le dernier élément réfractaire 3 du bord arrière 14 de la cuve 1 étant généralement de l'ordre 1,5 à 2 m. 



   Enfin, la longueur du plus petit côté des éléments réfractaires est généralement de l'ordre de 75 cm, tandis que la largeur des joints séparant deux éléments réfractaires adjacents est généralement de l'ordre de 10 à 20 cm. 



   Le couvercle 9 peut être posé librement sur l'élément correspondant 3 ou être fixé à ce dernier. Ce couvercle présente de part et d'autre, du côté des bords longitudinaux de la cuve, des ailes 18 enfilées sur des tiges de guidage 9 qui se dressent verticalement sur les bords longitudinaux de la cuve, de manière à assurer le déplacement de l'élément 3 parallèlement à la surface 4 du bain 2 lors d'une variation du niveau de celui-ci. 

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   Dans une variante de la forme de réalisation représentée aux figures 1 à 3, les éléments 3 pourraient être bloqués dans une position déterminée par rapport à la cuve pour maintenir le contact intime entre cet élément et la surface du bain 2. ceci pourrait par exemple être réalisé en prévoyant des moyens pour fixer les ailes 18 du couvercle 9 dans une position déterminée sur les tiges de guidage 19. 



   Dans un tel cas, les éléments 3 ne flottent donc pas librement sur le bain 2 et peuvent être enfoncés légèrement dans celui-ci. Ceci peut surtout être utile lorsque la face des éléments 3 dirigée vers le bain présente des ailettes, non représentées aux figures, dans le but de favoriser l'échange thermique entre les éléments 3 et le bain 2. 



   Enfin, on peut prévoir une alimentation en énergie commune 21 pour les brûleurs 5 d'un même couvercle 9. 



   Dans certains cas encore, les éléments réfractaires d'extrémité peuvent être chauffés par l'enthalpie des fumées provenant des éléments voisins. Dans ces cas, il n'y a donc pas de brûleur séparé pour ces éléments d'extrémité. 



   Dans d'autres cas encore, les éléments 3 peuvent être maintenus les uns par rapport aux autres par un genre de cavalier, non représenté, qui permet d'assurer leur position relative tout en empêchant l'accumulation de mattes dans les joints entre des éléments voisins. 



   Il est important de noter que le chauffage obtenu par la mise en oeuvre de l'élément réfractaire 3 est applicable pour tous les bains de métaux fondus, tels que les bains de galvanisation, de galfanisation, d'étamage, etc. 



   Le procédé de chauffage, suivant l'invention, de tels bains présente le grand avantage de la 

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 compacité de l'équipement grâce au fait qu'il n'y a plus de surface de la cuve inutilisée et ceci tout en permettant un accès aisé par les deux passages 8 entre les bords latéraux de la cuve 1 et les éléments 3 pour les opérations d'enfilage dans le cas de galvanisation de fils. 



   Le fait que les éléments 3 sont en contact permanent avec la surface 4 du bain 2 et que ces éléments sont étanches aux gaz permet d'éviter un contact direct entre le métal liquide du bain et la vapeur d'eau provenant de la combustion dans les brûleurs 5. 



   Un autre avantage très important par rapport aux procédés faisant usage de doigts immergés est qu'il est possible de démarrer l'installation alors que le métal est à l'état solide dans la cuve. 



   Il est bien entendu que l'invention n'est pas limitée aux différentes formes de réalisation décrites ci-dessus du procédé et de l'installation suivant l'invention, mais que différentes variantes peuvent être envisagées dans le cadre de l'invention aussi bien en ce qui concerne la nature des matériaux réfractaires utilisés, que la forme des parties constitutives, telles que de l'élément réfractaire 3, et du couvercle 9 monté sur celui-ci, que le type de moyen de chauffage utilisé, que des matériaux dont est constituée la cuve, celle-ci pouvant donc être formée d'une cuve à creuset métallique, tel que de l'acier, ou d'une cuve à creuset céramique. 



   Dans certains cas, la source de chaleur pourrait par exemple être formée de résistances électriques incorporées dans les éléments réfractaires 3.

Claims (1)

1. REVENDICATIONS 1. Procédé de chauffage de cuves (1), telles que cuves de galvanisation, pour bain de métal en fusion (2), caractérisé en ce que l'on fait usage d'au moins un élément (3) en matière réfractaire thermiquement conductrice et sensiblement étanche aux gaz, notamment à l'oxygène, mis en contact direct et permanent avec la surface supérieure (4) du bain susdit (2), une source de chaleur (5) étant agencée au-dessus ou à l'intérieur de cet élément (3) permettant le chauffage de ce dernier et, essentiellement par conduction, le bain même.

   2. Procédé suivant la revendication 1, caractérisé en ce que l'on recouvre au moins 60 % de la surface (4) du bain précité (2) par l'élément réfrac- taire (3).

   3. Procédé suivant le revendication 1 ou 2, caractérisé en ce que l'on fait usage d'éléments réfractaires (3) flottant sur la surface (4) du bain précité (2).

   4. Procédé suivant la revendication 3, caractérisé en ce que l'on fait usage de plusieurs éléments (3) formés par des dalles en matière réfractaire, éventuellement fixées l'une à l'autre, posées librement sur la surface (4) du bain précité (2).

   5. Procédé suivant l'une quelconque des revendications 1 à 4, caractérisé en ce que, si l'on fait usage de plusieurs éléments (3) juxtaposés en contact direct avec la surface (4) du bain (2), on remplit les joints subsistant entre deux éléments adjacents (3) par une matière réfractaire (7) permettant d'intercepter des dilatations thermiques.

   G. Procédé suivant l'une quelconque des revendications 1 à 5, caractérisé en ce que l'on chauffe l'élément précité (3) par au moins un brûleur à air-gaz combustible (5). <Desc/Clms Page number 12>

   7. Procédé suivant l'une quelconque des revendications 1 à 6, caractérisé en ce que l'on fait usage de l'élément précité (3) pour le chauffage d'un bain (2) de galvanisation d'une nappe de fils d'acier (6), ces derniers se déplaçant dans le bain (2) en dessous de cet élément (3).

   8. Procédé suivant l'une quelconque des revendications 1 à 7, caractérisé en ce que l'on aménage un passage d'accès (8) entre l'élément (3) en matière réfractaire et le bord voisin de la cuve (1) contenant le bain (2) de métal en fusion..

   9. Installation de chauffage de cuves (1), telles que cuves de galvanisation, pour bain de métaux en fusion (2), plus particulièrement pour la mise en oeuvre du procédé suivant l'une quelconque des revendications 1 à 8, caractérisée en ce qu'elle comprend au moins un élément (3) en matière réfractaire thermiquement conductrice et sensiblement étanche aux gaz, notamment à l'oxygène, mis en contact direct et permanent avec la surface supérieure (4) du bain susdit (2), une source de chaleur (5) étant agencée au-dessus ou à l'intérieur de cet élément (3) permettant le chauffage de ce dernier et, essentiellement par convection, le bain même.

   10. Installation suivant la revendication 9, caractérisée en ce que cet élément (3) s'étend sur au moins 60 % de la surface (4) du bain précité (2).

   11. Installation suivant l'une ou l'autre des revendications 9 et 10, caractérisée en ce que l'élément en matière réfractaire (3) est agencé de manière à pouvoir flotter sur le bain de métaux en fusion (2).

   12. Installation suivant l'une ou l'autre des revendications 9 et 10, caractérisée en ce que l'élément en matière réfractaire (3) est agencé de <Desc/Clms Page number 13> manière à pouvoir être bloqué dans une position fixe contre la surface (4) du bain de métaux en fusion (2).

   13. Installation suivant l'une quelconque des revendications 9 et 12, caractérisée en ce qu'un couvercle (9) est monté au-dessus de l'élément (3) délimitant avec ce dernier un espace (10) dans lequel est montée ou aboutit au moins une source de chaleur (5) permettant le chauffage de la surface de l'élément (3) opposée à celle en contact avec le bain (2).

   14. Installation suivant la revendication 13, caractérisée en ce que la source de chaleur (5) est montée dans le couvercle (9) et est de préférence orientée vers l'élément en matière réfractaire (3) de manière à converger essentiellement la chaleur générée par cette source de chaleur (5) sur cet élément (3).

   15. Installation suivant l'une quelconque des revendications 9 à 14, caractérisée en ce que, la cuve (1) présentant une forme allongée, par exemple rectangulaire, l'élément précité (3) s'étend sur sensiblement toute la largeur de la cuve (1) et, le cas échéant, en ménageant, entre au moins un des bords latéraux de cette dernière et l'élément (3), un passage d'accès (8) vers le bain (2).

   16. Installation suivant l'une quelconque des revendications 9 à 15, caractérisée en ce que la source de chaleur (5) comprend au moins un brûleur.

   17. Installation suivant la revendication 16, caractérisée en ce que le brûleur (5) est équipé de plusieurs injecteurs.

   18. Installation suivant l'une quelconque des revendications 9 à 17, caractérisée en ce que l'élément précité (3) présente sensiblement la forme d'une dalle rectangulaire.

   19. Installation suivant l'une quelconque des revendications 9 à 18, caractérisée en ce que <Desc/Clms Page number 14> l'élément (3) est essentiellement à base de carbure de silicium.

   20. Installation suivant l'une quelconque des revendications 9 à 19, caractérisée en ce que la face de l'élément précité (3) destinée à être dirigée vers le bain (2) présente des ailettes permettant de favoriser l'échange thermique avec le bain (2).

   21. Installation suivant l'une quelconque des revendications 9 à 20, caractérisée en ce que l'élément (3) coopère avec des organes de guidage (19) montés sur la cuve (2) à chauffer permettant de déplacer l'élément (3) parallèlement à la surface du bain (2).