<Desc/Clms Page number 1>
,L'invention a pour objet un procédé et un dispositif .pour l'amélioration de la tenue thermique et mécanique du revê- tement réfractaire des fours à cuve et plus particulièrement des cubilots de fonderie, ordinaires ou métallurgiques.
La meilleure technique connue jusqu'à présent pour la conduite de ces appareils consistait à observer un certain nom- bre de conditions, parmi lesquelles il faut citer principalement:
1) - l'introduction dans la charge d'une quantité de combustible supérieure aux besoins stricts de la fusion ainsi qu'à la quantité de combustible pour laquelle l'oxygène disponible per-
EMI1.1
mettrait d'effectuer la combustion-thérorïque-nent complète en CO.;
<Desc/Clms Page number 2>
2) - le refroidissement extérieur de la cuve du four;
3) - le refroidissement des tuyères de soufflage;
4) - le réchauffage du vent;
5) - la coulée continue du métal et du laitier et la séparation de ceux-ci hors du four;
6) - le maintien dans le four d'une épaisseur relati- vement forte de laitier basique.
Par ces moyens on obtenait, au point de vue métallur- gique, un fonctionnement sensiblement meilleur que ce n'était le cas auparavant. La composition de la fonte obtenue était régu- lière et ne changeait guère dans le temps. Les pertes au feu étaient sensiblement réduites et l'économie du procédé était favorable puisqu'on pouvait récupérer des gaz de combustion ayant un pouvoir calorifique appréciable.
La présente invention est basée sur la découverte sur- prenante que certaines des économies déjà réalisées pouvaient encore être augmentées dans une mesure importante grâce à un per- fectionnement qui n'a apparemment aucun rapport avec le processus de combustion ou de fusion.
On sait que les pertes au feu sont constituées en partie par une oxydation de certains éléments de la charge (fer, silicium, etc...) qui passent dans le laitier.
La perte de silicium, par exemple, est une des plus coûteuses.
Le procédé et le dispositif faisant l'objet de la présente invention permettent, entre autres avantages, de réduire cette perte pratiquement jusqu'à un point où- elle se confond avec la précision des analyses.
Suivant l'invention, ce résultat est obtenu moyennant une armature et un refroidissement relatif intérieur du réfrac- taire dans la zone de fusion, de manière à y maintenir une épais- seur régulière et constante du réfractaire par l'amélioration de
<Desc/Clms Page number 3>
la tenue thermique et mécanique de celui-ci et cela., sans utiliser aucun fluide réfrigérant, que'ce soit dans la paroi externe du - four ou dans le réfractaire lui-même, ou dans les deux à la fois.
On a souvent essayé de réaliser ces objectifs en faisant appel à des éléments métalliques, ou autres, refroidis par de l'eau et disposés dans l'épaisseur de la paroi du four à hauteur de la zone de fusion.
L'invention ne fait appel à rien de pareil.
Elle consiste, en termes généraux, d'une part, en un procédé pour l'amélioration de la tenue thermique et mécanique du revêtement réfractaire des fours à cuve et notamment des cubi- lots de fonderie ordinaires et métallurgiques, sans application d'un fluide réfrigérant à la paroi extérieure du four ou dans son revêtement réfractaire,caractérisé en ce que la chaleur présente, dans la couche réfractaire entourant notamment la zone de fusion, est drainée par des corps conducteurs thermiques, noyés dans cette couche à une profondeur appropriée, vers la paroi extérieure métallique de la cuve, dont les dits corps conducteurs thermi- ques sont rendus solidaires de façon à assurer en même temps une consolidation mécanique de la couche réfractaire, et, d'autre part,
en un dispositif pour l'exécution de ce procédé et carac- térisé en ce que la¯paroi métallique extérieure de la. cuve, notam- ment sa partie entourant la zone de fusion,,est garnie à sa sur- face intérieure de corps conducteurs thermiques faisant saillie dans l'épaisseur de la couche réfractaire qui recouvre la dite surface intérieure.
Une forme d'exécution particulièrement simple du dispo- sitif suivant l'invention consiste à souder sur la face intérieure de la paroi extérieure en tôle du four, dans la zone de fusion, de- plats ou ailettes métalliques disposés de façon à pénétrer radia- lement dans'la couche de pisé entourant la zone de fusion, le plan des ailettes passant par l'axe longitudinal et vertical du four.
<Desc/Clms Page number 4>
Ces fers plats sont espacés de préférence régulièrement les uns des autres. Suivant les cas,ils peuvent être en une ou plusieurs pièces. En longueur, ils s'étendent, de préférence, depuis les tuyères jusqu'à la cornière qui supporte en général les briques réfractaires situées au-dessus de la zone de fusion.
Un exemple de réalisation de l'invention est décrit ci- après, avec référence au dessin annexé., dans lequel : la figure 1 est une vue développée d'une partie de la paroi interne du cubilot dans la zone de fusion; la figure 2 est une vue en élévation d'une coupe sui- vant la ligne B-B de la figure 1; la figure 3 est, à une échelle agrandie, la vue d'une coupe horizontale suivant c-c figure 2 ; la figure 4 montre un détail de la soudure des ailettes sur la paroi en tôl du cubilot; les figures 5 à 10 représentent diverses variantes d'exécution des ailettes ou organes équivalents.
Suivant l'exemple d'exécution représenté sur les figs.
1 à 4, la paroi extérieure du cubilot, constituée par une tôle 1, est garnie à sa face intérieure, sur toute la hauteur de la zone de fusion 2, c'est-à-dire depuis la cornière 3 supportant le revê- tement réfractaire 4 jusqu'au plan des axes des tuyères 5, de fers plats ou ailettes métalliques 6', 6" convenablement espacés les uns des autres comme le montre plus particulièrement la figure 3.
Dans l'exemple représenté, ces fers plats ou ailettes sont inter- rompus à l'endroit du changement de section 7 de la paroi 1 et elles sont fixées à cette dernière par soudure 8, celle-ci devant être exécutée d'une façon soigneuse (voir fig.4) afin que les ailettes 6', 6" puissent jouer leur rôle de refroidisseurs.
Dans l'exemple représenté, le cubilot est supposé avoir un diamètre nominal de 1.500 mm et les ailettes 6', 6" sont suppo- sées avoir une épaisseur de 10 mm sur une largeur de 80 mm et être
<Desc/Clms Page number 5>
disposées à une distance de 80 mm les unes des autres.
La hauteur couverte par les ailettes 6', 6" va depuis le bas des tuyères 5,(entre celles-ci), jusqu'à une hauteur de lm200,' soit généralement jusqu'à la cornière de support 3 des briques 4.
Le pisé 9, destiné à. former le réfractaire dans la zone de fusion, est soigneusement damé entre la tôle 1, les plats 6', 6" et le modèle de damage.
Le damage et le séchage sont faits comme d'habitude.
Les-avantages de l'invention sont les suivants:
1)'- Stabilisation d'une couche importante de réfractaire et du profil de la zone de fusion.
2) - Diminution sensible des pertes calorifiques par les- parois.
3)-a diminution de la perte en Si pour des marches en fonte hypoeutectique, b suppression de la perte en Si pour des marches en fonte eutectique et hypereutectique.
4) - Diminution de la consommation de coke.
5)- Diminution de la consommation de castine.
6) - Suppression de la "cuirasse" de métal qui se colle à la tôle en cours de fusion.
7) - Diminution de la sensibilité du cubilot aux dïffé- rences d'allure,tant pour la composition que pour la température de la fonte.
8)- Diminution de la quantité d'eau de ruissellement nécessaire au refroidissement du réfractaire.
A titre purement explicatif, les résultats suivants, obtenus lors d'essais exécutés suivant l'invention, illustrent ces avantages.
La fonte produite répondait à l'analyse moyenne suivante:
<Desc/Clms Page number 6>
EMI6.1
<tb> c <SEP> = <SEP> 3,5 <SEP> %
<tb>
<tb> Si <SEP> = <SEP> 2,5 <SEP> %
<tb>
<tb> P <SEP> = <SEP> 0,5 <SEP> - <SEP> 0,6 <SEP> %
<tb> Mn <SEP> = <SEP> 0,5-0,6 <SEP> %
<tb>
<tb> S <SEP> = <SEP> 0,04 <SEP> - <SEP> 0,05 <SEP> % <SEP>
<tb>
Avant le placement des ailettes 6 dans le réfractaire 9 de la zone de fusion, on obtenait en moyenne, sur 12 à 15 jours de fusion et en ce qui concerne uniquement le silicium.
Silicium chargé 2,89%) Différence :0,42%
Silicium dans la fonte 2,47%
Après placement des ailettes :
Silicium chargé 2,92%) Différence :,0,03%
Silicium dans la fonte 2,89%)
Des modifications peuvent évidemment être apportées au procédé et au dispositif décrits et représentés sur les figures 1 à 4, sans sortir du cadre de l'invention.
C'est ainsi que les ailettes 6 peuvent être disposées d'une façon appropriée quelconque, par exemple être latéralement décalées les unes par rapport aux autres et pénétrer sur une longueur convenable les unes entre les autres (voir fige .5); avoir une hauteur croissante ou croissante-décroissante, (voir figure 6); avoir une forme ondulée ou en zig-zag, (voir figure 7); avoir une forme de croix multiples (voir figure 8); être constituées par des broches 6"' de section appropriée quelconque s'étendant par exemple radialement vers l'intérieur de la paroi 1, et réparties en ran- gées verticales et transversales sur le pourtour intérieur de la dite paroi, notamment dans la zone de fusion (voir figures 9 et 10).
Il est à remarquer que ces broches 6''' pourraient aussi s'étendre en 10 vers l'extérieur à travers la paroi 1, pour aug- menter leur effet de drainage thermique vers l'extérieur, et que,' de toute façon, la paroi extérieure 1 pourrait être complétée par
<Desc/Clms Page number 7>
un système d'aile ttes extérieures. De plus, au lieu de s'étendre dans le sens longitudinal de la cuve, les ailettes pourraient s' étendre transversalement ou obliquement dans le sens périphérique de la paroi 1.
REVENDICATIONS
1. - Procédé pour l'amélioration de la tenue thermique et mécanique du revêtement réfractaire des fours à cuve et notam- ment des cubilots de fonderie ordinaires et métallurgiques,, sans application d'un fluide réfrigérant dans la paroi extérieure du four ou dans son revêtement réfractaire, caractérisé en ce que la chaleur présente dans la couche réfractaire entourant notamment la zone de fusion, est drainée par des corps conduc- teurs thermiques, noyés dans cette couche à une profondeur appro- priée, vers la paroi extérieure métallique de la cuve, dont les- dits corps conducteurs thermiques sont rendus solidaires de façon à assurer en même temps une consolidation mécanique de la couche réfractaire.
2. - Dispositif pour l'amélioration de la tenue thermi- que et mécanique du revêtement réfractaire des fours à cuve et notamment des cubilots de fonderie ordinaires et métallurgiques, sans application d'un fluide réfrigérant dans la paroi extérieure du four ou dans son revêtement réfractaire, caractérisé en ce que la paroi métallique extérieure de la cuve, notamment sa partie entourant la zone de fusion, est garnie à sa surface inté- rieure de corps conducteurs thermiques faisant saillie dans l'é-. paisseur de la couche réfractaire qui recouvre la dite surface intérieure.
<Desc / Clms Page number 1>
The invention relates to a method and a device for improving the thermal and mechanical resistance of the refractory lining of shaft furnaces and more particularly of foundry cupolas, ordinary or metallurgical.
The best technique known until now for the operation of these devices consisted in observing a certain number of conditions, among which it is necessary to quote mainly:
1) - the introduction into the charge of a quantity of fuel greater than the strict needs of the fusion as well as the quantity of fuel for which the available oxygen permeates
EMI1.1
would make the combustion-theroric-nent complete in CO .;
<Desc / Clms Page number 2>
2) - external cooling of the furnace tank;
3) - cooling of the blowing nozzles;
4) - heating of the wind;
5) - the continuous casting of the metal and the slag and the separation of these out of the furnace;
6) - maintaining a relatively thick basic slag in the oven.
By these means a significantly better operation was obtained from a metallurgical point of view than was previously the case. The composition of the cast iron obtained was regular and did not change much over time. The ignition losses were significantly reduced and the economy of the process was favorable since it was possible to recover combustion gases having an appreciable calorific value.
The present invention is based on the surprising discovery that some of the savings already achieved could be further increased to a significant extent by an improvement which apparently has no relation to the combustion or smelting process.
It is known that the losses on ignition are formed in part by an oxidation of certain elements of the charge (iron, silicon, etc.) which pass through the slag.
The loss of silicon, for example, is one of the most expensive.
The method and device of the present invention allow, among other advantages, to reduce this loss substantially to a point where it merges with the accuracy of the analyzes.
According to the invention, this result is obtained by means of a reinforcement and an internal relative cooling of the refractory in the melting zone, so as to maintain there a regular and constant thickness of the refractory by improving the thickness of the refractory.
<Desc / Clms Page number 3>
the thermal and mechanical resistance thereof, without using any refrigerant, whether in the outer wall of the furnace or in the refractory itself, or in both at the same time.
We have often tried to achieve these objectives by using metallic elements, or others, cooled by water and arranged in the thickness of the wall of the furnace at the height of the melting zone.
The invention does not call for anything of the sort.
It consists, in general terms, on the one hand, of a process for improving the thermal and mechanical resistance of the refractory lining of shaft furnaces and in particular of ordinary and metallurgical foundry cubicles, without the application of a fluid. refrigerant to the exterior wall of the furnace or in its refractory lining, characterized in that the heat present in the refractory layer surrounding in particular the melting zone, is drained by thermal conductive bodies, embedded in this layer at an appropriate depth, towards the metal outer wall of the vessel, of which said thermally conductive bodies are made integral so as to ensure at the same time a mechanical consolidation of the refractory layer, and, on the other hand,
into a device for carrying out this process and characterized in that the outer metal wall of the. tank, in particular its part surrounding the melting zone, is lined at its inner surface with thermal conductive bodies projecting into the thickness of the refractory layer which covers said inner surface.
A particularly simple embodiment of the device according to the invention consists in welding on the inner face of the outer sheet metal wall of the furnace, in the melting zone, metal plates or fins arranged so as to penetrate radially. Lement dans'la layer of rammed earth surrounding the melting zone, the plane of the fins passing through the longitudinal and vertical axis of the furnace.
<Desc / Clms Page number 4>
These flat irons are preferably regularly spaced from each other. Depending on the case, they can be in one or more parts. In length, they extend, preferably, from the nozzles to the angle which generally supports the refractory bricks located above the melting zone.
An exemplary embodiment of the invention is described below, with reference to the accompanying drawing, in which: FIG. 1 is a developed view of part of the internal wall of the cupola in the melting zone; Figure 2 is an elevational view of a section taken along line B-B of Figure 1; Figure 3 is, on an enlarged scale, the view of a horizontal section along c-c Figure 2; Figure 4 shows a detail of the weld of the fins to the sheet metal wall of the cupola; FIGS. 5 to 10 represent various variant embodiments of the fins or equivalent members.
Following the example of execution shown in FIGS.
1 to 4, the outer wall of the cupola, consisting of a sheet 1, is lined on its inner face, over the entire height of the melting zone 2, that is to say from the angle 3 supporting the coating refractory 4 up to the plane of the axes of the nozzles 5, flat irons or metal fins 6 ', 6 "suitably spaced from one another as shown more particularly in FIG. 3.
In the example shown, these flat irons or fins are interrupted at the location of the change in section 7 of the wall 1 and they are fixed to the latter by welding 8, the latter having to be carried out in a careful manner. (see fig.4) so that the fins 6 ', 6 "can play their role of coolers.
In the example shown, the cupola is assumed to have a nominal diameter of 1,500 mm and the fins 6 ', 6 "are assumed to have a thickness of 10 mm over a width of 80 mm and to be
<Desc / Clms Page number 5>
arranged at a distance of 80 mm from each other.
The height covered by the fins 6 ', 6 "goes from the bottom of the nozzles 5, (between them), up to a height of lm200,' that is to say generally up to the support angle 3 of the bricks 4.
Rammed earth 9, intended for. forming the refractory in the melting zone, is carefully tamped between the sheet 1, the flats 6 ', 6 "and the tamping pattern.
Tamping and drying are done as usual.
The advantages of the invention are as follows:
1) '- Stabilization of a large refractory layer and the profile of the melting zone.
2) - Substantial reduction in heat losses through the walls.
3) -a reduction of the loss in Si for steps in hypoeutectic cast iron, b suppression of the loss in Si for steps in eutectic and hypereutectic cast iron.
4) - Decrease in coke consumption.
5) - Decrease in the consumption of limestone.
6) - Removal of the metal "armor" which sticks to the sheet metal during fusion.
7) - Decrease in the cupola's sensitivity to rate differences, both for the composition and for the temperature of the melt.
8) - Reduction in the quantity of runoff water necessary for cooling the refractory.
For purely explanatory purposes, the following results, obtained during tests carried out according to the invention, illustrate these advantages.
The cast iron produced met the following average analysis:
<Desc / Clms Page number 6>
EMI6.1
<tb> c <SEP> = <SEP> 3.5 <SEP>%
<tb>
<tb> If <SEP> = <SEP> 2.5 <SEP>%
<tb>
<tb> P <SEP> = <SEP> 0.5 <SEP> - <SEP> 0.6 <SEP>%
<tb> Mn <SEP> = <SEP> 0.5-0.6 <SEP>%
<tb>
<tb> S <SEP> = <SEP> 0.04 <SEP> - <SEP> 0.05 <SEP>% <SEP>
<tb>
Before the placement of the fins 6 in the refractory 9 of the melting zone, on average, over 12 to 15 days of melting, the silicon was obtained.
Charged silicon 2.89%) Difference: 0.42%
Silicon in cast iron 2.47%
After placing the fins:
Silicon charged 2.92%) Difference: 0.03%
Silicon in cast iron 2.89%)
Modifications can obviously be made to the method and to the device described and represented in FIGS. 1 to 4, without departing from the scope of the invention.
Thus the fins 6 can be arranged in any suitable way, for example be laterally offset with respect to each other and penetrate over a suitable length from one another (see fig. 5); have an increasing or increasing-decreasing height, (see figure 6); have a wavy or zig-zag shape, (see figure 7); have a multiple cross shape (see figure 8); be constituted by pins 6 "'of any suitable section extending for example radially towards the inside of the wall 1, and distributed in vertical and transverse rows around the inner periphery of said wall, in particular in the zone of fusion (see figures 9 and 10).
It should be noted that these 6 '' 'pins could also extend at 10 outwards through the wall 1, to increase their effect of thermal drainage outwards, and that, in any case, the outer wall 1 could be completed by
<Desc / Clms Page number 7>
an exterior head wing system. In addition, instead of extending in the longitudinal direction of the tank, the fins could extend transversely or obliquely in the peripheral direction of the wall 1.
CLAIMS
1. - Process for improving the thermal and mechanical resistance of the refractory lining of shaft furnaces and in particular of ordinary and metallurgical foundry cupolas, without application of a refrigerant fluid in the outer wall of the furnace or in its refractory lining, characterized in that the heat present in the refractory layer surrounding in particular the melting zone, is drained by thermal conductor bodies, embedded in this layer at an appropriate depth, towards the metal outer wall of the vessel , of which said thermal conductive bodies are made integral so as to ensure at the same time a mechanical consolidation of the refractory layer.
2. - Device for improving the thermal and mechanical resistance of the refractory lining of shaft furnaces and in particular of ordinary and metallurgical foundry cupolas, without the application of a refrigerant fluid in the outer wall of the furnace or in its lining refractory, characterized in that the outer metal wall of the vessel, in particular its part surrounding the melting zone, is lined at its inner surface with thermally conductive bodies projecting into the element. thickness of the refractory layer which covers said inner surface.