Brevet FR2171999A1 — publié le 19730928

La présente invention concerne un substrat métallique revêtu d'une matière réfractaire. Dans la pratique des fours ou du chauffage, un substrat métallique peut avoir à faire face à des conditions oxydantes pouvant provoquer l'oxydation de sa surface. Cette oxydation peut entraîner le fendillement, ltécaillement, ou une autre forme d'érosion du substrat. L'érosion peut être très accentuée dans le cas de brûleurs en acier produisant des flammes chauffantes dans des atmosphères oxydantes. Ele est particulièrement forte dans le cas des buses d'acier injectant de l'air, de l'oxygène, ou de l'air enrichi d'oxygène, dans un four de sidérurgie. L'expérience, sur laquelle la présente invention est basée, a révélé qu'on pouvait neutraliser cette érosion en munissant le substrat métallique, d'une façon particulière, de multiples couches de revêtement réfractaire. Selon un aspect de la présente invention, un substrat métallique revêtu de matière réfractaire comprend une première couche adhérant audit substrat, cette première couche contenant au moins de l'aluminium métallique; une seconde couche adhérant à la première couche, cette seconde couche contenant au moins une matière réfractaire; et une troisième couche adhérant à la seconde couche, cette troisième couche contenant au moins de l'aluminium métallique. Selon un second aspect de l'invention, un procédé de réalisation d'un substrat métallique revêtu d'une matière réfractaire consiste à munir le substrat d'une première couche adhérant à sa surface, cette première couche contenant au moins de l'aluminium métallique; à recouvrir la première couche d'une seconde couche adhérant à sa surface, cette seconde couche contenant au moins une matière réfractaire; et à recouvrir la seconde couche d'une troisième couche adhérant à sa surface, cette troisième couche contenant au moins de l'aluminium métallique. Ce second aspect de l'invention inclut le substrat métallique revêtu de réfractaire réalisé par le procédé de l'invention. Le substrat métallique peut avoir n'importe quelle forme et n'importe quelle composition métallique, bien que les substrats en acier doux soient particulièrement susceptibles d'être protégés conformément à l'invention. Une forme préférée de substrat sera une buse d'acier (spécialement d'acier doux) pour l'injection, daiis un four tel .qu'un four électrique, de divers ingrédients tels que de l'air, de l'oxygène, de l'air enrichi d'oxygène, ou des produits métallurgiques d'addition. Une autre forme préférée de substrat est un silencieux en acier doux pour automobile, et une troisième forme de substrat sera représentée par le carter d'acier d'un brûleur donnant une flamme chauffante en atmosphère oxydante. Les première et troisième couches de revêtement contenant au moins de l'aluminium métallique peuvent être appliquées de toute façon convenable, telle que l'application d'une suspension de poudre d'aluminium suivie d'un traitement thermique destiné à produire la couche. De préférence, les couches seront produites par métallisation, surtout quand elles sont constituées uniquement d'aluminium, composition préférée pour les revêtements on entend par métallisation l'application,d'une façon quelconque, d'aluminium ou de vapeur d'aluminium au substrat. on peut citer, comme procédés connus de métallisation, ceux utilisant l'arc électrique, le jet de flamme, la haute fréquence, et le dépôt par le vide. L'arc électrique et le jet de flamme conviennent tout particulièrement car ils peuvent être mis en pratique avec au moins un pistolet déplaçable à arc électrique ou à jet de flamme.Avec un pistolet à arc électrique, un arc peut être engendré entre deux fils d'aluminium pour les fondre et l'aluminium fondu peut être soufflé de l'arc sur le substrat. Avec un pisto let à jefde je de flamme, l'aluminium fondu provenant d'un fil d'alu- minium peut être projeté par l'hydrogène, le propane ou l'acétylène servant de carburants. Le premier et le troisième revêtements d'aluminium peuvent être réalisés chacun en une seule ap plication ou en plusieurs applications, l'épaisseur totale de chacun de ces revêtements pouvant être atteinte en une ou plusieurs fois. Cette épaisseur totale de chacun des premier ou troisième revêtements se situera de préférence entre 0,1 et 0,2 mm, et ils pourront, l'un et l'autre, contenir des ingrédients additionnels tels que du silicium et/ou du titane. La seconde couche, intermédiaire, pourra être réalisée de n'importe quelle manière convenable, par exemple par application d'une pâte soumise ensuite à un traitement thermique au cours duquel la couche intermédiaire se formera. De préférence, cette couche intermédiaire sera réalisée par arc électrique ou jet de flamme, ces procédés convenant particulièrement bien aux substrats de grande longueur, tels que les brûleurs, et aonnant une couche adhérant facilement à la première et à la troisième couche sans traitement thermique additionnel. on pourra utiliser au moins un pistolet à arc électrique ou à jet de flamme, l'alimentation en matières constitutives de la seconde couche étant réalisée en enfermant celles-ci dans une gaîne qui sera détruite au cours de la projection.Cette gaine pourra être en aluminium ou, dans le cas d'un pistolet à jet de flamme, en une matière synthétique telle que l'acétate de cellulose. Les ingrédients auront, de préférence, la même granulométrie, correspondant, de préférence, à 0,076 mm de vide de mailles. La couche intermédiaire pourra être le résultat d'une application unique ou de plusieurs applications, et son épaisseur totale se situera, de préférence, entre 0,1 et 0,2 mm. La couche seconde, intermédiaire, pourra contenir du carbure de silicium et/ou du silicium et en outre, ou à leur place, au moins un des corps ci-après Métaux réfractaires, métallordes réfractaires, et alliages réfractaires, tels que : bore, chrome, molybdène, titane, zircone, alliage aluminium-silicium (30 % en poids de silicium), alliage bore-molybdène (lO % en poids de bore), alliage bore-titane (30 % en poids de bore, alliage bore-zirconium (20 % en poids de bore), alliage chrome-fer (70 % en poids de chrome), alliage chrome-silicium (50 % en poids de chrome), alliage silicium-zirconium (20 % en poids de silicium). Carbures réfractaires, tels que : carbure de bore, carbure de chrome, carbure de molybdène, carbure de titane, carbure de zirconium. Oxydes réfractaires : tels que : alumine A1203, oxyde de chrome Cr203, silice Si02, bioxyde de titane Tir2. Substances pouvant se transformer en produits réfractaires avant l'application de la troisième couche ou au cours de l'usage du substrat revêtu, tels que : acide borique B03H3, aluminate de titane TiO A1203, silicate de titane TiO2.SiO2, silicate de zirconium Zro2.SiO2. Nitrures réfractaires, tels que : nitrure de titane. Siliciures, tels que : siliciure de chrome Cr Si, siliciure de molybdène MoSi2, siliciure de titane TiSi2 poudre d'aluminium comme ingrédient additionnel préféré. La teneur totale en solides dans la suspension comportera, de préférence carbure de silicium 15 à 30 % silicium 15 à 30 % bioxyde de titane 15 à 30 % du poids total des acide borique 10 à 15 % ) solides contenus dans poudre d'aluminium 15 à 30 % ) s sp s o L'invention va être décrite en détail au moyen d'un exemple préféré de mise en pratique On prépare de la façon suivante une buse d'injection d'oxygène dans un four électrique de sidérurgie : on nettoie au jet de particules un tube d'acier doux de diamètre extérieur de 45 mm et de diamètre intérieur de 38,1 mm. A l'aide d'un pistolet à jet de flamme, on dépose une couche d'aluminium sur la surface nettoyée du tube.Cette couche a essentiellement une épaisseur de 0,13 mm. On dépose ensuite, sur la couche d'aluminium, une couche de composition réfractaire au moyen d'un autre pistolet à jet de flamme. Cette seconde couche a essentiellement une épaisseur de 0,18 mm. La composition de cette seconde couche est la suivante carbure de silicium 22 % en poids silicium 20 % bioxyde de titane 25 % - acide borique 13 % aluminium 20 % 100 % La granulométrie de ces ingrédients leur permettait de passer à travers un tamis de 0,076 mm de vide de mailles. Ils étaient amenés au pistolet à jet de flamme dans une gaine d'acétate de cellulose qui fut détruite au cours de la projection.Une couche d'aluminium est ensuite déposée sur cette seconde couche, de la même manière que la première couche d'aluminium. L'épaisseur de cette seconde couche d'aluminium est essentiellement de 0,13 mm. Aux dessins annexés, représentant, simplement à titre d'exemple, la réalisation de l'invention - la figure 1 est une coupe longitudinale d'une buse garnie d'un revêtement selon l'invention; et - la figure 2 est une coupe selon la ligne 2-2 de la figure 1. On voit sur ces dessins que le tube d'acier doux 1 est recouvert d'une première couche 2 d'aluminium, d'une couche intermédiaire 3 constituée par le composé réfractaire adhérant à la première couche 2, et d'une seconde couche d'aluminium 4 adhérant à la couche intermédiaire 3. L'expérience a révélé que, dans un four électrique de sidérurgie, la buse recouverte du revêtement selon l'invention avait une durée de service plus de deux fois plus longue qu'une buse non pourvue de ce revêtement. REVENDIGATIONS 1. - Substrat métallique à revêtement réfractaire, caractérisé en ce que ledit revêtement comporte une première couche contenant de l'aluminium sous forme métallique adhérant audit substrat, une seconde couche contenant une matière réfractaire adhérant à la première couche, et une troisième couche contenant de l'aluminium adhérant à la seconde couche. 2. - Substrat métallique selon la Revendication 1, caractérisé en ce que les trois couches sont essentiellement coaxiales. 3. - substrat métallique selon l'une quelconque des Revendications 1 ou 2, caractérisé en ce que la ou les couches métalliques sont appliquées par métallisation. 4. - Substrat métallique selon l'une quelconque des Revendications 1, 2 ou 3, caractérisé en ce que la ou les couches intermédiaires sont appliquées au moyen d'un pistolet à arc électrique ou à jet de flamme. 5. - Substrat métallique selon l'une quelconque des Revendications 1, 2, 3 ou 4, caractérisé en ce qu'il est destiné à la constitution d'une buse d'injection d'oxygène dans un récipient pour opérations sidérurgiques. 6. - Substrat métallique selon la Revendication 5, caractérisé en ce que la surface externe de la buse est revêtue successivement d'une couche d'aluminium déposée au moyen d'un pistolet à jet de flamme, d'une couche d'un composé réfractaire déposée sur la couche d'aluminium au moyen d'un pistolet à jet de flamme, et d'une seconde couche d'aluminium déposée sur la couche de composé réfractaire. 7. - Substrat métallique à revêtement réfractaire selon l'une quelconque des Revendications 1, 2, 3, 4, 5 ou 6, caractérisé en ce que l'épaisseur de chaque couche d'aluminium est comprise entre 0,1 et 0,2 mm. 8. - Substrat métallique selon la Revendication 7, ca ractérisé en ce que la première couche d'aluminium a une épaisseur de l'ordre de 0,13 mm et que la couche réfractaire a une épaisseur de l'ordre de 0,18 mm. 9. - Procédé de réalisation d'un substrat métallique à revêtement réfractaire selon l'une quelconque des Revendications 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7 ou 8, caractérisé en ce qu'il consiste à déposer sur ledit substrat une première couche adhérant au substrat contenant au moins de l'aluminium métallique, à déposer sur la première couche une seconde couche adhérant à la premiere contenant au moins un corps réfractaire, et à déposer sur la seconde couche une troisième couche adhérant à la seconde, contenant au moins de l'aluminium métallique.