Brevet FR2168916A1 — publié le 19730907

La présente invention concerne la métallurgie, plus précisément les réparations à chaud du garnissage d'un convertisseur par projection d'un enduit. Actuellement, pour 11 exécution des réparations à chaud du garnissage des convertisseurs, on procède à la projection d'un enduit humide, par exemple sous forme de pulpe. La basse qualité de l'enduit obtenu par ce procédé est due à la nécessité d'introduire des substances liantes et plastifiantes à bas point de fusion dans le mélange à projeter, le refroidissement rapide et poussé de la surface du garnissage à réparer, provoquant l'écaillage thermique des réfractaires, la nécessité de réchauffer pendant un temps prolongé le revêtement projeté pour réaliser une liaison céramique entre les grains du constituant à haute réfractairité du mélange projeté, le soudage médiocre aux réfractaires résine-dolomie. Ces inconvénients, ainsi que plusieurs autres, ne permettent pas de mettre efficacement en oeuvre les procédés de projection humide pour la réparation à chaud du garnissage des convertisseurs. On connaît en outre largement un procédé de projection d'un enduit sur le garnissage d'un canvertisseur à l'aide de la flamme d'un chalumeau oxygène-combustible, dans laquelle on injecte une poudre réfractaire. Le procédé de projection par flamme supprime pratiquement tous les inconvénients précités. Pour ce qui est de sa qualité, le revêtement obtenu ne le cède en rien aux meilleures sortes de produits cuits à haute réfractairité : on obtient une porosité allant jusqu a %, la structure est caractérisée par la présence d'un grand nombre de liaisonsdirectes, la formation du revêtement projeté s'achève au cours mêmedela,projection, il n'y a pas de choc thermique et l'on obtient un soudage satisfaisant aux réfractaires résine-dolomie. Toutefois, dans le cas du crépissage par projection par flamme directe (flamme orientée sur le garnissage à réparer sous un angle de 900), la projection par flamme est caractérisée par une basse efficacité (par "efficacité de la projection" on entend le rapport entre le poids du mélange projeté ayant adhéré à la zone à réparer du garnissage et le poids du constituant réfractaire de ce mélange amené à l'endroit à réparer), qui est generalement de 10 à 20 fo et ne dépasse jamais 40 %. Le but de la présente invention est de supprimer les inconvénients inhérents aux procédés de projection d'un enduit humide et au procédé de projection par flamme directe. Il s'agissait donc de créer un procédé pour crépir le garnissage d'un convertisseur par projection d'un enduit, et un dispositif pour la mise en oeuvre de ce procédé permettant d'augmenter notablement l'efficacité de la projection, d'obtenir sur les réfractaires basiques, y compris les réfractaires résine-dolomie, un revêtement résistant à la scorie et à la chaleur, d'éviter les pertes de temps pour la cuisson du revêtement projeté et d'éliminer l'écaillage thermique du garnissage réfractaire pendant sa réparation. Ces problèmes sont résolus du fait que dans un procédé pour crépir le garnissage d'un convertisseur par projection d'un enduit au moyen d'une flamme dans laquelle on injecte une poudre réfractaire, selon l'invention ladite flamme est orientée tangentiellement par rapport à la surface du garnissage, afin de lui imprimer un mouvement;de rotation autour de l'axe longitudinal du convertisseur. Pour la mise en oeuvre d'un tel procédé, l'invention a en outre pour objet un dispositif du type comprenant des conduites montées l'une dans l'autre coaxialement pour amener sur le garnissage du convertisseur une poudre réfractaire, un combustible et de l'oxygène, qui sont débités par une buse dont l'axe est perpendiculaire à l'axe des conduites, dispositif dans lequel, suivant l'invention, les conduites sont coudées, dans un plan perpendiculaire à l'axe de la buse, de 15 à 900 par rapport à l'axe longitudinal des conduites. Pour une meilleure compréhension de l'invention, un exemple non limitatif de réalisation du dispositif de l'invention est décrit dans ce qui suit,à l'aide Xessin unique annexé qui représente - la figure 1, un convertisseur à réparer et un dispositif de projection conforme à l'invention - la figure 2, une vue en coupe transversale des conduites dudit dispositif. Le dispositif pour crépir les convertisseurs par projection d'un enduit au moyen d'une flamme se présente sous la forme d'une lance 1 montée mobile sur un manipulateur 2, qui est porté par un chariot automoteur 3. Sur le côté opposé du manipulateur 2 est branchée une gaine 4, dans laquelle sont enfermés des flexibles métalliques 5, 6 et 7, destinés respectivement à alimenter la lance 1 en mélange de poudre réfractaire et de combustible et en oxygène, ainsi qu a amener et évacuer l'eau refroidissant la lance 1. Le chariot automoteur 3 est destiné à déplacer le manipulateur 2 et la lance 1 sur le plancher de travail de l'atelier et à animer la lance 1 d'un mouvement rectiligne alternatif pendant la projection. le manipulateur permet de bloquer la lance 1 à la position requise dans l'enceinte du convertisseur et, au besoin, d'animer la lance 1 d'un mouvement de rotation suivant la génératrice d'un cône, ainsi que de modifier l'angle d'inclinaison de la lance 1 par rapport à son axe de rotation. La lance 1 se compose d'une buse 8 et de quatre conduites montées l'une dans l'autre coaxialement 9 et amenant à la buse 8 le mélange de poudre réfractaire et de combustible, l'oxygène et l'eau, respectivement. Le mélange de poudre réfractaire et de combustible arrive par la conduite centrale 10 (figure 2) ; la seconde conduite 11 amène de l'oxygène sous pression. les troisième et quatrième conduites 12 et 13 assurent l'amenée et l'évacuation de l'eau sous haute pression. Le diamètre maximal du tube extérieur de la lance est de 150 mm, son diamètre minimal est de 108 mm. L'axe de la buse 8 de la lance est orientée sous un angle de 900 par rapport aux conduites, lesquelles, dans un plan perpendiculaire à l'axe de la buse, sont coudées de 15 à 900 par rapport à l'axe longitudinal. Pour exécuter la Hrrqjection sur toute la surface, il faut orienter l'axe de la buse 8 tangentiellement par rapport à la surface cylindrique du garnissage du convertisseur 14 (sur la figure 1, le contour des surfaces actives du garnissage du convertisseur est montré par des traits mixtes), en disposant la buse 8 tout près de la surface du garnissage. La lance 1 avec la buse 8 orientée perpendiculairement à l'axe des conduites 9 permet de diriger le jet de poudre réfractaire et de combustible et l'oxygène sur le garnissage de la partie cylindrique du convertisseur, c'est-à-dire sur les portions du garnissage les plus sujettes à l'usure. Mais, par suite de la conicité du col du convertisseur, à l'aide de conduites 9 droites il est pratiquement impossible de disposer la buse 8 auprès de la surface de la partie cylindrique du garnissage dans la zone contigüe au raccordement avec le col, ainsi quhaprès de la surface du garnissage du col du convertisse Le coudage des conduites 9 dans un plan perpendiculaire à l'axe de la buse, sous un angle de 15 à 900 proche de la conicité du col du convertisseur 14 permet de supprimer l'inconvénient précité des lances à conduites droites.Toutefois, le coudage des conduites doit être minimal, car l'augmentation de l'angle de coudage des conduites augmente notablement le poids des conduites et, enoonséquence, le poids de toute la lance ; en outre, la résistance opposée au passage du mélange de poudre réfractaire et de combustible croît. Quand les conduites 9 sont coudées sous un angle plus grand que 900, il devient très difficile d'engager la lance dans l'enceinte du convertisseur avant de commencer la projection et de l'en extraire après la projection. C'est pourquoi le coudage maximal des conduites ne doit pas dépasser 900. Le procédé et le dispositif pour crépir les convertisseurs par projection d'un enduit à la flamme est actuellement utilisé pour les réparations à chaud dugwrnissage résinedolomie des convertisseurs à l'oxygène de 130 tonnes. A titre indicatif, la longueur de la partie utile de la lance 1 est de 7500 mm, son diamètre extérieur est de 108 mm. les conduites 9 de la lance sont coudées dans deux plans orthogonaux sous les angles suivants : sous 900 auprès de la buse et à 200 à sensiblement 3000 mm de la buse. Une telle lance permet de débiter sur le garnissage du convertisseur jusqu'à 200 kg/mn de mélange de poudre,réfractaire et de combustible et jusqu'à 60 m3/mn d'oxygène. Le dispositif fonctionne de la façon suivante. Après déchargement du métal et du laitier contenus dans le convertisseur, la température de la surface active du garnissage étant de 1350 à 15000C, on introduit la lance 1 dans le convertisseur 14 (figure 1), de telle façon que l'axe de la portion droite de la lance 1 coincide avec l'axe longitudinal du convertisseur. La buse 8 de la lance 1 reste alors toujours orientée tangentiellement par rapport à la surface active du garnissage du convertisseur 14. Selon la réparation à exécuter à chaud, on peut régler à diverses valeurs la distance entre la buse 8 et la surface active du garnissage : pourcrépir toute la surface, on règle cette distance à une valeur allant jusqu'à 1/10 du diamètre du convertisseur 14 ; pour crépir des portions à usure locale du garnissage, on la règle à une valeur de 1/10 à 3/10 du diamètre du convertisseur 14. Pour crépir le garnissage des convertisseurs par projection d'un enduit à la flamme, selon la réparation à exécuter et le genre de réfractaire à projeter, on peut employer différents mélanges de réfractaires etde combustible solide pulvérisé. Par exemple, pour crépir toute la surface d'un garnissage résine-dolomie on utilise un mélange finement broyé (grosseur des grains inférieure à 0,1 mm) de deux constituants : 60 à 70 % de poudre de magnésie et 30 à 40 % de poudre de coke. La projection commence par l'admission simultanée du mélange de poudre réfractaire et de combustible et de l'oxygène. A la sortie de la buse 8, le combustible, en se mélangeant à l'oxygène, s'enflamme et brûle en donnant une flamme dure 15, à haute température. Du fait de la direction tangentielle des jets de mélange poudre réfractaire-combustible et d'oxygène par rapport à la surface active du garnissage du convertisseur 14, dans l'enceinte cylindrique du convertisseur 14 la flamme 15 et les produits de combustion reçoivent un mouvement giratoire autour de l'axe longitudinal du convertisseur 14 (sur la figure 1 les flèches montrent le sens de rotation de la flamme giratoire 15).Dans la section transversale du convertisseur 14, la trajectoire des gaz se présente sous la forme de circonférences fermées concentriques. les particules de poudre réfractaire arrivant sur le garnissage se déplacent sur sa surface active et, au fur et à mesure de leur échauffement jusqu'à leur point de ramollissement, elles se soudent au garnissage sur la figure 1, les portions hachurées représentent la section du revêtement projeté 16 soudé au garnissage. les particules ayant rebondi sur la surfacé du garnissage sont entraînées par la veine de gaz en rotation et, sous l'effet de la force centrifuge apparaissant par suite de la différence entre les densités des gaz à haute température et des particules réfractaires, elles sont renvoyées vers le garnissage et entrent de nouveau en contact avec sa surface active, à laquelle elles se soudent en un endroit un peu plus éloigné. L'efficacité de la projection atteint 90 à 95 Xo. Si la lance 1 est bloquée à poste fixe pendant la projection, l'épaisseur du revêtement projeté obtenu n'est pas la même suivant le diamètre et la hauteur du convertisseur 14. La plus forte épaisseur se trouve sur la première portion annulaire, à l'endroit où la flamme rencontre le garnissage. A mesure qu'augmente la distance minimale entre la buse 8 et la surface active du garnissage, l'épaisseur du revêtement sur la première portion augmente elle aussi. Toutefois, quand la distance minimale entre la buse 8 et la surface active du garnissage a une valeur supérieure aux 3/10 du diamètre intérieur du convertisseur 14, la vitesse de rotation de la flamme 15 chargée de poudre réfractaire diminue fortement et, en outre, la qualité de la combustion du combustible diminue. il en résulte un fort accroissement de la quantité de poudre réfractaire emportée inutilement et une diminution de la qualité du revêtement projeté. C'est pour cela que lors du crépissage de zones d'usure locales du garnissage on règle la distance de la buse 8 à la surface active du garnissage à une valeur non supérieure aux 3/10 du diamètre intérieur du convertisseur.Pour crépir toute la surface, on se sert du manipulateur 2 pour animer la buse 8 d'un mouvement de rotation autour de l'axe longitudinal du convertisseur 14, et à l'aide du chariot automoteur 3 on l'anime d'un mouvement rectiligne alternatif. Dans ce cas la zone d'épaisseur maximale du revêtement projeté se déplace progressivement, tant suivant le diamètre que suivant la hauteur du convertisseur 14, ce qui permet d'obtenir un revêtement d'épaisseur uniforme sur tout le garnissage usé du convertisseur. L'invention proposée permet d'obtenir de hautes performances techniques et économiques, confirmées par les résultats d'essais prolongés du procédé de l'invention, réalisés sur des platesformes d'essais et dans l'industrie. Pendant la période de mise en application du procédé et du dispositif pour crépir les convertisseurs par projection d'un enduit à la flamme, on a obtenu un accroissement de la tenue du garnissage correspondant à 100 coulées dans le cas de projection sur réfractaires résine-dolomie et 50 coulées dans le cas de projection sur réfractaires magnésie, le revêtement réalisé étant d'épaisseur uniforme. La consommation de mélange poudre réfractaire-combustible par tonne d'acier élaboré pendant la période d'utilisation du convertisseur crépi s'est élevée à 0,8 kg/t d'acier et 1,6 kg/t d'acier respectivement. L'immobilisation du convertisseur pour le crépissage par projection est de 25 mn, la consommation de mélange poudre réfractaire-combustible pendant ce temps étant de 5 t. En réalisant un revêtement projeté par le procédé décrit on a la possibilité de remettre en état efficacement et de façon fiable les'portions du garnissage du convertisseur altérées par les brûlures à la fin d'une campagne et de supprimer pratiquement toute éventualité d'arrêt d'urgence des appareils pour la réfection du garnissage. Cela permet d'établir le programme mensuel d'exécution des réparations à froid dans l'atelier d'après la tenue maximale du garnissage. Bien entendu, l'invention n'est nullement limitée au mode de réalisation décrit et représenté qui n'a été donné qu'à titre d'exemple. En particulier, elle comprend tous les moyens constituant des équivalents techniques des moyens décrits ainsi que leurs combinaisons, si celles-ci sont exécutées selon l'esprit de l'invention et mises en oeuvre dans le cadre des revendications qui suivent. RE VE NL i C A T 10 NS 1. - Un procédé pour crépir le garnissage d'un convertisseur par projection d'un enduit au moyen d'une flamme dans laquelle on injecte une poudre réfractaire, caractérisé en ce que la flamme est orientée tangentiellement par rapport à la surface du garnissage et effectue un mouvement de rotation autour de ='axe longitudinal du convertisseur. 2. - Un dispositif pour la mise en oeuvre du procédé faisant l'objet de la revendication 1, du type comprenant des conduites montées l'une dans l'autre coaxialement et amenant respectivement sur le garnissage du convertisseur une poudre réfractaire, un combustible et de l'oxygène, qui sont débités à l'extrémité desdites conduites par une buse dont l'axe est perpendiculaire à l'axe des conduites, caractérisé en ce que les conduites sont coudées, dans un plan perpendiculaire à l'axe de la buse, de 15 à 900 par rapport à l'axe longitudinal des conduites.