Brevet FR2312469A1 — publié le 19761224

'La présente invention, concernant la métallurgie, est 2.lus spécifiquement relative à des matériaux réfractaires de norre piteuse utilisés pour réparer des fours de fusion ou analogues à haute température, par exemple des hauts-fourneaux mevttus d'un matériau réfractaire. lies briques réfractaires qu'on emploie pour les revêtements de hauts-fourneaux sont sujettes à l'érosion due 2' la descente de la charge et à la réaction avec la charge aux hautes températures, ou due au contact avec la fonte brute. -.abituelle.lent, une fois que le haut-fourneau aura fonctionné de manière continue pendant deux ou trois ans, sa cuve, son ventre et ses étalages sont endommagés par endroits, ce qui fait que la carcasse de fer devient incandescente et fragile cu présente des fissures. Par suite les portions endonnagées doivent être réparées en y déversant et en y solidifiant un matériau réfractaire, de façon à protéger ces portions de la chaleur. le matériau habituellement employé pour la réparation est préparé en utilisant comme base un matériau réfractaire pulvérulent auquel on ajoute un liant tel que du silicate de sodiwz, du phosphate d'aluminium ou un ciment alumineux et environ 15 à 30% d'eau comme agent fluidifiant, pour former une boue ou paye, par exemple un mortier p'ateux, capable d'être déversé à l'aide d'une pompe. (Bien que l'eau ajoutée ici ne serve qu'à procurer de la fluidité, on suppose également qu'elle participe au durcissement et à d'autres réactions, mais on mentionnera ici seulement son action comme agent fluidifiant comme effet fonctionnel prinapal, pour abréger la descrintion). le matériau de réparation qui est refoulé par une pompe au travers d'une buse dans l'intérieur du fourneau et à partir de l'extérieur de la carcasse en fer doit adhérer fermement à la paroi intérieure de la carcasse du haut-fourneau et doit entre durci pour protéger la carcasse en fer de la chaleur développée à l'iitérieur du haut-fourneau. Nais bien que le matériau de réparation qu'on emploie actuellement, ayant la composition mentionnée ci-dessus, adhère fermement à la carcasse en fer pour obtenir le but visé à la température normale ou à des températures inférieures à 2000 C, il adhère difficilement à la carcasse à des températures supérieures à 300 C. Ceci est dA à l'emploi de l'eau comme agent fluidifiant. Lorsqu'un tel matériau de réparation est amené en contact avec la carcasse en fer à une température élevée dépassant 2000C, la surface de la carcasse se couvre instantanément d'un film de vapeur qui empoche le matériau de réparation d'adhérer à la carcasse.En outre, commue on perd de l'eau dans l'évaporation, des réactions d'hydratation sont nécessaires, car le durcissement du matériau de réparation ne peut s'effectuer et donc on ne peut plus obtenir que le matériau de réparation s'attache à la carcasse en fer lorsqu'il se durcit. Par conséquent on a l'habitude en pratique de maintenir la température de la carcasse en fer en dessous de 2000C en pulvérisant de l'eau sur la surface-extérieure de la carcasse en fer ou en projetant de la vapeur dans l'intérieur du hautfourneau ou bien en prévoyant un cylindre de refroidissement. Mais ces procédés sont peu recommandables parce qu'ils tendent à produire le refroidissement du haut-fourneau. La présente invention vise à fournir un matériau réfractaire pour réparer des régions à haute température de hauts-fourneaux, grâce auquel on surmonte les difficultés inhérentes aux matériaux de réparation de l'art antérieur et qui permet d'exécuter facilement la réparation. Le matériau réfractaire selon l'invention est composé de 100 parties en poids d'une substance de base constituée principalement par un matériau olvérulent réfractaire, 4 à 40 parties en poids d'un matériau bitumineux ajouté comme liant et 10 à 35 parties en poids d'une huile liquide adjointe comme agent fluidifiant. Le matériau réfractaire pulvérulent mentionné cidessus est pratiquement le mtme que le mortier de base ordinaire. On citera, comme exemples de celui-ci, des produits réfractaires à base d'aluminate, de matières silicieuses, de magnésite et de chromite, et plus spécifiquement à base de SiO2, au203, MgO, Cr203, ZrO2, CaO et FeO ou de mélanges de deux ou plusieurs de ces substances. Eh plus il peut contenir 0,5 à 5,0 parties en poids d'une poudre minérale telle qu'une poudre de minerai de fer et de la poudre de co'se ou un métal fibreux ou une substance inorganique. En outre, il peut contenir 0,2 à 6,0 parties en poids d'un liant tel que du ciment à base de au203, un silicate anhydre, de la bentonite ou de l'argile. Le matériau bitumineux est constitué par du brai de goudron de houille ou par du bitume de pétrole. Si nécessaire on peut lui ajouter du goudron de houille ou de l'asphalte en phase solide ou liquide. On l'utilise dans une gamme de 4 à 40 parties en poids pour 100 parties en poids du matériau de base. Si la proportion est inférieure à 4 parties en poids, l'effet de liant sur le matériau de base est insuffisant, de sorte qu'on ne peut obtenir des portions réparées solides; par contre, si l'on accroft sa proportion au delà de 40 parties en poids on n'obtient pas d'effet supplémentaire, mais les parties réparées sont plumet affaiblies. Les matériaux bitumineux ci-dessus doivent présenter des points de amollissement entre 70 et 2500 C. Ceci est nécessaire pour obtenir une couche de réparation fermement attachée dans des régions portées à des températures avoisinant 5000C ou supérieures. De mEme que le matériau de base, le matériau bitumineux est utilisé sous forme de poudre avec une grosseur de grain moyenne qui ne dépasse pas 3 mm, de façon à permettre le fonctionnement de la pompe.On peut mélanger d'une façon sélective différents matériaux bitumineux pour s'adapter à la température de la carcasse en fer, pourvu que le point de ramollissement du mélange résultant reste dans l'intervalle 70 à 2500 C. De cette manière les gammes de températures d'adhérence et de durcissement peuvent entre élevées et on peut également s'adapter à des situations dans lesquelles la température de la carcasse de fer n'est pas uniforme. L'huile liquide servant d'agent fluidifiant agit comme un milieu de dispersion pour le matériau de base et le liant et permet que tout l'ensemble soit déversé à partir d'une buse, grâce à une pompe, dans les parties à réparer. Comme exemple huile dont on peut se servir, on citera de l'huile (de naphte), de l'huile de naphtalène ou d'anthracène, lourde ou moyenne/, des huiles de poisson telle que de l''huile de baleine et de l'huile de sardine ou des huiles végétales telles que l'huile de colza, l'huile de soja et l'huile de lin, Pour remplir son rôle la proportion doit titre en gros comprise entre 10 et 35 parties en poids. A l'huile liquide on peut ajouter des résines synthétiques thermo-durcissables telles que du phénol, du furane, de l'uréthane et de l'époxy, des résines synthétiques ramollis sables par la chaleur telles que du chlorure de vinyle, du polyéthylène et du polystylène ou des résines naturelles. Lorsque le matériau réfractaire destiné aux réparations et tel que mentionné ci-dessus selon l'invention est déversé dans l'intérieur de la carcasse en fer à une température supérieure à 2000C à partir d'une buse (ainsi qulil est montré par exemple dans le modèle d'utilité Japonais publié N0 29902/ 1975) par une pompe (avec une pression de refoulement maximale de 30 kg/cmS2, un débit de 200 îMi. et une puissance d'actionnement nécessaire de 7,5 Kw) le liant est ramolli ou fondu de façon à envelopper le matériau de base et la poudre minérale et les attache fermement à la carcasse en fer.Le liant et le fluidifiant étant partiellement brillés, la plus grande partie de la matière brdlée coexiste sous forme gazeuse avec le gaz réducteur à l'intérieur du haut-fourneau, ce qui contribue à la réduction du minerai. Ces matériaux combustibles peuvent titre introduits dans l'atmosphère à haute température à l'intérieur du haut-fourneau, pratiquement non brillés à cause de la faible pression partielle d'oxygène à l'intérieur du hautfourneau. En outre, quand le matériau réfractaire de réparation selon l'invention ne comporte pas de teneur en eau, il ne se forme pas de film de vapeur au moment du contact avec la carcasse de fer à haute température. Ainsi l'adhérence du matériau réfractaire à la carcasse n'est pas empOchée et également la résistance après adhérence est suffisamment grande. Te 1. On a ajouté deux goudrons différents, à savoir le goudron Â et le goudron B tels qu'indiqués aux Tableaux 1 et 2 ci-dessous, comme liant et de l'huile lourde Â comme fluidi- fiant comme il est indiqué au Tableau 2 ci-dessous, à 100 parties en poids de matériau réfractaire pulvérulent formé d'aluminate, de façon à préparer des matériaux réfractaires de réparation respectifs. TABLEAU I Matériau bitumeux Température de Température de raa.Ui. 'qeat fusion 60 C -120 C B 220 C 260 C Ces matériaux ont été déversés sur des plaques de fer maintenues aux températures indiquées au Tableau 2 cidessous jusqu'à une épaisseur de 5 cm à partir d'une buse ali mcnQée par ne pompe, pour mesurer l'adhérence et la résistance ì l & compression. Les résultats des mesures sont donnés au Tableau 2. TABLEAU II Résistance a adhérence conpression k (kg/ca2) 'eìt'éa$-rc de la car on- fc ft.r (o 500I-i jOO on C~ 500 1CO vee 500 700 100 300 500 700 c & 'Àffi1 an LC -fnce x x x 60 23 15 10 liant; huile rarv-oe quide n nSw, (SrEesl an Eschant.1 25 24 O O O di 81 52 26 6 A 25 24 O O chant2 2 24 O O O o 3 30 64 66 ondron 25 24 Eazct.3 (llarm O O O O 1 22 43 50 Edait. 4 (gwdim 35 30 o O O O 40 70 73 * O : Adhérent a : Faiblement adhérent x: Non adhérent * L'échantillon de référence est un matériau réfractaire fluide constitué par de la poudre réfractaire d'aluminate et contenant du silicate de sodium comme agent durcissant et 18% d'eau comme agent fluidifiant. Coince on voit d'après le Tableau II, les matériaux réfractaires utilisant du goudron B comme liant selon l'invention sont bien supérieurs, à la fois pour l'adhérence et pour la résistance à la coapression, à l'échantillon utilisant du goudron A, dont le point de ramollissement se trouve en dehors du cadre de l'invention, et aussi supérieurs à l'échantillon de référence. EXEMPLE 2 On a préparé un matériau de réparation en comb > nant 100 parties en poids de poudre réfractaire d'aluminate corne substance de base, 25 parties en poids goudron B mentionné dans l'exemple 1 comme liant et 24 parties en poids d'huile lourde A, également mentionnée dans l'exemple 1 comme agent fluidifiant. Ce matériau de réparation a été déversé dans une carcasse de fer d'un haut-fourneau avec un volume de 1350 m3. L'épaisseur de paroi résiduelle de la portion de carcasse où le matériau de réparation a été déversé était de O à 50 mm, et la température de cette portion, 400 à 500 C. Le matériau de réparation a été injecté par une buse avec refoulement Sar la pompe au travers d'un trou de déversement qui avait été percé. Au bout d'un mois de fonctionnement après l'injection du matériau de réparation on a mesuré l'épaisseur de paroi pendant une période de repos et cette épaisseur restante mesurée était de 200 à 350 mm. En outre, la température de la surface de la carcasse en fer mesurée était inférieure à1000C, EXZnPIE 3 On a déversé un matériau réfractaire de réparation, préparé en combinant 75 parties en poids de poudre réfractaire d'aluminate, 15 parties en poids de goudron C (avec un point de ramollissement de 2000C), 10 parties en poids de goudron I) (avec un point de ramollissement égal à 850C) et 22 parties en poids d'huile lourde b, à partir d'une buse avec refoulement par la pompe et ce matériau a été durci pour former une couche de réparation d'épaissepr 60 cm. il en est résulté que la température de surface de la carcasse en fer a été ramenée en dessous de 1000C. REVENDICATIONS 1. Matériau réfractaire pour réparer les hautsfourneaux, ledit matériau étant composé de 100 parties en poids d'un produit de base composé principalement d'un matériau réfractaire pulvérulent, 4 à 40 parties en poids d'un Matériau bitumineucv servant de liant et 10 à 35 parties en poids d'une huile liquide servant d'agent fluidifiant. 2. Matériau selon la revendication 2500C. 3. Matériau selon la revendication 1, dans lequel ledit matériau réfractaire pulvérulent contient de façon prédominante au moins un corps du groupe constitué par SiO2, A12O3, MgO, Cr2O3, ZrO2, CaO et FeO. 4. Matériau selon la revendication 3, dans lequel ledit matériau réfractaire pulvérulent contient de 0,5 à 5,0 parties en poids de minerai de fer pulvérulent. 5. Matériau selon la revendication 3, dans lequel ledit matériau réfractaire pulvérulent contient de 0,5 à 5,0 parties en poids de métal fibreux. 6. Matériau selon la rovendication 3, dans lequel ledit matériau réfractaire pulvérulent contient de 0,5 à 5,0 parties en poids de substance inorganique fibreuse. 7. Matériau selon la revendication 3, dans lequel ledit matériau réfractaire pulvérulent contient 0,2 à 6,0 parties en poids d'un corps choisi dans le groupe constitué par du ciment alumineux, du silicate anhydre, de la bentonite et de l'argile comme agent servant de liant. 8. Matériau selon la revendication 1, dans lequel ledit matériau bitumineux est à l'état solide. 9. Matériau selon la revendication 1, dans lequel ledit matériau bitumineux est à l'état liquide. 10. Matériau selon la revendication 1, dans lequel ladite huile liquide est un corps du groupe constitué par des naphte huiles minérales telles que de l'huile lourde,de l'huile de /,de l'huile de naphtalène et de l'huile d'anthracène, des huiles de poisson telles que l'huile de baleine et l'huile de sardine et des huiles végétales telles çue l'huile de colza, l'huile de soja et l'huile de lin. 11. Matériau selon la revendication 10 , dans lequel ladite huile liquide contient 0,1 à 10 parties en poids d'au moins un corps du groupe constitué par des résines synthétiques thermo-durcissables telles que le phénol, le furane, l'uréthane et 1'époxy, des résines synthétiques se ramollissant par la chaleur telles que le chlorure de vinyle, le polyéthylène et le polystylène et des huiles naturelles. 12. Matériau selon la revendication 1, dans lequel ledit matériau est composé de 100 parties en poids dudit produit de base, 8 à 35 parties en poids dudit matériau bitumineux et 15 à 35 parties en poids de ladite huile liquide.