Brevet FR2480421A1 — publié le 19811016

La présente invention concerne le domaine de la métallurgie et a notamment pour objet un procédé de revêtement ou "gunitage" du garnissage des appareils métallurgiques par projection au jet de flamme, trouvant des applications notamment dans la remise en état du garnissage des appareils métallurgiques. L'invention peut être appliquée avec une efficacité maximale à la remise en état du garnissage des appareils métallurgiques à chaud, quand la température du garnissage est plus haute que le point d'inflammation du combustible Par exemple, la remise en état du garnissage d'un conver- tisseur est la plus efficace quand elle est exécutée tout de suite après la coulée de l'acier venant d'y tre élaboré et après la coulée de la scorie, le garnissage étant alors à une température de 1200 à 14000C. Le procédé faisant l'objet de l'invention peut être appliqué å la réfection des appareils métallurgiques de forme cylindrique, par exemple les convertisseurs, les poches de coulée. En outre le procédé peut être appliqué au gunitage des surfaces planes, dont celles au plafond, par exemple le garnissage des parois latérales et des voltes des fours d'aciéries, de réchauffage, etc On connaît universellement des procédés de gunitage humide et semi-sec des appareils métallurgiques refroidis, avec une matière réfractaire pulvérulente humidifiée avec de l'eau, qui est projetée sur la portion de surface a' remettre en état du garnissage. La remise en état du garnissage des appareils métallurgiques par ces procédés requiert des dépenses de temps importantes.Néanmoins, le revêtement réfractaire ainsi obtenu a une durée de service courte, car, afin d'assurer la viscosité nécessaire à froid, on introduit dans la matière réfractaire des additions abaissant la réfractairité du revêtement. Par exemple pour la remise en état du garnissage des convertisseurs on ajoute à la matière réfractaire à base de magné site ou de dolomite des additions à base de silice. Les revêtements, différant en composition du garnissage de base et contenant des additions qui forment avec le réfractaire du garnissage de base des composés à point de fusion plus bas, sont doués d'une réfractairité plus basse que celle du garnissage de base, se frittent mal à ce garnissage et ont une résistance plus basse aux actions chimiques de la scorie. Le procédé le plus avancé est le procédé de gunitage du garnissage des appareils métallurgiques au jet de flamme, consistant à projeter sur le garnissage un réfractaire, un combustible et de 1'oxygène et à faire briller le combustible dans le jet, dans l'oxygène, de façon à chauffer les particules de réfractaire dans la flamme jusqu'à la température de passage à ltétat visqueux et à appliquer les particules de réfractaire portées à cet état sur la surface du garnissage. On connart un procédé de gunitage du garnissage des convertisseurs au jet de flamme en position horizontale et un dispositif pour réaliser ce procédé. Selon ce procédé, le réfractaire et le combustible sont projetés ensemble, à l'état pulvérulent. Les jets de réfractaire, de combustible et d'oxygène sont dirigés tangentiellement à la surface du garnissage du convertisseur (brevet R.F.A. NO 2 200 667, publié le 13.C5.76, cl. C 21 C 5/44). Toutefois, quand le jet de flamme attaque la surface du garnissage tangentiellement, le revêtement obtenu est insuffisamment solide et une quantité importante de réfractaire est emportée sous la forme poussière par les produits de combustion s'échappant du convertisseur, ce qui est dû à l'organisation insatisfaisante de la combustion du combustible, à la création d'une zone de dépression au centre du flux giratoire de gaz empoussiéré et à l'aspiration dans cette zone d'une partie du réfractaire conjointement avec lesgaz. En cas d'attaque tangentielle du jet de flamme, la distance entre les nez des tuyères et la surface du garnissage est insuffisante pour le déroulement de la combustion du combustible, qui ne s'achève pas avant le léchage de la surface du garnissage par le jet de flamme; le réfractaire n'est pas chauffé jusqu'd la température de passage à l'état visqueux. Il s'ensuit l'arrivée dans le revêtement de particules réfractaires se frittant mal, tant au garnissage de base qu'entre elles e La partie de réfractaire insuffisamment chauffée dans le jet de flamme avant le léchage du garnissage ne se colle pas à la surface du garnissage et est emportée par les produits de combustion s'échappant de l'appareil. On connait aussi un procédé de gunitage du garnissage des appareils métallurgiques au jet de flamme, consistant à débiter un mélange de réfractaire, de combustible et d'oxygène perpendiculairement ou sous un certain angle par rapport à la surface du garnissage, Dans un tel procédé de gunitage, le réfractaire se ramollit dans le jet de flamme à haute température, les impuretés se trouvant dans le réfractaire et le combustible fondent en formant une phase liquide et mouillent les particules de réfractaire dans le jet de flamme et la surface de la portion du garnissage à remettre en état, les particules de réfractaire pénètrent dans la surface du garnissage sous un angle proche de 900, de sorte que l'on obtient un soudage effectif du réfractaire au garnissage. Le procédé le plus proche de celui de la présente invention tant par sa substance technique que par le résultat obtenu est le procédé de gunitage au jet de flamme consistant à débiter des jets de combustible, réfractaire et oxygène perpendiculairement à la surface du garnissage. Ce procédé de gunitage au jet de flamme est réalisé à l'aide d'une lance comportant des canaux pour l'amenée séparée de l'oxygène comprimé et du mélange pulvérulent de réfractaire et de combustible à des tuyères respectives, situées le long de la paroi de la lance. Le mélange de réfractaire et de combustible est débité par une tuyère centrale, tandis que l'oxygène est débité par un canal annulaire entre les tuyères (Revue "Metallurg". Moscou, Editions "Metallurgia". 1977, NO 12 p. 25,26). Toutefois, ce procédé n'assure pas un chauffage uniforme de toutes les particules de réfractaire dans la flamme et leur pénétration dans la surface du garnissage à une même vitesse, par suite de l'allongement de la zone de combustion, de la dépendance de la vitesse de sortie du combustible vis-à-vis de celle du réfractaire et de l'irrégularité des champs de concentration et de température dans la section transversale du jet de flamme. Dans le cas d'un débit conjugué de combustible et de réfractaire, la quantité de réfractaire déposée sur le garnissage s'élève à 60-70% de la quantité débitée.Le reste du réfractaire n'est pas chauffé dans la flamme jusqu'à la température de passage du réfractaire à l'état visqueux et il est emporté sous la forme de poussière par les produits de combustion s'échappant de l'appareil.Lerevêtement formé sur la surface du garnissage n'a pas une grande résistance mécanique par suite de l'arrivée dans sa masse de particules de réfractaire insuffisamment chauffées, qui ne se frittent ni entre elles, ni au garnissage de base, et affaiblissent les liaisons entre les grains du revêtement.En outre, le procédé considéré de gunitage au jet de flamme provoque des pertes inévitables de réfractaire au début du gunitage, quand la surface du garnissage n'est pas encore portée à la température de passage à l'étatvisqueux. Le revêtement déposé sur un garnissage insuffisamment chauffé se fritte mal à celui-ci et a une résistance mécanique faible. On s'est donc proposé de créer un procédé de gunitage du garnissage des appareils métallurgiques au jet de flamme qui permettrait d'améliorer la qualité du revEte- ment déposé et, par conséquent, d'accroitre la durée de service du garnissage des appareils métallurgiques, ainsi que d'augmenter le degré d'utilisation du réfractaire, ce qui abaisserait la consommation de réfractaire pour le gunitage. La solution consiste en ce que, dans le procédé de revêtement ou gunitage du garnissage des appareils métallurgiques par projection au jet de flamme, comprenant l'amenée d'un réfractaire, d'un cnmbustible et d'oxygène, le chauffage et la fusion superficielle du réfractaire dans un jet de flamme à haute température et l'application des particules de réfractaire sur la surface du garnissage, d'après l'invention le réfractaire, le combustible et l'oxygène soeit amenés en jets séparés, le réfractaire étant amené en un jet central axisymétrique à une vitesse de 10 à 70 m/s, oxygène, en un jet annulaire extérieur par rapport au jet de réfractaire, à une vitesse de 50 à 300 m/s, et le oombustible, en un jet annulaire extérieur par flpport au et d'oxygène, å une vitesse de 5 à 30 m/s Le procédé conforme à l'invention prévoit la combustion du combustible dans un volume de dimensions limitées, au voisinage immédiat des sections de sortie des tuyères, et l'amenée du réfractaire à travers un jet de flamme court à haute température, à des vitesses telles que soient assurés son chauffage rapide jusqu'à la tempéra turne de passage à a ;;;at visqueux et sa pénétration dans la couche superficielle du garnissage à la vitesse c-cessaire. Il est avantageux d'amener le réfractaire à a ide d'oxygène. Ceci contribue a l'accélération du chauffage des particules de réfractaire. La présence d'oxygène autour des particules de réfractaire lors de leur pénétration dans le jet de flamme, contenant du combustible solide et des produits gazeux résultant de la décomposition et de l'oxy dation du combustible, provoque un décalage de la combustion directement vers les particules de réfractaire. En outre, la température qui est alors produite est plus élevée que celle obtenue dans le cas de l'amenée du réfractaire à l'aide d'air comprimé. Un tel procédé de gunitage du garnissage des appareils métallurgiques au jet de flamme permet d'améliorer notablement la qualité du revêtement, car il assure le régime de température nécessaire lors de l'application et du frittage du revêtement et permet de diminuer la quantité de réfractaire emportée vers l'extérieur grâce à la meilleure pénétration de ses particules dans le revêtement, ce qui est conditionné tant par le chauffageplus rapiàe des particules de réfractaire, que par l'obtention de la vitesse nécessaire de pénétration des particules dans le revttement. Le revêtement appliqué à une température appropriée se présente sous la forme d'une couche résistante solidement frittée au garnissage de base.Le préchauffage du garnissage au début de ltopération, par arenée du combustible et de l'oxygène sans réfractaire, permet aussi de diminuer la consommation de réfractaire. =-emp1oi de ombustible et de réfractaire de compositions granulométriques différentes, par exemple de combustible finement broye et de réfractaire sous forme de particules plus grosses, permet d'intensifier la combustion du css ustible, d'accélérer le chauffage des particules de réfractaire dans le jet de flamme et de transmettre aux particules de réfractaire une énergie cinétique telle que sa aleur soit plus grande lors de la pénétration dans le revêtement. Llefficacité d'remploi du procédé de gunitage du garnissage des appareils métallurgiques au jet de flamme faisant l'objet de l'invention consiste en un accroissement de sa tenue, c'-est-à-dire une amélioration de la qualité du revêtement de 20 à 25%, et en un abaissement de la cbnsommation de réfractaire de 20% comparativement au procédé dans lequel le combustible et le réfractaire sont débités en conjugaison. Dans ce qui suit, l'invention est expliquée par la description d'un mode de réalisation non limitatif, avec référence au dessin unique annexé qui représente une lance pour la réalisation du procédé de gunitage du garnissage des appareils métallurgiques au jet de flamme. Le procédé faisant l'objet de l'invention peut être réalisé, par exemple, à l'aide d'une lance dont la conception est expliquée par le dessin donnant sa vue d'ensemble. Le lance se compose d'un tube central 1, servant à injecter le réfractaire dans le jet d'oxygène, d'un tube 2, le canal annulaire formé entre ce tube 2 et le tube 1 servant à débiter l'oxygène, d'un tube 3, le canal annulaire formé entre ce tube 3 et le tube 2 servant a' débiter le combustible, de tubes 4 et 5, formant des canaux annulaires pour l'amenée et l'évacuation de l'eau de refroidissement, de tuyères centrales 6 pour injecter le réfractaire, de tuyères 7 formant avec les tuyères centrales 6 des canaux d'amenée de l'oxygène, et de tuyères 8 formant avec les tuyères 7 des canaux d'amenée du combustible. Le bout de la lance est isolé thermiquement par un bourrage réfractaire 9. Le procédé faisant l'objet de l'invention est réalisé de la façon suivante. Le combustible finement divisé est débité par le canal annulaire entre les tubes 2 et 3 et le canal annulaire entre les tuyères 7 et 8, avec une vitesse de sortie de 5 è 30 m/s. L oxygène est débité par le canal annulaire entre les tubes 2 et 1 et par le canal annulaire entre les tuyères 6 et 7, avec une vitessede sortie de 50 à 300 m/s. Le réfractaire est débité par le tube central 1 et par la tuyère centrale 6, avec une vitesse de sortie de 10 a' 70 m/s. Les couches extérieures du jet biphasique annulaire de combustible sont freinées et enflammées par le contact avec les gaz du laboratoire de l'appareil métallurgique. Le jet d'oxygène aspire par effet d1injection le jet de combustible enflammé. La forte différence entre les vitesses de l'oxygène et du combustible provoque un brassage rapide des constituants et la combustion pratiquement instantanée du combustible. La combustion s'achève avant que le jet de flamme ne frappe le garnissage. Le jet de réfractaire transperce le jet de flamme à haute température, le réfractaire s'échauffe, fond superficiellement et pénètre dans le revêtement. Au début de l'opération de gunitage, on admet dans le jet de flamme le combustible et l'oxygène, et, par déplacement du jet de flamme sur la surface du garnissage, on la porte à la température requise. Ensuite on admet le réfractaire et on augmente le débit de combustible et d'oxygène, de façon à assurer le chauffage du réfractaire dans le jet de flamme jusqu'à la température requise. Le jet de flamme, alimenté en combustible, réfractaire et oxygène, est déplacé suivant la surface du garnissage dans un ordre déterminé, de façon à appliquer le revêtement réfractaire soit localement, sur les portions les plus usées du garnissage, soit sur toute la surface en couche uniforme, soit encore d'une manière combinée pour obtenir des surépaisseurs locales et une couche uniforme sur toute la surface.Après l'application d'un revêtement d'épaisseur requise, on coupe l'admission de tous les constituants (la circulation d'eau restant établie) on souffle le canal de débit du combustible avec de l'air et on retire la lance de l'appareil. Pour une meilleure compréhension du procédé faisant l'objet de l'invention, on donne ci-après des exemples de réalisation concrets mais non limitatifs. Exemple 1 Soit à remettre en état un convertisseur de 350 t. Le diamètre intérieur du convertisseur est de 8,5 m. Son garnissage est en magnésite au brai. Le gunitage est exécuté avec de la magnésite en poudre à grosseur de grains ne dépassant pas 0,5 mm. La magnésite est véhiculée par de l'oxygène, le débit d'oxygène pour le transport pneumatique étant de 1 m3 par 100 kg de magnésite. Le combustible utilisé est un coke finement broyé de grosseur non supérieure à 0,1 mm; le coke est véhiculé par de l'air comprimé, le débit d'air pour le transport pneumatique étant de 1 m3 par 100 kg de coke. La température de la surface intérieure du garnissage au début de l'opération-de gunitage est de 13000C. Avant de commencer le gunitage, on admet l'eau pour le refroidissement de la lance et on introduit la lance dans le convertisseur. Le gunitage est exécuté à partir du centre du convertisseur, par rotation de la lance autour de son axe longitudinal, le jet de flamme étant orienté perpendiculairement à la surface du garnissage. Après introduction de la lance dans le convertisseur on admet le combustible à raison de 150 kg/mn, sa vitesse de sortie étant de 10 m/s, et l'on admet l'oxygène, à raison de 230 m3/mn, sa vitesse de sortie étant de 250 m/s. Pendant 2 mn on préchauffe uniformément la surface intérieure du garnissage jusqu'à une température de 17000C, à laquelle la magnésite se colle à la surface du garnissage. La température prescrite atteinte, on admet la magnésite, à raison de 500 kg/sn, sa vitesse de sortie étant de 40 m/s, et on augmente le débit de combustible jusqu'S 200 kg/mn, sa vitesse de sortie s'accroissant alors jusqu'à 13,5 m/s. On ne modifie pas le débit d'oxygène, que l'on maintent à 230 m3/mn. Ces débits et ces vitesses assurent une vitesse de pénétration des particules de réfractaire dans la surface du garnissage égale à 8 m/s. L'utilisation d'un combustible de granulométrie plus fine que celle du réfractaire permet d'assurer sa combustion dans la zone s'étendant jusqu'à environ 1/4 à 1/3 de la portion droite du jet de flamme. Il s'ensuit une augmentation de la longueur de la partie à haute température du jet de flamme, l'intensification du chauffage des particules de magnésite et l'amélioration de l'uniformité du champ de température dans la section transversale du jet de flamme. Pratiquement toute la magnésite s'échauffe uniformément dans la flamme jusqu'à une température de 1750 à 1800"C, ce qui augmente sa pénétration dans le revêtement. L'utilisation d'une magnésite de granulométrie plus grosse permet d'augmenter l'énergie cinétique des particules de magnésite à l'instant de l'impact sur la surface du garnissage et, par cela même d'accrottre la pénétration de la magné site dans le revêtement. La combustion du coke dans le jet de flamme avec manque d'oxygène provoque l'apport de carbone au revêtement. Le résidu de coke constitue un liant pour les grains de magnésite. Le revêtement ainsi appliqué a une composition se rapprochant de celle du garnissage de base, ce qui améliore son frittage au garnissage de base. Le préchauffage uniforme du garnissage et la projection dans le revêtement de particules de magnésite chauffées pratiquement à la même-température, assure la formation d'un revêtement résistant, uniformément fritté. La tenue d'un revêtement d'épaisseur uniforme passe de 4 à 5 coulées, c'est-à-dire que la qualité du revêtement augmente de 20%. La quantité de magnésite pénétrant dans le revêtement atteint jusqu'à 90%, c'est-à-dire qu'elle est d'environ 20% plus élevée qu'en cas d'emploi du procédé connu. Le gunitage s'achève quand la couche déposée étteint l'épaisseur requise. La durée d'une opération de gunitage d'un convertisseur de 350 t, préchauffage du garnissage compris, est de 5 à 8 mn. Exemple 2 Soit à remettre en état un convertisseur de 50 t. Le diamètre intérieur du convertisseur est de 2,8 m. Son garnissage est en magnésite au brai. Le gunitage est exécuté avec de la magnésite en poudre à grosseur de grains ne dépassant pas 0,2 mm. La magnésite est véhiculée par de l'oxygène, le débit d'oxygène pour le transport pneumatique étant de 1 m3 par 100 kg de magnésite. Le combustible utilisé est un coke finement broyé de grosseur non supérieure à 0,08 mm; le coke est véhiculé par de l'air comprimé, le débit d'air pour le transport pneumatique étant de 1 m3 par 100 kg de coke. La température de la surface intérieure du garnissage au début de l'opération de gunitage est de 12000C. Avant de commencer le gunitage, on admet l'eau pour le refroidissement de la lance et on introduit la lance dans le convertisseur. Le gunitage est exécuté à partir du centre du convertisseur, par rotation de la lance autour de son axe longitudinal, le jet de flamme étant orienté perpendiculairement à la surface du garnissage. Etant donné que la distance entre la lance et la surface du garnissage dans un convertisseur de 50 t est de plus de deux fois plus petite que dans un convertisseur de 350 t (cas de l'exemple 1), les débits de constituants, leurs vitesses de sortie et les dimensions des tuyères sont choisis de façon à assurer la combustion du combustible dans la zone s'étendant sur 1/3 à 1/2 de la longueur de la portion droite du jet de flamme, le chauffage uniforme des particules de réfractaire dans les limites de la portion droite du jet de flamme et leur pénétration dans la surface du garnissage à la vitesse nécessaire. Après introduction de la lance dans le convertisseur on admet le combustible, à raison de 50 kg/mn, sa vitesse de sortie étant de 5 m/s, et l'on admet l'oxygène à raison de 30 m3/mn, sa vitesse de sortie étant de 70 m/s.Pendant 2 mn on préchauffe uniformément la surface intérieure du garnissage jusqu'à une température de 17000C. Puis on admet la magnésite à raison de 170 kg/mn, sa vitesse de sortie étant de 15 m/s, et on augmente le débit de combustible jusqu'd 70 kg/mn, sa vitesse de sortie augmente tant alors jusqu'à 7 m/s. On ne modifie pas le débit d'oxygène, que l'on maintient à 80 m3/mn. Ces débits et ces vitesses des constituants assurent une vitesse de pénétration des particules de réfractaire dans le garnissage égale à 7 m/s. Dans cet exemple le combustible et la magnésite employés ont une finesse plus grande que dans l'exemple 1 afin d'accélérer la combustion et d'assurer le chauffage des particules de magnésite dans le jet de flamme jusqu'à la température requise. En modifiant ainsi les débits des constituants et leurs vitesses de sortie de façon à les adapter au convertisseur de 50 t, on obtient les mêmes résultats que pour le convertisseur de 350 t décrit à l'exemple 1. Dans ce cas, la quantité de magnésite pénétrant dans le revêtement va jusqu'à 85%. Le gunitage s'achève après l'application d'une couche d'épaisseur prescrite, 4 à 6 mn après le début de 1 'opération. 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 cellesci sont exécutées suivant son esprit et mises en oeuvre dans le cadre de la protection comme revendiquée. REVENDICATIONS 1.- Procédé de revêtement ou "gunitage" du garnissage des appareils métallurgiques par projection au jet de flamme, du type comprenant l'amenée d'un réfractaire, d'un combustible et d'oxygène, le chauffage et la fusion superficielle du réfractaire dans un jet de flamme à haute température et l'application des particules de réfractaire sur la surface du garnissage, caractérisé en ce que le réfractaire, le combustible et l'oxygène sont amenés en jets séparés, le réfractaire étant amené en un jet central axisymétrique à une vitesse de 10 à 70 m/s; ; loxygène, en un jet annulaire extérieur par rapport au jet de réfractaire re, à une vitesse de 50 à 300 m/s, et le combustible, en un jet annulaire extérieur par rapport au jet deoxygène9 à une vitesse de 5 à 30 m/s. 2.- Procédé selon la revendication 1 caractérisé en ce que le réfractaire est amené à l'aide d'oxygène. 3.- Appareil métallurgique, tel que par exemple un convertisseur, caractérisé en ce que son garnissage est traité conformément au procédé faisant l'objet de l'une des revendications 1 et 2.