Brevet FR2494299A1 — publié le 19820521

La présente invention concerne les techniques de protection de la surface de pièces et a notamment pour objet un élément de blindage. L'invention peut être appliquée notamment au revêtement de surfaces de travail de pièces utilisées dans divers appareils, travaillant dans des conditions d'usure intensive par abrasion, provoquée par des produits solides, des écoulements liquides et des écoulements gazeux. L'invention trouve des applications particulièrement nombreuses pour le revêtement des surfaces de travail de diverses pièces formant la voie de passage des constituants de la charge dans les dispositifs de chargement des hauts fourneaux de grand volume (5000 et 3000 m3). On connais des éléments de blindage de grandes dimensions, constitués par deux tôles d'acier d'une épaisseur de 14 à 16 mm et au-dessus, entre lesquelles est placée une couche de pseudo-alliage (matériau composite), par exemple à base de carbure de tungstène, liée par diffusion auxdites tôles d'acier. Toutefois, la fabrication de tels éléments de blindage implique une consommation accrue de laminé d'acier, vu qu'il est nécessaire d'employer des tôles d'épaisseur notable, afin d'assurer la robustesse et la conservation de la forme de l'élément de blindage au cours du chauffage à haute température qu'il subit lors de la fabrication. En outre, dans la conception connue des éléments de blindage, le pseudo-alliage coûteux est utilisé d'une manière irrationnelle, par suite des difficultés auxquelles on se heurte quand on veut différentier l'épaisseur de la couche composite résistant à l'usure en accord avec les charges d'usure. Outre ce qui vient d'être décrit, le rendement de la fabrication de l'élément de blindage mentionné est relativement bas, aussi entrane-+il une consommation accrue de gaz et d'énergie électrique. On connaît aussi un élément de blindage constitué par une gaine métallique sous forme d'un tube de section rectangulaire, remplie d'un matériau composite résistant à l'usure, par exemple à base de carbure de tungstène. Quoiqu'une telle conception de l'élément de blindage supprime une série d'inconvénients affectant les éléments de blindage cités plus haut, l'utilisation d'un seul profil de tube rectangulaire ne permet pas d'obtenir un élément de blindage qui aurait une couche résistante à l'usure d'épaisseur variable, en accord avec les conditions de service de la pièce. De la sorte, toutes les surfaces à revêtir sont renforcées au niveau des charges maximales, ce qui entraine une consommation irrationnelle de matériau composite. On s'est donc proposé de créer un élément de blindage de conception telle que la couche résistante à usure ait une épaisseur variable, ce qui permettrait d'utiliser d'une manière optimale le matériau composite résistant à l'usure. La solution consiste en ce que, dans un élément de blindage constitué par une gaine métallique, sous forme d'un tube de section rectangulaire, remplie d'un matériau composite résistant à l'usure, lié par diffusion à ladite gaine métallique, d'après l'invention, il est prévu dans la gaine métallique une plaque métallique liée par diffusion à ladite gaine et audit matériau composite. Grâce à l'invention, il devient possible de réduire d'environ deux fois le prix de revient des éléments de blindage, comparativement à ceux connus, ce qui résulte de l'abaissement de la consommation de composés coûteux entrant dans la constitution du matériau composite. En outre, selon les conditions concrètes d'application de l'invention, le poids des éléments de blindage peut être notablement réduit. D'après l'invention, il est avantageux, dans le cas où les éléments de blindage conformes à l'invention sont utilisés sous des charges à variations irrégulières, par exemple dans le cas du revêtement de la traverse de suspension de la grosse cloche d'un haut fourneau d'un volume de 5000 m3, que ladite plaque métallique ait une section transversale variable suivant sa longueur. Une variante de réalisation de l'invention consiste à réaliser ladite plaque en forme de coin0 Dans le cas où les éléments de blindage sont utilisés pour revêtir de grandes surfaces il est avantageu; d'après l'invention, que ladite plaque ait une section transversale constante sur toute sa Longueur. L'invention sera mieux comprise et d'autres buts, détails et avantages de celle-ci apparattront Dieux à la lumière de la description explicative qui va suivre de différents modes de réalisation donnés uniquement à titre d'exemples non limitatifs, avec références axut dessins non limitatifs annexés dans lesquels - la figure 1 représente un élément de blindage conforme à l'invention (coupe transversale); - la figure 2 représente l'élément de blindage de la figure 1 (coupe suivant II-II); - la figure 3 représente une deuxième variante de réalisation de l'élément de blindage (coupe transversale > , - la figure 4 représente l'élément de blindage de la figure 3 (coupe suivant IV-IV);; - la figure 5 représente une troisième variante de réalisation de l'élément de blindage Ccoepe transversale); - la figure 6 représente l'élément de blindage de la figure 5 (coupe suivant VI-VI), L'élément de blindage faisant l'ob3et de l'invention est constitué par une gaine métallique 1 (figures 1, 2, 3, 4, 5, 6), sous forme, par exemple, d'un tube de section rectangulaire, par exemple de 120x25x5 mm, et d'un longueur d'environ 1000 mm. En tant que matériau pour la fabrication des tubes destinés à cet usage, on utilise d'ordinaire un acier doux.Les caractéristiques géométriQuez de la gaine 1 sont choisies de façon à assurer une combinaison optimale des caractéristiques de résistance, de poids et technologiques. La gaine métallique est remplie d'un matériau composite 2 résistant à l'usure. Le constituant de base le plus fréquemment employé du matériau composite 2 résistant à l'usure est un carbure de tungstène sous forme de grains d'une grosseur de 0,16 à 2-3,0 mm, et le métal liant le plus souvent employé pour ce matériau est un maillechort de composition pondérale : 20% de nickel; 20% de manganèse, le solde étant du cuivre. Les grains de carbure de tungstène constituent d'ordinaire 50 à 52% du matériau composite 2 en volume. En tant que substituants du carbure de tungstène on peut utiliser des alliages durs frittés à base de carbure de tungstène, employés pour les outils coupants à métaux, après les avoir broyés jusqu'à une granulométrie de 0,16 à 3-4,0 mm. En tant que base résistante à l'usure du matériau composite 2, on peut aussi utiliser d'autres composés difficilement fusibles de métaux, doués d'une haute résistance à l'usure et se présentant sous forme de grains de même granulométrie que celle indiquée plus haut. Le métal liant peut hêtre, en principe, tout métal ayant un point de fusion non supérieur à 1000-1050 C et mouillant à cette température les particules de matériau résistant à l'usure et la surface intérieure de la gaine métallique 1. La nécessité d'une liaison par diffusion entre le métal liant, le matériau résistant à l'usure et la paroi de la gaine 1 est dictée tant par la nécessité de donner à toute la structure de l'élément de blindage une robustesse prédéterminée que par ltexigence que la résistance mécanique du matériau composite 2 soit la même dans tout le volume, pendant toute la durée de service de l'élément de blindage sous une charge d'usure. La pratique de l'exploitation des dispositifs de chargement des hauts fourneaux et d'autres pièces soumises pendant le service à l'usure par abrassion, provoquée par des produits solides et des écoulements gazeux aux températures normales et élevées, montre que l'usure des surfaces de travail est très rarement régulière. Le problème de l'obtention d'une couche de matériau résistant à l'usure d'épaisseur différenciée n'avait pas,Susqu'à dernièrement, l'acuité actuelle, car on employait des matériaux de résistance à l'usure plus basse et, par conséquent, moins chers. D'autre part, le renforcement de la surface de travail de l'élément de blindage avec une couche de matériau 2 résistant à l'usure d'épaisseur variable est un problème ardu quand on applique les méthodes connues, par exemple le rechargement à l'arc ou bien le revêtement avec des éléments de blindage individuels de grandes dimensions. C'est pourquoi, à l'heure actuelle, on renforce les surfaces de travail par un matériau composite 2 résistant à l'usure en couche d'épaisseur constante, dont la valeur est choisie d'ordinaire d'après la charge d'usure maximale. Dans la présente invention, la section variable de la couche de matériau composite 2 résistant à l'usure est obtenue en introduisant dans la gaine 1 une plaque métallique 3, qui est liée par diffusion au matériau composite 2 résistant à l'usure et à la gaine métallique 1, réalisée sous forme d'un tube de section rectangulaire. La plaque 3, d'après l'invention, est intimement appliquée contre l'une des parois de la gaine 1 à laquelle elle est fixée à demeure, par exemple par brasage. Le matériau de la plaque 3 est un acier doux. Le calcul de la section transversale de la plaque 3 suivant sa longueur s'effectue d'après les paramètres optimaux d'utilisation de tout l'élément de blindage. Selon le genre considéré de charge d'usure, la plaque métallique 3 peut être réalisée de section transversale constante (figures 1 et 2) ou variable (figures 3 à 6) sur toute sa longueur. La section de la plaque 3 est choisie inversement proportionnelle à la valeur de l'usure par abrasion. Une augmentation de l'épaisseur de la couche de matériau composite 2, quand l'usure par abrasion est forte, est obtenue en diminuant la section de la plaque 3. La section transversale variable (figures 3 à 6) peut être obtenue en donnant à la plaque la forme d'un coin. Le choix de la configuration de la plaque métallique 3 dépend du caractère de la charge d'usure, des particularités constructives et des dimensions de la pièce à revêtir avec des éléments de blindage unifiés à matériau composite. Si les dimensions de la surface à revêtir dépassent considérablement celles de l'élément de blindage unifié et si la charge d'usure est répartie irrégulièrement sur la surface de la pièce, on utilise plusieurs éléments de blindage avec des plaques métalliques 3 d'épaisseurs différentes, mais de section transversale constante sur toute la longueur de l'élément de blindage. Dans le cas où les dimensions de la surface à revêtir sont comparables à celles d'un élément de blindage unifié et si la charge d'usure est répartie irrégulièrement, on utilise des éléments de blindage avec une plaque métal lique 3 dont la section transversale est variable sur toute sa longueur, en accord avec l'épure de répartition de la charge d'usure. Les éléments de blindage unifiés à plaque métallique 3 en forme de coin (figures 3, 4) sont utilisés quand la charge d'usure varie uniformément. Les dimensions concrètes de la plaque métallique 3 et le profil de sa section transversale peuvent être établis théoriquement et expérimentalement . La seconde méthode est plus avantageuse en cas d'exploitation d'unités à longue durée de service, avec de fortes charges d'usure, telles que les appareils de chargement des hauts fourneaux. Le remplacement périodique des pièces usées des appareils de chargement au cours des réparations permet d'établir avec une précision suffisante le caractère de l'usure de chaque pièce concrète dans les conditions données et de choisir des dimensions et une configuration appropriées des plaques. La fabrication des éléments de blindage conformes à l'invention ne nécessite pas un équipement spécialement conçu et la méthode comprend les stades connus de la fabrication des éléments de blindage connus. La fabrication des éléments de blindage faisant l'objet de l'invention comprend une fermeture étanche de la gaine 1, son chauffage jusqu'à une température de 1150 + 500C, le brasage de la plaque 3 à la gaine 1; l'imprégnation, par exemple du carbure de tungstène placé dans la gaine 1, avec le métal liant en fusion. La résis- tance de la Jonction brasée plaque-gaine à l'arrachement atteint 44 à 46 kg/mm20 De la sorte, on obtient une interliaison par diffusion du matériau composite 2, de la surface intérieure de la gaine 1 et de la plaque 3. La solution technique, obJet de l'invention, permet - d'apporter une solution économiquement optimale aux problèmes de la fabrication industrielle en série des éléments de blindage unifiés à pseudo-alliage (matériau composite); - d'apporteur une solution au problème de l'utilisation rationnelle des matériaux super-résistants à l'usure, comateux et d'approvisionnement difficile; - d'utiliser des fours thermiques de dimensions relativement réduites, ce qui se traduit par une économie de gaz combustible et d'énergie électrique; - dans une série de cas, de réduire les sections utiles des pièces, grâce à la résistance mécanique et à la rigidité accrues des éléments de blindage unifiés conformes à l'invention, avec une plaque métallique liée par diffusion de la gaine de l'élément. Bien entendu, l'invention n' n' est nullement limitée aux modes de réalisation décrits et représentés qui n'ont été donnés 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 suivant son esprit et mises en oeuvre dans le cadre de la protection comme revendiquée. REVENDICATIONS 1.- Elément de blindage constitué par une gaine métallique sous forme d'un tube de section rectangulaire, remplie d'un matériau composite résistant à l'usure et li par diffusion à ladite gaine métallique, caractérisé en ce qu'il est prévu dans la gaine métallique une plaque métallique liée par diffusion à ladite gaine et audit matériau composite. 2.- Elément de blindage selon la revendication 1, caractérisé en ce que ladite plaque métallique a une section transversale constante suivant toute sa longueur. 3.- Elément de blindage selon la revendication 1, caractérisé en ce que ladite plaque métallique a une section transversale variable suivant toute sa longueur. 4.- Elément de blindage selon l'une des revendications 1 et 3, caractérisé en ce que ladite plaque métallique est en forme de coin.