Brevet FR2570811A1 — publié le 19860328

[ Procédé de gunitage à travers une flamme avec mise en place de deux couches de produit à densités différentes. L'invention concerne la réparation du revêtement réfractaire d'un récipient métallurgique (notamment un convertisseur) par projection à travers une flamme d'un matériau de gunitage. On sait que le matériau de projection à travers une flamme doit contenir au moins deux types de constituants: un premier -le granulat principal, de même nature que celle du matériau composant le revêtement à réparer- qui demeure solide en traversant la flamme et qui constitue l'armature du produit projeté, et un second -le liant: ajout volontaire ou impuretés présentes dans le produit- qui sert de ciment au granulat principal. Le matériau est délivré sous forme de poudre à un brûleur qui est avantageusement un brûleur multidard tel que décrit dans la demande de brevet français n 8215461 au nom du Demandeur. Il a été observé que le comportement des couches projetées de manière classique n'est souvent pas satisfaisant lors de la remise en service du récipient suivant la projection: dans certains cas, le produit projeté se détache de la paroi, dans d'autres cas, il subit une forte corrosion chimique et une érosion mécanique. Le but de l'invention est de trouver un remède à la mauvaise tenue des couches projetées de manière classique. Ce but est atteint selon l'invention grâce au fait qu'on met en place deux couches superposées, la seconde couche ayant une densité plus forte que la première couche de manière à favoriser l'adhérence de la première couche au revêtement et la résistance de la seconde couche aux agressions chimiques et mécaniques. Les Inventeurs ont en effet découvert que la qualité de la couche projetée dépend étroitement de sa densité (et donc inversement, de sa porosité). Ils ont pu parvenir à montrer que lorsque la couche projetée est très dense, il n'y a pas de réaction entre le produit projeté et la couche de laitier subsistant sur le revêtement à réparer. Il s'ensuit que lors de l'affinage suivant la projection, la couche intermédiaire de laitier fond et entraîne le détachement de la couche projetée. Lorsqu'au contraire la couche projetée est poreuse il y a réaction et interdiffusion entre le laitier et la couche projetée ce qui assure à celle-ci une bonne adhérence. Malheureusement la porosité de la couche rend celle-ci vulnérable à la corrosion chimique et à l'érosion mécanique. Selon l'invention, on obtient un excellent comportement du produit projeté en commençant par projeter une couche poreuse, destinée à assurer l'adhérence, puis par dessus, une couche dense, destinée à assurer la résistance élevée à la corrosion et à l'érosion. Pour une bonne compréhension de l'invention, on rappelle qu'on désigne par porosité totale le rapport du volume des pores (ouverts et fermés) au volume apparent total (i.e. matière + pores). Pour les produits de gunitage à la flamme, la porosité est presque exclusivement ouverte. La densité apparente est le rapport de la masse du corps à son volume apparent. Pour un même matériau, densité apparente et porosité sont liées par la relation suivante: la densité apparente est égale au produit de la densité absolue par la différence 1-porosité. La porosité est une caractéristique géométrique indépendante de la nature du matériau, au contraire de la densité. En toute rigueur, il faut donc comparer les porosités et non les densités de divers produits. Toutefois, dans la suite de ce mémoire, compte-tenu du fait que les produits étudiés possèdent des densités absolues voisines, on recourra indifféremment à l'une ou l'autre notion. D'autres avantages et caractéristiques apparaîtront à la lecture de l'exposé qui va suivre, o il sera fait référence aux graphiques annexés qui représentent: - en figure 1, l'influence de la teneur en liant présent dans le produit projeté sur sa porosité. - en figure 2, le rôle de la puissance spécifique sur la 25708 11 densité et la porosité des couches projetées; - en figure 3, l'influence de la teneur en liant sur la densité des produits projetés; - en figure 4, la puissance nécessaire pour obtenir une densité donnée en fonction d'une teneur en liant. Les Inventeurs ont établi en figure 1 un graphique portant en ordonnée la porosité du produit projeté, exprimée en %, et en abscisse la teneur en liant exprimée en % par rapport au poids de granulat. Le graphique montre qu'il existe une relation directe de proportionnalité inverse entre la teneur en liant et la porosité. Des expériences réalisées en four expérimental ainsi qu'en poche à acier et en convertisseur ont permis de déterminer la relation entre la puissance spécifique (quantité de chaleur fournie par kilogramme de poudre de matériau de gunitage) et la densité ou inversement la porosité de la couche projetée. Le graphique de la figure 2 a été obtenu pour un produit à base de MgO, CaO, P205 contenant 7,5% de liant. Lorsque la puissance spécifique est voisine de O, la densité est celle du produit projeté à froid; sa valeur est proche de celle du produit en vrac (densité = 1,50 soit environ % de porosité). Lorsque la puissance spécifique croît, la densité augmente linéairement jusqu'à un maximum de 3,30 (soit environ 7% de porosité) pour une puissance de 6kW/kg puis se stabilise à cette valeur lorsque la puissance spécifique croît encore. Cette valeur de 3,30 représente en fait la valeur maximale possible que peut atteindre la densité qui est mesurée à froid; l'écart entre cette valeur et la densité théorique (3,55) du produit semble correspondre au retrait dû à la contraction volumique du produit lors de son refroidissement. Ainsi, pour ce type de matériau, il est inutile d'opérer avec une puissance spécifique supérieure à 6 kW/kg. La relation linéaire existant entre densité et puissance spécifique traduit le fait que lorsque cette dernière augmente (et que donc la concentration en particules dans la flamme diminue), le nombre de particules de liant atteignant leur température de fusion augmente en raison d'un meilleur échange thermique dans la flamme (convection) et entre particules (rayonnement). Pour accroître la densité, tout en réduisant la consommation en énergie, des essais ont été réalisés sur des produits possédant des teneurs variées en éléments de liaison. La figure 3 donne les résultats obtenus sur des produits contenant 2,5-7,5-12-15 et 20 % de liant. On constate, lorsque la teneur en liant croit, un décalage des maxima admissibles de puissance spécifiques vers les faibles valeurs: pour une densité de 3,30, le maximum est voisin de 7,3 kW/kg pour une teneur en liant de 2,5%, et n'est plus que de 3 kW/kg pour 20% de liant. En combinant ces données, il est possible de définir, pour un type de produit et en fonction de sa composition, la puissance spécifique nécessaire pour atteindre la valeur de densité d souhaitée (fig.4). Il ressort clairement de la figure 4 que pour de faibles valeurs de puissance spécifique, il suffit d'une faible variation de puissance (par variation du débit de poudre par exemple), pour entraîner une variation importante de densité, alors que pour des puissances plus élevées, une variation identique a des effets moins marqués sur la densité. Une première conclusion est qu'accroître la puissance spécifique est un bon moyen pour améliorer l'homogénéité des couches projetées, mais il se solde également par une augmentation du codt énergétique. Une seconde conclusion est qu'il est possible de procéder à la déposition conformément à l'invention, en faisant varier la puissance spécifique du brûleur et notamment en faisant varier le débit de poudre. Ainsi, dans sa forme de réalisation la plus avantageuse, le procédé de l'invention comprend les étapes suivantes: - avant projection, réchauffage de la paroi à réparer à l'aide du brûleur pour en éliminer le laitier superflu (si l 'épaisseur de laitier est supérieure à quelques millimètres), - en début de projection, mise en place d'une couche de quelques millimètres (avantageusement 5mm, épaisseur optimale pour permettre la diffusion suffisante du laitier sans compromettre la résistance de l'ensemble) de produit à porosité comprise entre 15 et 20% (un écart avec cette gamme conduit soit à des risques de décollement, soit à une usure plus rapide), - ensuite, projection d'un produit très dense (3,20 à 3,30), la différence de densité étant obtenue en faisant varier le débit de poudre dans le brûleur. L'épaisseur de cette deuxième couche est de 15 à 20mm en projection classique mais peut atteindre sans inconvénient 80 à lOOmm. REVENDICATIONS 1. Procédé de réparation du revêtement réfractaire d'un récipient métallurgique par projection à travers une flamme d'un matériau de gunitage, caractérisé en ce qu'on met en place deux couches superposées, la seconde couche ayant une densité plus forte que la première couche de manière à favoriser l'adhérence de la première couche au revêtement et la résistance de la seconde couche aux agressions chimiques et mécaniques. 2. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que la première couche a une porosité de 15 à 20% tandis que la seconde couche à une densité de 3,20 à 3,30. 3. Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 ou 2, caractérisé en ce que l'épaisseur de la première couche est d'environ 5 mm et celle de la seconde couche d'environ 15 à 20 mim. 4. Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 3, caractérisé en ce qu'on fait varier la densité des couches superposées en modulant la puissance spécifique de gunitage. 5. Procédé selon la revendication 4, caractérisé en ce qu'on fait varier la puissance spécifique de gunitage en faisant varier le débit de matériau de gunitage.