Brevet FR2610318A1 — publié le 19880805

La présente invention se rapporte à un matériau en poudre pour pulvérisation à la flamme utilisé pour la réparation d'un four, en particulier d'un four à coke. Un matériau de pulvérisation à la flamme que l'on emploie usuellement pour la réparation d'un four à coke consiste principalement en SiO2 et contient A1203, Fe203, CaO, MgO, Na20, K20, etc..., comme cela est révélé par exemple dans la publication de la demande de brevet au Japon No 58- 33189. Ce matériau forme un revêtement vitreux lorsqu'il est pulvérisé sur la paroi d'un four à coke. La brique de silice dont la paroi du four est construite se dilate et rétrécit par suite du changement de température lorsque le four est chargé ou déchargé du coke. Le revêtement vitreux a la caractéristique de se dilater et de rétrécir avec la brique de silice, donc aucune fissure ne se produit entre la brique de silice et le revêtement. Cependant, le revêtement vitreux subit un changement de volume par suite de la cristallisation après une période prolongée d'utilisation. Par suite, en particulier, lorsque le revêtement vitreux se forme sur une grande partie de la paroi, le revêtement peut se fissurer et se séparer de la brique de la paroi. Par conséquent, il n'a souvent qu'une beaucoup trop courte durée de vie. La présente invention a pour objet de résoudre le problème de courte durée de vie résultant de la cristallisation lorsque le matériau de pulvérisation à la flamme à haute teneur en silice qui forme le revêtement vitreux ci-dessus mentionné est utilisé pour la réparation d'un four. La présente invention a été atteinte sur la base de l'idée essentielle que les problèmes de cristallisation du revêtement vitreux peuvent être surmontés si la cristallisation est contrôlée de manière appropriée. En d'autres termes, elle est basée sur la connaissance suivante: l'étude a été faite, relativement au temps, à partir du moment exactement après la pulvérisation et du rapport de cristallisation d'un revêtement formé par pulvérisation à la flamme sur une paroi en brique de silice maintenue à une température de 1000 C par un dispositif de pulvérisation à la flamme. Par suite, on a trouvé que si le revêtement a un rapport de cristallisation d'au moins 60% immédiatement après l'avoir formé, aucune plus ample cristallisation n'a un effet néfaste sur le revêtement. Plus concrètement, le matériau de pulvérisation à la flamme de la présente invention comprend 93,5 à 99,6% en poids de SiO2, pas plus de 1, 5% en poids de Ai203, moins de 2,0% en poids de CaO, pas plus de 1,0% en poids de Fe203 et 0,4 à 2,0% en poids de Na20 et a la caractéristique de cristalliser immédiatement après pulvérisation. Le matériau de pulvérisation à la flamme de la présente invention peut former un revêtement ayant un rapport de cristallisation d'au moins 60% immédiatement après l'avoir appliqué. Le revêtement ne subit aucune réduction sensible de volume par suite de la transformation de sa phase vitreuse en une phase cristalline. Par conséquent, des fissures ne se forment pas par suite de sa séparation de la paroi en brique, même s'il en couvre une grande surface. Le revêtement selon l'invention a une haute teneur en silice et est un matériau très cristallin. Sa possibilité de dilatation thermique est sensiblement égale à celle de la brique de silice qui est usuellement employée pour un four à coke, etc.... Par conséquent, le matériau de la présente invention peut produire le revêtement de réparation à longue durée de vie qui est très résistant à des changements répétés de température qui se produisent lorsque le four à coke est chargé et déchargé et l'écoulement du temps ne provoque aucune influence néfaste. Le matériau de la présente invention contient SiO2 afin de pouvoir former un revêtement qui est sensiblement de la même nature que la garniture de briques d'un four. Il doit contenir au moins 93,5% en poids de Si02 afin d'atteindre un rapport de cristallisation d'au moins 60%. Tout matériau contenant plus de 99,6% en poids ne permettra cependant d'obtenir qu'un rapport de cristallisation de moins de 60%. Par conséquent, le matériau de la présente invention doit contenir 93,5 à 99,6% en poids de SiO2. Le matériau de la présente invention contient également A1203 et CaO qui doivent former un revêtement qui est proche, en composition, de la brique de silice recouvrant le four. Tout matériau contenant plus de 1,5% en poids de Al203 est cependant si susceptible d'une vitrification qu'il ne peut former un revêtement ayant un rapport de cristallisation d'au moins 60% immédiatement après l'avoir formé. Le même problème résulte de tout matériau contenant plus de 2,0% en poids de CaO. Le matériau de la présente invention ne doit également pas contenir plus de 1,0% en poids de Fe203 afin de former un revêtement ayant un rapport de cristallisation de plus de 60%. Par ailleurs, Na20 est essentiel pour former un revêtement vitreux. Tout matériau contenant plus de 2,0% en poids de Na20 ne peut cependant former qu'un revêtement qui a une si faible propriété de réfractaire Z610318 qu'il devient trop mou pour pouvoir 8tre bien'mis en application. Un matériau ne contenant que moins de 0,4% en poids de Na20 n'est pas non plus souhaitable, car il ne peut former qu'un revêtement qui a un pouvoir réfractaire si élevé qu'il reste trop dur même à la chaleur. Par conséquent, la totalité du matériau de l'invention doit contenir 0,4 à 2,0% en poids de Na20. Le matériau de la présente invention peut être préparé en mélangeant les composants ci-dessus mentionnés et en ajustant la dimension de toutes les particules à un niveau ne dépassant pas 0,21mm. Afin d'aJuster la composition chimique dans la plage ci-dessus mentionnée, il est également souhaitable d'employer une combinaison appropriée de matières premières, comme de la silice fondue, du sable de silice, du minerai de silicate, de l'alumine, du silicate de sodium et de la brique de silice usée qui sont traités à la chaleur pour produire un mélange uniforme de la composition chimique. Le traitement thermique ci-dessus doit être effectué à une température d'au moins 500 C pour enlever l'eau de cristallisation des matières premières et les lier ensemble à la chaleur. La température doit cependant être maintenue en-dessous de 1000 C de manière qu'il ne puisse se produire une vaporisation excessive de Na20. Pour la raison ci-dessus, le traitement thermique doit être exécuté dans la plage de températures de 500 à 1000 C. L'invention sera maintenant décrite plus particulièrement en se référant à un exemple. Exemple. Un certain nombre de briques de silice de forme régulière, chacune mesurant 115mm sur 230mm sur 60mm, ont été placées dans un four ayant une température maintenue à 1000 C. On a pulvérisé, sur chacune des briques, une Z610318 grande variété de sortes de matériaux de pulvérisation à la flamme. La composition chimique-,de chaque matériau de pulvérisation est montrée au tableau. La pulvérisation de chaque matériau a été effectuéeen alimentant un bruleur de gaz de pétrole liquéfié à raison de 15Nm3/h et 02 à raison de 70Nm /h. Le matériau de pulvérisation a été fourni à raison de 50kg par heure. Le brûleur se déplaçait à raison de 4m par minute. Le bruleur avait une distance de 300mm de la surface de la brique de 115mm x 230mm. La pulvérisation a continué pendant environ 20 secondes pour chaque brique en formant, sur sa surface, un revêtement d'une épaisseur d'environ 20mm à proximité de son centre. Chaque échantillon du matériau de pulvérisation a été appliqué à six briques en silice de forme régulière. Trois d'entre elles ont été enlevées du four au bout d'une minute, cinq minutes et dix minutes respectivement après le revêtement par pulvérisation ci-dessus. On les a rapidement refroidies et le rapport de cristallisation du revêtement de chaque brique a été examiné. Les trois briques restantes ont été transférées dans un four ayant une température supérieure, de 1300 C, une heure après pulvérisation. On les a examinées au bout d'un mois, deux mois et trois mois respectivement. Plus particulièrement, l'examen a été fait de tout changement possible se produisant sur le revêtement, la présence de toute fissure entre le revêtement et la brique et toute séparation du revêtement et de la brique. Le rapport de cristallisation a été déterminé comme le rapport de la surface et de l'intensité obtenue par diffraction des rayons X. Chaque rapport montré au tableau 1 couvre un total de cristobalite et de tridymite. Une utilisation à l'essai dans un four à coke réel a été effectuée en se basant sur le résultat du test décrit au tableau en utilisant, comme matériau de pulvérisation, les numéros 8, 9 et 10 du tableau. Le revêtement formé par l'échantillon nc 8 s'est séparé de la paroi de briques du four au bout d'un an. Le revêtement formé par l'échantillon n 9 s'est séparé de la paroi au bout de six mois. Le revêtement formé par l'échantillon n 10, faisant partie du cadre de l'invention, ne s'est pas séparé de la paroi, même au bout d'un an et demi. TABLEAU _ -I -_..DTD: Echantillons 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 l 12 _______.__- - 4 __ _, SiO2 93,5 99,6 99,9 98,0 93,0 93,0 93,0 93,0 84,2 94,5 97,0 94,0 A1203 1,5 O O 0,5 2,0 1,5 1,5 1,5 4,5 1,0 0,6 1,6 Composition CaO 1,9 O O 0,5 2,0 2,0 2,5 2,0 7,2 1,6 1,0 1,6 Chimique % Fe203 1,0 O O 0,5 1,0 1,5 1,O 1,0 1,0 0,9 0,6 0,8 MgO 0 O C O 0,1 o O 0 1, 6 0,1 O 0,1 Na20 2,0 0,4 0,1 0,5 2,0 2,0 2,0 2,5 0,2 1,8 1,0 1,8 "2 O O O O O O O 0 1,3 0,1 O 0,1 Cristallisation,X Au bout de 1 mn 51 70 2 85 43 43 50 40 10 81 80 63 Au bout de 5 mn 57 80 7 89 49 49 53 44 15 83 84 68 Au bout de 10 mn 61 83 10 92 55 53 55 49 I18 85 86 72 Apparition Au bout de fissures de 1 mois NON NON OUI NON NON NON NON NON NON NON NON NON Au bout N N NO de 2 mois NON NON OUI NON NON NON NON NON OUI NON NON NON Au bout-a de 3 mois NON NON OUI NON OUI OUI OUI OUI OUi NON NON HON Echantillons Nos. 1, 2, 4 et 10 à 12 sont de la composition faisant partie du cadre de l'invention. REVEND I CATIONS 1. Matériau de pulvérisation à la flamme à haute teneur en silice, caractérisé en ce qu'il comprend 93,5 à 99,6% en poids de SiO2, 0 à 1,5% en poids de A1203, 0 à moins de 2,0% en poids de CaO, O à 1,0% en poids de Fe203, et 0,4 à 2,0% en poids de Na20. 2. Matériau selon la revendication 1, caractérisé en ce que tout lesdits SiO2, A1203, CaO, Fe203 et Na20 ont une dimension de particule de 0,21mm au maximum. 3. Procédé de fabrication d'un matériau de pulvérisation à la flamme à haute teneur en silice contenant 93,5 à 99,6% en poids de SiO2, 0 à 1,5% en poids de A1203, 0 à moins de 2,0% en poids de CaO, O à 1,0% en poids de Fe 203 et 0,4 à 2,0% en poids de Na20, caractérisé en ce qu'il consiste à: - mélanger un certain nombre de matières premières choisies parmi la silice fondue, le sable de silice, le minerai de silicate, l'alumine, le silicate de sodium et la brique de silice usée; et - chauffer leur mélange à une température d'au moins 500 C. 4. Procédé selon la revendication 3, caractérisé en ce que la température précitée est inférieure à 1000 C.