Brevet FR2605409A1 — publié le 19880422

Procédé et dispositif de contrôle de l'usure du revêtement réfractaire d'un récipient métallvrgique L'invention concerne le contrôle de l'usure du réfractaire d'un récipient métallurgique, tel que convertisseur, four électrique ou de tout autre type, poche, etc. Par contrôle de l'usure, on entendra ici aussi bien le suivi de l'usure proprement dite (érosion) que la détection des infiltrations de métal dans le réfractaire. On connaît déjà de nombreux systèmes de détection d'usure. Outre la détection visuelle, nécessairement insuffisante, les systèmes font appel à la détection par thermocouples (cf. FR-A-2 489 365), par indicateurs d'usure (cf. FR-A-2 033 308 et FR-A-2 379 798), par réflectométrie (cf. US-A-4 269 397). Ces systèmes ont pour inconvénient notamment d'imposer le perçage de la paroi réfractaire. D'autres systèmes font appel à la détection d'absorption de rayonnement gamma (cf.FR-A-2 343 996), ou de réflexion de rayon laser (cf.EP-A-0147964). Ces systèmes ont pour inconvénients d'être généralement coûteux (ils exigent un matériel élaboré et fragile) et de demander des temps de mesure assez longs (typiquement supérieurs à 10 minutes) impliquant l'immobilisation du récipient et donc des pertes thermiques. Par ailleurs, les systèmes de détection connus ne sont pas toujours fiables car des percées imprévisibles surviennent encore bien avant que le seuil limite (épaisseur minimum de réfractaire) soit atteint. Ces percées, très dangereuses pour le personnel, ont pour conséquence outre l'arrêt de production et la perte du métal, la destruction par le métal en fusion libéré, des matériels situés au voisinage du récipient. Le but de l'invention est de proposer une solution simple, fiable et peu coûteuse, permettant le contrôle permanent de l'usure du réfractaire et la détection instantanée d'une usure anormale (infiltration de métal), permettant de prendre les dispositions nécessaires pour éviter une percée. L'invention atteint son but grâce à un procédé selon lequel on mesure, de manière ponctuelle ou continue, la résistance électrique du revêtement pour obtenir une indication représentative de l'usure du revêtement. En effet, si un courant circule dans une paroi réfractaire de surface S, d'épaisseur H, de résistivité e, et dans laquelle existe un gradient de température, la résistance instantanée R est de la forme où h désigne l'abscisse (prise dans le sens de l'épaisseur) le long de laquelle se fait l'intégration. La résistance R est donc fonction de l'épaisseur H du réfractaire. Il suffit alors de connaitre la loi de variation de la résistance R en fonction de l'épaisseur et de la température (un étalonnage préalable le permet) pour déduire de la mesure de la résistance R l'épaisseur H du réfractaire. En cas d'usure anormale, si un conducteur (infiltration de métal) passe à travers le réfractaire, la résistance sera modifiée et tombera à zéro (court circuit). On voit donc que le système conforme à l'invention permet de détecter aussi bien l'usure normale que les infiltrations métalliques dans le réfractaire. Pour sa mise en oeuvre, le procédé de l'invention fait appel à un dispositif comprenant essentiellement des moyens de mesure de la résistance électrique du revêtement réfractaire. Dans un mode de réalisation préféré, ces moyens comportent au moins une électrode interposée entre la carcasse et le revêtement réfractaire du récipient métallurgique, une isolation électrique étant prévue entre la carcasse et l'électrode. L'électrode est de préférence constituée par une surface conductrice pleine ou évidée, métallique ou non, disposée en regard de tout ou partie des parois du récipient (aussi bien les parois latérales que le fond). Cette surface peut être d'une seule pièce, auquel cas on mesure une usure globale, ou bien en plusieurs parties isolées électriquement entre elles, ce qui permet de mesurer séparément l'usure du réfractaire en regard de chacune de ces parties et donc de localiser précisément une infiltration de métal ou une usure anormale. Un autre avantage de cette seconde solution est qu'on peut limiter l'utilisation de la surface conductrice aux seules zones sensibles du récipient. Avantageusement, la surface conductrice est un grillage métallique de maillage courant (type volière) à géométrie quelconque. De préférence, les mailles sont serrées. Ce grillage est posé lors du maçonnage du récipient : outre son faible coût, il présente l'avantage d'améliorer la cohésion du briquetage réfractaire. L'isolation électrique est avantageusement le carton d'amiante habituellement utilisé à titre d'isolant thermique entre la carcasse et le briquetage de sécurité. Des mesures ont en effet montré que le carton d'amiante est un isolant électrique jusqu'à environ 8000C. Un circuit de mesure, comportant une alimentation stabilisée et un ohmmètre, est placé entre la surface conductrice et un autre point de mesure qui peut être le bain métallique lui-même, ou, si l'on préfère un point de mesure indépendant du bain métallique, la carcasse à condition qu'un pontage électrique existe entre la carcasse et le bain métallique. Un tel pontage existe par construction sur certains types de récipients métallurgiques : ainsi, sur les récipients de type "première poche", le pontage est réalisé par l'intermédiaire des loups et du trous de coulée. Si nécessaire, on peut également réaliser ce pontage au moyen d'une barre métallique reliant la carcasse au bain. L'alimentation stabilisée est de préférence à bas voltage. La tension est fonction de l'étendue de la surface conductrice : à titre d'exemple une alimentation de 20 volts convient pour une poche de 240 tonnes de capacité. L'ensemble du dispositif peut être complété par un système de saisie et de traitement des valeurs mesurées. Les avantages du système de l'invention sont notamment les suivants Le système est peu coûteux en investissement. La mesure est instantanée et peut être faite en temps masqué (lorsque la poche est à la station d'affinage ou à la coulée continue). Le briquetage n'est ni percé ni modifié. Le système permet également de vérifier, avant la mise en service du récipient, si de l'humidité résiduelle subsiste dans le réfractaire et dans le carton d'amiante. En effet, si le séchage de l'intérieur du récipient n'est pas suffisant, le carton d'amiante peut encore être humide, donc conducteur d'électricité. Pour effectuer cette vérification, le récipient étant vide, il suffit de mesurer au moyen du dispositif selon l'invention, la résistance entre la carcasse et le grillage métallique. D'autres caractéristiques et avantages de l'invention ressortiront de la description ci-jointe d'un mode préféré de réalisation. Il sera fait référence aux dessins annexés sur lesquels la figure 1 est une coupe schématique d'un récipient métallurgique équipé du dispositif de contrôle de l'invention, les figures 2A et 2B représentent un schéma électrique respectivement réel et simplifié d'un premier type de montage des moyens de mesure, les figures 3A et 3B représentent un schéma électrique respectivement réel et simplifié d'un second type de montage des moyens de mesure, la figure 4 est une courbe d'étalonnage représentant l'évolution de la résistivité d'une nuance de réfractaire donnée en fonction de la température. On voit sur la figure 1 un récipient métallurgique 1, destiné à contenir un bain métallique liquide 2, et dont la paroi est constituée d'une carcasse métallique 3 et d'un revêtement intérieur réfractaire 4, lui-même composé en surface de briques d'usure 5 et en sous-face de briques de sécurité 6. Un isolant électrique, avantageusement un carton d'amiante 7 est interposé entre la carcasse 3 et le revêtement réfractaire 4 pour l'isolation thermique. Selon l'invention, une surface électroconductrice, constituée par exemple par un grillage 8, est interposée entre le revêtement réfractaire 4 et le carton d'amiante 7, sur au moins une partie de leurs surfaces en regard (ici sur la périphérie du récipient). I1 doit être précisé que les différents constituants de la paroi du récipient sont contigus : ils n'ont été représentés espacés sur la figure 1 que pour en faciliter la lecture. Selon un premier type de montage des moyens de mesure, on boucle le circuit entre la surface conductrice 8 et le bain liquide 2 par un circuit de mesure A comportant une alimentation stabilisée 9a et un ohmmètre 10a. Le schéma électrique correspondant est représenté Fig.2A avec les résistances R8,R4,R2 respectivement du grillage 8, du réfractaire 4 et de l'acier liquide 2, placées en série. Compte tenu de ce que les résistances R8 du grillage et R2 du bain d'acier sont négligeables devant celle R4 du réfractaire, le montage est sensiblement celui de la figure 2B, où l'ohmmètre îOa mesure directement la résistance du réfractaire. Selon un second type de montage des moyens de mesure, on boucle le circuit entre la surface conductrice 8 et la carcasse 3 par un circuit de mesure B comportant une alimentation stabilisée 9b et un ohmmètre lOb, la continuité électrique du circuit entre le bain d'acier 2 et la carcasse 3 étant assurée par un pont électrique llb, existant par construction ou bien prévu spécialement. Le schéma électrique correspondant est représenté fig.3A (R3 et R7 désignent les résistances respectives de la carcasse 3 et du carton d'amiante 7). Comme les résistances de la carcasse du grillage et de l'acier liquide sont négligeables devant celles du réfractaire et du carton d'amiante, le schéma électrique équivalent simplifié est celui de la figure 3B, où l'ohmmètre mesure les résistances R4 et R7 en parallèle.Des essais ont montré que la résistance du carton d'amiante 7 est suffisamment importante par rapport à celle du réfractaire 4 pour ne pas fausser la mesure de celle-ci. I1 est à noter que si le pontage électrique existe naturellement entre la carcasse et le bain d'acier, le premier montage doit faire intervenir la résistance du carton d'amiante et se trouve, après simplification, équivalent au montage de la figure 3B. Des essais ont par ailleurs montré que les deux types de montage donnent sensiblement la même résistance. Pour obtenir la valeur de l'épaisseur de revêtement à partir de la mesure de résistance, on réalise des mesures de résistivité des réfractaires utilisés pour les récipients métallurgiques, afin de les caractériser électriquement en fonction de la température et de la nuance. Ces mesures sont par exemple effectuées sur des échantillons calibrés placés dans un four régulé en température. On obtient ainsi des courbes telles que celle de la figure 4, montrant l'évolution de la résistivité en fonction de la température T pour une nuance donnée de brique. Les moyens de mesure de la résistance du réfractaire sont associés à des moyens de mesure de la température, de sorte qu'on détermine la résistivité du réfractaire et, de là son épaisseur. L'ensemble de ces moyens peut être associé à un ensemble électronique de calcul, dont la mémoire peut incorporer toutes les courbes d'étalonnage de réfractaire. L'invention telle que décrite en se référant aux récipients métallurgiques, s'applique aussi, bien entendu, aux autres récipients garnis de réfractaire, dès lors que le produit contenu solide ou liquide est-conducteur d'électricité. On citera pour exemples les fours à chaux, les fours d'incinération et les réacteurs chimiques. REVENDICATIONS 1. Procédé de contrôle de l'usure du revêtement réfractaire (4) d'un récipient métallurgique (1), caractérisé en ce qu'on mesure la résistance électrique dudit revêtement (4) pour obtenir une indication qu'on utilise comme paramètre représentatif de l'usure du revêtement (4). 2. Dispositif de contrôle de l'usure du revêtement réfractaire (4) d'un récipient métallurgique (1), caractérisé en ce qu'il comprend des moyens (8,9a,9b,10a,10b) de mesure de la résistance électrique dudit revêtement (4). 3. Dispositif selon la revendication 2, caractérisé en ce que lesdits moyens (8,9,10) comportent au moins une électrode (8) interposée entre la carcasse (3) du récipient et le revêtement (4), une isolation électrique (7) étant prévu entre l'électrode (8) et la carcasse (3). 4. Dispositif selon la revendication 3, caractérisé en ce que lesdits moyens comportent un circuit de mesure (A,B) comprenant une alimentation électrique (9a,9b) et un ohmmètre (10a,îOb). 5. Dispositif selon la revendication 4, caractérisé en ce que ledit circuit de mesure (A) est placé entre ladite électrode (8) et le bain métallique liquide (2) contenu dans le récipient. 6. Dispositif selon la revendication 4, caractérisé en ce que ledit circuit de mesure (B) est placé entre ladite électrode (8) et la carcasse (3), un pont électrique (lob) étant prévu entre la carcasse et le bain métallique. 7. Dispositif selon l'une quelconque des revendications 3 à 6, caractérisé en ce que ladite électrode (8) est constituée par une surface conductrice, de préférence un grillage, disposée en regard de tout ou partie de la paroi du récipient (1). 8. Dispositif selon l'une quelconque des revendications 3 à 7, caractérisé en ce que ladite isolation électrique (7) est constituée par un carton d'amiante.