Brevet FR2635791A1 — publié le 19900302

La presente invention concerne une nouvelle technique de réparer de fours industriels en service par lance mixte plasma-iniection. Le vieillissement de ses installations conjugué a un ralentissement de ses investissements pose a l'industrie cokiere internale probleme de la maintenance d'installations existantes,en fonctionnement ou en veilleuse.Le problème se pose notamment pour les pieds-droits des fours à coke, inaccessibles à une intervention directe en sous-oeuvre et dont l'appareil de maçonnerie réfractai re,constitue de briques de silice,peut présenter les défauts bien connus : ouverture de joint briques manquantes, zones écaillées usure. Une solution consiste a injecter a l'aide d'une lance appropriée a l'endroit a réparer,un mélange composé de poudre rétractaire (silice dans le cas des fours å coke) et d'une poudre exothermi que.Cette dernière fournit la chaleur nécessaire a la fusion du réfractaire injecté,au ramollissement du réfractaire a réparer et le soudage de l'un avec l'autre. La paroi réfractaire reconstituée est ainsi réputée avoir des ca ractéristiques voisines de celles du réfractaire d'origine. La difficulté de contrôle de la réaction exothermique limite la productivité de la technique dont la mise en oeuvre ne permet pas de, deposer plus de 25kg/heure. Selon notre invention,la chaleur nécessaire à la fusion partielle du réfractaire injecte(seule la fraction fine est fondue et joue le rôle de matrice pour le refractaire reconstitue),au ramollissement du réfractaire a réparer t au soudage de l'un avec l'autre est apportée par une torche a plasma fixée a I'extrémité d'u ne lance qui assure en même temps l'injection du mélange refrac- taire.Les deux fonctions de la-lance,apport de chaleur et injection de refractaire.sont indépendantes,rendant ainsi particuliè- rement aisee l'opération de dépôt. La torche d plasma utilisée est du type à arc soufflé, à la pres- sion atmosPherique,senFralement en plasma d'azote(on peut égale- ment utiliser un plasma d'argon,ou du mélange arson-hydrovene). Elle comprend une tuyère anode en cuivre et une cathode de tungsténe(voir figure).LS jet de gaz ionise se développe en pointe de cathode,gaine par une cruche limite chaude:une couche limite froide se développe sur les parois de l'anode et lorsqu'elle est suffisamment réchauffée permet le passage de l'arc électrique qui s'accroche sur la tuyère. Lorsque l'intensité croit la colonne d'arc tend a occuper tout le volume disponible. Les caractéristiques d'une torche de 50 kw peuvent être estimées comme ci-après: ampères 500 A voltage 100 V débit gaz plasma 5 m /h vitesse dépôt* 5-10 kg/h *depdt intégralement fondu Une torche de 250-500 kw équipant une lance selon notre invention permettrait des dépôts de 50-100 kg/h.vitesse de dépôt notablement plus élevée que celles des techniques existantes. Contrairement a la technique de revêtement par projection plasma très utilisée aujourd'hui,technique selon laquelle le dépbt est obtenu par fusion et accélération des particules injectées qui viennent s'écraser sur le support a revêtir (éventuellement refroidi),le substrat selon notre invention est porté a température de ramollissement-fusion.La poudre céramique réfractaire est ainsi injectée dans un creuset formé ou elle trouve la phase réfractaire liquide qui jouera le rôle de matrice du réfractaire reconstitué. La poudre réfractaire injectée a une composition chimique fixée par la nature du réfractaire a réparer;sa composition granulometrique est du type bimodale:la fraction la plus fine,de Sa 30% du total,a une granulométrie inférieure a 100 microns.Sa fusion rapide lui permet de former essentiellement le liant céramique fondu.La fraction plus grossière pouvant aller jusqu'a 2 mm as: sure quant å elle la majeure partie du réfractaire a reconstituer. La technique proposée permet ainsi l'obtention de vitesse de dé pbt élevée.la chaleur fournie étant utilisée essentiellement au soudage et a la formation d'une matrice complètement fondue. Notre invention associe donc portés par une lance appropriée: -une torche a plasma,source de chaleur permettant le soudage des matériaux d'apport au matériau å réparer et la formation d'un une phase liquide réfractaire qui joue le rôle de matrice du réfractaire reconstitué. -un dispositif d'injection de poudre réfractaire (du type "appareil å guniter". La technique décrite selon notre invention est applicable a tous types de.fours et toutes natures de réfractaires. Elle peut notamment être utilisée pour la réalisation d'éléments réfractaires composites associant plusieurs refractaires de natures et de compositions differentes.Ainsi un élément réfrac- re percé pour permettre le passage d'un matériau liquide d haute température (métal,laitier,verre) peut etre réalisé avanta- geusoment grace a notre invention. tla pièce support percée étant fabriquée classiquement en silico-alumineux et la paroi interne de l'ajutage de coulée étant revêtu suivant la technique propo sée d'un matériau à hauté refractairié,zircone par exemple. Légende des figures selon la description: Figure n-1 DISPOSITIF DE LANCE PLASMA-INJECTION 1 Circuit d'eau de refroidissement de la tete de lance 2 alimentation électrique 3 réservoir et alimentation en gaz plasmagène et inJection 4 trémie a poudre réfractaire 5 corps de lance Plasma-iniection 6 tête de lance plasma-injection (voir detail) Figure n02 TETE DE LANCE PLASMA-INJECTION (détail). 7 tuyére 8 cathode 9 injecteur gaz 10 refroidissement cathode 11 refroidissement tuyère REVENDICATIONS 1Procédé de réparation de fours industriels à chaud(en service) et/ou à froid ar une lance mixte plasma-injection projetant un mé lange, composé de poudres réfractaires sur une paroi réfractaire a réparer, caractérisé par le fait que l'apport de chaleur néces saire à la fusion du réfractaire injecté, nécessaire au ramollisse ment du réfractaire à réparer et au soudage de l'un avec l'autre, est assuré par une lance mixte plasma-injection. 2,Le dispositif de plasma-injection (fig. 1) selon la revendication 1 est caractérisé en ce qu'il comporte:un circuit d'eau de refroidis sement de la tete de lanceçl),une alimentation électrique(2),un ré servoir et alimentation en gaz plasmagène et injection(3),une tré mie à poudre réfractaire(4),un corps de lance plasma-injection(5), et une tête de lance plasma-injection(6). 3,La tête de lance plasma-injection (fig.2) utilisée selon la reven dication 2,est caractérisée en ce qu'elle comporte, une tuyère(7), une cathode (8),un injecteur de gaz(9),un refroidissement cathode et un refroidissement tuyère(10 et 11). La lance Plasma-injection assure ainsi en même temps, ce qui rend particulièrement aisé le dépôt, les deux fonctions:apport de chaleur et injection du mélanose réfractaire. 4,Dispositif selon les revendications 1 à 3,caractérisé en ce que la torche plasma utilisée est une torche à arc soufflé à pression at mosphérique,à gaz plasmagène de composition appropriée(plasma d'azo te,argon,argon-hydrogène, 5 ~ Dispositif selon les revendications 1,2,3 et 4 caractérisé par le fait que l'on associe dans une lance appropriée, une torche plasma, source de chaleur, permettant le soudage des matériaux injectés au au matériau à réparer et la formation d'une phase liquide,qui joue le rôle de matrice pour le réfractaire reconstitué et un dispositif d'injection de poudre analogue à un appareil à guniter. 6~ Procédé selon la revendication 1 caractérisé en ce que le réfrac taire à injecter a une composition fixée par la nature du réfrac ta ire du four à réparer 7 ~Procédé selon les revendications 1 et 6 caractérisé par une compo sition granulométrique du réfractaire injecté de type bimodale,sa fraction la plus fine(5-30%) ayant une granulométrie de 100 microns pour qu'une fusion rapide lui permette de former le liant céramique fondu,sa fraction la plus grossière ayant une granulométrie jusqu'a 2mm,assurant la majeure partie du réfractaire à reconstituer. 8~ Procédé selon des revendications l à 7 caractérisé par le fait qu' il peut s'appliquer à la réparation de parois chaudes ou froides, ou stappliquer au formage d'éléments réfractaires composites. Si, Procedé selon des revendications l à 8 caractérisé par le fait que la chaleur nécessaire est fournie par une torche à plasma sans qu' intervienne l'oxydation de poudres métalliques(Al,Mg,Si,Zri et des réactions exothermiques coûteuses et difficilement controlables qui limitent la vitesse de dépôt du réfractaire.