Brevet FR2648387A1 — publié le 19901221

1. Procédé de réparation par soudure céramique La présente invention se rapporte à un procédé de réparation par une technique de soudure céramique. Des procédés de réparation par une technique de soudure céramique s'utilisent entre autres pour réparer des structures réfrac- taires chaudes, par exemple différents types de fours, et elles permettent la répara- s tion d'éléments réfractaires érodés (pourvu qu'ils soient accessibles) tandis que ces éléments et la structure dont ils font partie sont substantiellement à leur tempéra- ture de travail et dans certains cas, même. lorsque la structure est en fonctionnement. Dans les procédés de soudure céramique. de la poudre réfractaire, de 0 la poudre combustible et du gaz oxydant sont projetés contre l'endroit à réparer et le combustible brûle de manière que la poudre réfractaire soit fondue ou ramollie au moins partiellement et une masse réfractaire de réparation est progressivement formée à l'endroit de la réparation. Le combustible utilisé est de nature telle qu'il peut par combustion former un oxyde réfractaire, et consiste typiquement en silicium et/ou en aluminium quoiqu'on puisse utiliser d'autres matières telles que du magnesium. La poudre réfractaire est typiquement choisie de manière que la composition chimique de la masse de réparation soit aussi proche que possible de la composition du réfractaire à réparer. quoiqu'elle puisse en différer, par exemple de manière à déposer un revêtement de plus grande réfractarité sur la structure de base. Dans la pratique usuelle, les poudres combustible et réfractaire sont proje- tées au movyen d'une lance sous forme d'un mélange dans un courant de gaz porteur oxydant. En raison de la chaleur intense libérée par la combustion des poudres combustibles qui forment des oxydes réfractaires, à ou près de la surface à réparer. cette surface ramollit ou fond également et il en résulte que la masse de répara- tion. qui est elle-même largement fondue, adhère fermement à la surface à répa- rer. et on obtient des résultats de réparation efficaces et durables. Une description de cette technique de réparation par soudure céramique peut être trouvée dans le brevet britannique N' 1 330 894. Ces techniques connues donnent de très bons résultats lorsqu'elles sont appliquées à des surfaces importantes de murs plans. telles que celles rencon- trées dans des fours à coke ou des voûtes de fours de verrerie, et on peut aussi s'en servir pour réparer des ouvertures assez importantes dans des parois telles que des niches d'enfournement ou des passages de brûleurs de fours de fusion de verre. Par un choix approprié de l'extrémité de la lance, de telles techniques peuvent être adaptées à la réparation d'ouvertures plus petites. telles que des trous de coulée, par exemple, de fours d'aciérie basiques à oxygène. qui ont typiquement s un diamètre d'environ 20cm (voir par exemple la demande de brevet britannique N 2 144 055 A). On rencontre cependant un problème dans la réparation de parois réfractaires qui contiennent des ouvertures plus petites, par exemples inférieures à cm. o il n'est pas réellement praticable d'insérer une lance dans l'ouverture avec suffisamment d'espace pour la manipuler de manière à effectuer la répara- tion. Des exemples caractéristiques de ces petites ouvertures sont des ouvertures de tuyères pour l'introduction d'air ou d'autres gaz, ou encore de matière pulvéru- lente telle que de la poudre de carbone, dans des enceintes pour différents usages, telles que des convertisseurs de cuivre, de zinc ou d'autres métaux, des fours l5 d'aciérie basiques à oxygène. des hautsfourneaux, des blocs de brûleurs à gaz (par exemple des brûleurs latéraux) dans des fours de verrerie et des ouvertures sub- mergées prévues pour l'introduction d'électrodes dans une masse fondue, par exemple dans un four de verrerie ou pour faire bouillonner un gaz dans une masse fondue. Il est un fait qu'en raison de l'agitation de la masse fondue par l'introduc- tion de gaz ou d'une autre matière. ou par la concentration de courant élecrique à l'endroit des ouvertures, les surfaces de la paroi réfractaire avoisinant immédiate- ment de telles ouvertures sont malheureusement souvent parmi les plus facilement érodées du four. Un des objets de la présente invention est de fournir une technique de soudure céramique qui permet de réparer efficacement de telles zones. La présente invention se rapporte à un procédé de réparation par une technique de soudure céramique d'une paroi réfractaire érodée percée d'une ou de plusieurs ouverture(s), caractérisé en ce que, dans la ou chaque ouverture, on dispose une pièce de forme substantiellement complémentaire de la forme que doit prendre l'ouverture après réparation de manière que cette pièce dépasse de la paroi réfractaire d'une distance au moins égale à la profondeur locale de l'érosion. une telle pièce de forme complémentaire étant constituée de manière à résister aux températures qui règnent lors de l'utilisation de la technique de soudure céramique, en ce qu'une masse réfractaire de réparation voulue est formée, par soudure céramique. et adhère à la paroi érodée en entourant la ou les dite(s) pièce(s) de forme complémentaire tout en laissant la ou les extrémité(s) de celle(s)-ci exposée(s). et en ce que la ou les dite(s) pièce(s) de forme complémen- 3. taire est ou sont ensuite retirées de la ou des ouverture(s) réparée(s). Un tel procédé permet de réparer efficacement et rapidement une paroi réfractaire érodée percée de telles ouvertures. En particulier, une telle technique permet de former une masse réfractaire de réparation de telle manière que les ouvertures ne soient pas colmatées par la masse de réparation. Ceci est particulièrement important, parce que. pour dégager une ouverture colmatée qui est relativement longue et étroite, compte tenu de la résistance mécanique de la masse de réparation elle-même, il serait nécessaire d'utiliser une technique de perçage à percussion, et ceci conduirait nécessairement à un risque de fissure de la réparation autour de l'ouverture. ce qui irait à l'encontre d'une bonne durée de vie de la réparation. Le retrait de la pièce de forme complémentaire laisse une ouver- ture dont la dimension est bien délimitée par cette pièce. Ceci est particulièrement avantageux dans le cas d'ouvertures de tuyères, o la dimension et la forme de l'ouverture sont importantes pour déterminer l'écoulement d'un gaz, et dans le cas d'ouvertures pour électrodes ou pour tuyères par exemple, o une dimension et une forme bien définies de l'ouverture facilitent l'ouverture autour de l'electrode ou de la tuyère. Le choix de la composition des pièces de forme complémentaire est particulièrement important. Il ne suffit pas d'utiliser simplement n'importe quel tube qui tomberait sous la main. En raison des températures très élevées atteintes dans la réaction à l'endroit de la réparation, les extrémités des pièces de forme complémentaire qui dépassent qui ne seraient pas suffisamment résistantes peu- vent être simplement fauchées comme des brins d'herbe lorsque la réaction se produit, ce qui nécessiterait de nouveau de repercer l'ouverture. Dans certaines formes préférées de réalisation de l'invention, la dite pièce de forme complémen- taire est une pièce d'acier ou de carbone réfractaire. Des pièces en acier, particu- lièrement en acier inoxydable. peuvent présenter une réfractarité et une conducti- bilité suffisantes pour que les parties qui dépassent ne soient pas détruites pendant l'opération de soudure céramique. Des pièces de carbone réfractaire peuvent également résister aux températures dégagées par la réaction de soudure cérami- que. Une telle pièce de carbone peut être en graphite réfractaire. ou elle peut être en charbon de cornue. Dans le cas de la réparation d'une paroi percée de trous destinés à des électrodes de carbone, il peut être approprié d'utiliser une électrode de carbone usagée en tant que pièce de forme complémentaire. Dans d'autres formes préférées de réalisation de l'invention, la dite pièce de forme complémentaire est une structure tubulaire en acier. Lorsqu'on utilise une telle structure tubulaire en acier, de préférence, on y fait circuler du 4. fluide réfrigérant. Il est surprenant que le refroidissement de la structure tubulaire n'ait pas un effet nuisible sur la structure de la masse de réparation et sur sa liaison avec la structure réfractaire de base qui entoure l'ouverture. Une forme préférée de réalisation de l'invention sera maintenant décrite à titre d'exemple. en se référant au dessin schématique annexé qui est une coupe transversale d'une paroi réfractaire subissant une réparation par une technique de soudure céramique selon l'invention. Le dessin représente une coupe transversale d'une paroi 1 d'un convertisseur de cuivre, la coupe étant prise la long d'une ligne de tuyères 2. En cours d'utilisation, la ligne de tuyères a été érodée et forme une rigole 3 dans la face intérieure de la paroi 1. Selon l'invention, en vue d'effectuer la réparation par une technique de soudure céramique, on insère dans chaque ouverture de tuyère 2 une pièce de forme complémentaire 4. De telles pièces peuvent être cylindriques, coniques ou partiellement coniques, et elles peuvent être de section cylindrique ou elliptique, ou de toute autre forme appropriée pour s'adapter aux ouvertures 2 et les boucher substantiellement. Dans le dessin, la pièce inférieure est représentée sous forme d'une pièce pleine 5 qui peut être en acier, par exemple en acier inoxydable ou en carbone réfractaire, par exemple en graphite réfractaire. La pièce supérieure est représentée sous la forme d'une structure tubulaire en acier 6, ) de préférence en acier inoxydable. comprenant des tubes concentriques intérieur 7 et extérieur 8, la structure 6 ayant une entrée 9 et une sortie 10 pour la circulation de fluide réfrigérant tel que de l'eau. Dans un exemple pratique spécifique, pour réparer un convertisseur de cuivre. le tube extérieur 8 a un diamètre de 42 mmn. Une lance 11 comprend trois tubes concentriques 12, 13, 14 qui, ensemble, constituent une chemise d'eau entourant le tube intérieur 12 de la lance duquel on projette, dans un gaz porteur riche en oxygène, un courant 15 de poudre de soudure céramique. La poudre est un mélange de particules combustibles et de particules réfractaires et le combustible dans le mélange s'allume quand il entre en contact avec la paroi chaude 1. au site de réparation, de sorte que le combustible brûle dans une zone de réaction 16 pour déposer une masse de réparation 17 à l'endroit voulu. La masse de réparation 17 est formée progressivement en déplaçant la lance sur l'endroit à réparer, et comble éventuellement la rigole 3, restaurant ainsi la paroi 1. Si la surface intérieure de la paroi 1 n'est pas suffisamment chaude pour provoquer l'auto-allumage du combustible dans le courant de poudre 15, on peut utiliser des moyens d'allumage auxiliaires. Conformément à la pratique dans la technique de soudure céramique. la vitesse du courant de poudre 15 est mainte- 5. nue à un niveau plus élevé que la vitesse de propagation de la réaction de manière que la zone de réaction soit confinée contre le site de la réparation. Les pièces de forme complémentaire 4, qui sont capables de résister aux températures créées dans la zone de réaction 16, dépassent de la rigole 3 de manière à rester exposées lorsque le travail de réparation est terminé. Après achèvement du travail de réparation, ces pièces de forme complémentaires 4 sont retirées des ouvertures de tuyère 2 en laissant des ouvertures bien délimitées dans lesquelles des tuyères peuvent être introduites si on le désire pour injecter de l'air dans le convertisseur. r) Suivent différents exemples spécifiques de poudres de soudure céramique pour réparation de réfractaires. EXEMPLE 1 On désire réparer une paroi réfractaire contenant des briques zirconi- fères percées d'une ouverture d'introduction d'un brûleur à gaz dans un four de s fusion de verre. De telles briques zirconifères contiennent environ 30% de ZrO2 et 50% d'A1203 en poids. Cette ouverture est, lorsqu'elle est nouvelle, de forme partiellement cylindrique (diamètre d'environ 60mm) et partiellement tronco- nique. Une pièce de forme complémentaire, constituée d'une structure refroidie à l'eau telle que représentée en 6 dans le dessin, est insérée dans l'ouverture dont le 2o pourtour doit être réparé, et on choisit une poudre de soudure céramique appro- priée. La poudre comprend en poids 35% de ZrO2 et 53%c d'AI,03 en tant que réfractaire et 8%cc de silicium et 4%,c d'aluminium en tant que combustible. La poudre de silicium a une dimension nornminale maximum de grain de 10pm et une surface spécifique (mesurée par la méthode de perméamétrie à l'air au moyen de l'appareil de Rigden) d'environ 4000cm2/g. La poudre d'alumirnium a une dimen- sion moyenne de grain inférieure à 10pm et une surface spécifique (mesurée de la même manière) d'environ 6000cm"/g. Les particules réfractaires ont une dimen- sion de grain comprise entre 50pm et 500(am. Le mélange est projeté à raison de 0,5kg/min dans un courant d'oxygène en tant que gaz porteur sous un débit de 160L/min contre d'endroit à réparer qui se trouve à une température supérieure à 1000C, pour former une masse de réparation compacte et adhérente. En variante, une pièce cylindrique pleine est utilisée pour éviter le colmatage de l'ouverture par le processus de réparation. Suivent maintenant deux exemples spécifiques de poudres de soudure céramique appropriées à la réparation de réfractaires chrome-magnésie pour des ajutages de tuyères d'un convertisseur de cuivre (contenant par exemple 50c- MgO et 23.5% Cr,0O3) alors que ces réfractaires sont à une température d'environ 6. 10000 C. EXEMPLE 2 La poudre comprend en poids 88%C de brique usagée chrome- magnésie broyée en tant que réfractaire avec 12%î d'aluminium en tant que combustible. La poudre combustible d'aluminium a une dimension nominale maximum de grain de 45pm et une surface spécifique (de nouveau mesurée par perméamétrie à l'air) supérieure à 3000cm2/g. Les particules réfractaires traver- sent toutes un tamis de 2mm de maille. EXEMPLE 3 In La poudre comprend en poids 12%7 d'aluminium en tant que combus- tible avec 40%c d'oxyde chromique et 48% de magnésie en tant que réfractaire. La poudre combustible d'aluminium a une dimension nominale maximum de grain de pm et une surface spécifique (de nouveau mesurée par perméamétrie à l'air) supérieure à 3000cm-/g. Les particules réfractaires traversent toutes un tamis de 2mm de maille. De manière appropriée, de tels mélanges de poudres sont acheminés sous un débit de 70 à 120 kilogrammes par heure dans un courant d'oxygène sous un débit de 50 à 500 Nm3 par heure. 7. Revendications 1. Procédé de réparation par une technique de soudure céramique d'une paroi réfractaire érodée percée d'une ou de plusieurs ouverture(s), caracté- risé en ce que, dans la ou chaque ouverture, on dispose une pièce de forme substantiellement complémentaire de la forme que doit prendre l'ouverture après s réparation de manière que cette pièce dépasse de la paroi réfractaire d'une distance au moins égale à la profondeur locale de l'érosion, une teUe pièce de forme complémentaire étant constituée de manière à résister aux températures qui règnent lors de l'utilisation de la technique de soudure céramique, en ce qu'une masse réfractaire de réparation voulue est formée, par soudure céramique, I( et adhère à la paroi érodée en entourant la ou les dite(s) pièce(s) de forme complémentaire tout en laissant la ou les extrémité(s) de celle(s)-ci exposée(s), et en ce que la ou les dite(s) pièce(s) de forme complémentaire est ou sont ensuite retirées de la ou des ouverture(s) réparée(s). 2. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que la dite 1.5 pièce de forme complémentaire est une pièce d'acier ou de carbone réfractaire. 3. Procédé selon la revendication 1. caractérisé en ce que la dite pièce de forme complémentaire est une structure tubulaire en acier. 4. Procédé selon la revendication 3, caractérisé en ce que du fluide réfrigérant circule dans une telle structure tubulaire. 5. Procédé selon l'une des revendications 2 à 5, caractérisé en ce que le dit acier est de l'acier inoxydable.