Brevet FR3121139A1 — publié le 20220930

Procédé de réparation à chaud d’une région d’une cuve d’un four de verrerie, dite « région à réparer », au moyen d’un produit de réparation (P), ledit procédé comportant les étapes suivantes, à une température supérieure à 300°C : a) définition d’un espace de réception dans la région à réparer, dit « région à remplir », la région à remplir (10) comportant un fond (12 ; 12’) ; b) nappage dudit fond, la durée du nappage, depuis le début de l’introduction du produit de réparation dans la région à remplir jusqu’à l’instant où ledit fond est complètement recouvert par du produit de réparation, durant moins de 14 minutes ; c) remplissage de la région à remplir avec le produit de réparation, la vitesse de montée (V) du produit de réparation dans la région à remplir étant, à tout instant pendant ladite étape de remplissage, supérieure ou égale à 3 mm/min. Pas de figure d’abrégé PROCEDE DE REPARATION D’UNE CUVE DE FOUR DE FUSION DE VERRE La présente invention est relative à un procédé de réparation d’une cuve d'un four de fusion de verre. Art antérieur L'industrie du verre utilise généralement, pour la construction de ses fours, des produits réfractaires fondus et coulés, ou obtenus par frittage, très résistants à la corrosion par le verre en fusion, et se présentant sous la forme de blocs ou de dalles. Le verre en fusion est très corrosif et les produits réfractaires, en particulier ceux constituant la cuve de fusion, subissent une usure importante, pouvant conduire à la création de fuites de verre en fusion. Ces fuites sont dangereuses et peuvent entraîner un arrêt du four. Afin d’augmenter la durée de vie du four, le verrier peut être amené à réaliser des réparations à chaud. Une réparation à chaud permet avantageusement de limiter considérablement la durée d’interruption de l’exploitation du four. EP 3 268 328 B1 décrit un produit pour réparer des fours de fusion de verre ainsi qu’un procédé de réparation à chaud d’une région d’un four de fusion de verre, en particulier la sole. EP 0 739 861 B1 décrit également un procédé pour réparer des fours de fusion de verre. Suivant ce procédé, des couches d’un produit de réparation sont superposées dans les régions à remplir. Par ailleurs, des produits sont également utilisés pour réparer des fours d'élaboration de métaux. Les contraintes mécaniques dans cette application sont cependant très différentes de celles rencontrées dans l'application à un four de verrerie. Les conditions de corrosion des fours par un verre ou par un métal en fusion sont également très différentes. Enfin, certaines impuretés, tolérées dans les fours d'élaboration des métaux, sont inacceptables pour la fabrication de verre. En particulier, les matériaux réfractaires utilisés dans les fours de verrerie ne doivent pas générer de lâcher de pierres par morcellement, ni produire de bulles. Un produit de réparation destiné à un four d'élaboration de métaux n'est donc pas, a priori , utilisable pour un four de verrerie, en particulier dans une zone en contact avec le verre en fusion. Avec les procédés actuels, la région réparée reste fragile. La durée de vie de la cuve est donc limitée. Il existe ainsi un besoin permanent pour des solutions permettant d’allonger la vie de la cuve réparée. La présente invention vise à satisfaire, au moins partiellement, ce besoin. L’invention propose un procédé de réparation à chaud d’une région d’une cuve d’un four de verrerie, dite « région à réparer », au moyen d’un produit de réparation, ledit procédé comportant les étapes suivantes, à une température supérieure à 300°C, de préférence supérieure à 400°C, de préférence supérieure à 500°C, de préférence supérieure à 600°C, de préférence supérieure à 700°C, de préférence supérieure à 800°C, de préférence supérieure à 900°C, et de préférence inférieure à 1350°C, de préférence inférieure à 1300°C : a) définition d’un espace de réception dans la région à réparer, dit « région à remplir », la région à remplir comportant un fond ; b) nappage dudit fond, la durée du nappage, depuis le début de l’introduction du produit de réparation dans la région à remplir jusqu’à l’instant où ledit fond est complètement recouvert par du produit de réparation, étant inférieure à 14 minutes ; c) remplissage, de préférence par coulage, de la région à remplir avec le produit de réparation, la vitesse de montée du produit de réparation dans la région à remplir étant, à tout instant pendant ladite étape de remplissage, supérieure ou égale à 3 mm/min. A l’étape c), tout volume élémentaire de la région à remplir considéré, par exemple tout volume cubique de 1 cm de côté, est ainsi rempli à une vitesse de montée supérieure ou égale à 3 mm/min. Comme on le verra plus en détail dans la suite de la description, le procédé de réparation selon l’invention permet, de manière surprenante, d’obtenir un allongement de la durée de vie de la région de la cuve réparée. En particulier, les inventeurs ont découvert qu’une vitesse de montée et une durée de nappage ainsi contrôlées confèrent à la région réparée une porosité ouverte plus faible et une résistance mécanique, notamment une résistance à la compression, plus élevée qu’avec les procédés antérieurs. Ils ont également découvert que la microstructure de la région réparée suivant un procédé selon l’invention est dépourvue de strates, ce qui pourrait expliquer les performances obtenues. Dans un souci de clarté, on distingue la région du four nécessitant d’être réparée, ou « région à réparer », et la région qui, à l’étape de remplissage, est remplie de manière contrôlée, c'est-à-dire la « région à remplir ». En effet, si dans un mode de réalisation la région à remplir se confond avec la région à réparer, la région à réparer peut être alternativement cloisonnée afin de définir plusieurs régions à remplir de surfaces plus petites. Un procédé selon l’invention peut encore comporter une ou plusieurs des caractéristiques optionnelles et préférées suivantes : la vitesse de montée varie, pendant ladite étape de remplissage, entre une vitesse minimale et une vitesse maximale, la différence entre ladite vitesse maximale et ladite vitesse de montée minimale étant inférieure à 15 mm/min ; la vitesse de montée du produit de réparation est, à tout instant pendant ladite étape de remplissage, supérieure à 7 mm/min, de préférence supérieure à 12 mm/min, et/ou inférieure à 80 mm/min ; la durée de l’étape de nappage est de préférence inférieure à 10 minutes, de préférence inférieure à 8 minutes ; la région à remplir présente une surface inférieure ou égale à 25 m 2 , de préférence inférieure à 16 m 2 , et/ou une surface supérieure ou égale à 3 m 2 ; à l’étape b) et/ou à l’étape c), de préférence à l’étape b) et à l’étape c), le produit de réparation est introduit dans la région à remplir avec un débit supérieur à 0,02 m 3 /min et inférieur à 0,60 m 3 /min ; pendant l’étape c) de remplissage, le produit de réparation est acheminé jusqu’à la région à remplir par pompage, de préférence avec une pression d'aspiration inférieure ou égale à 180 bar ; la région à remplir est définie - par la surface de la cuve dans la région à réparer et/ou - par une ou plusieurs cloisons de compartimentation rapportées dans la région à réparer ; les cloisons de compartimentation définissent, seules ou en combinaison avec la surface de la cuve dans la région à réparer, une région à remplir incluse dans la région à réparer ; à l’étape a), la région à réparer est divisée en une pluralité de compartiments, la région à remplir étant un desdits compartiments ; le procédé comporte une pluralité de cycles d’étapes b) et c) afin de remplir chacun desdits compartiments, chaque compartiment constituant une dite région à remplir. L’invention concerne également un procédé de réparation à chaud d’une cuve contenant initialement un bain de verre en fusion en contact avec la région à réparer comportant les étapes suivantes : 1) vidange, au moins partielle, dudit verre en fusion hors de la cuve, de manière à exposer ladite région à réparer ; 2) de préférence, rinçage de ladite région à réparer ; 3) réduction de la température dans le four ; 4) mise en œuvre des étapes a) à c) ; 5) de préférence, augmentation et maintien de la température du four entre 900°C et 1400°C afin de fritter le produit de réparation ; 6) introduction d’une composition de verre à fondre dans la cuve et augmentation de la température du four jusqu’à une température de fonctionnement conduisant à la fusion de ladite composition. L’invention concerne également un four de fusion de verre comportant une cuve comportant au moins une région réparée, de préférence réparée selon un procédé selon l’invention, ladite région réparée étant en un produit, de préférence fritté, présentant une microstructure non-stratifiée. De préférence, le produit de la région réparée est fritté. De préférence, le produit fritté de la région réparée présente : - une porosité ouverte inférieure à 40%, de préférence inférieure à 35%, de préférence inférieure à 30%, et/ou - une résistance à la compression à froid supérieure à 30 MPa, de préférence supérieure à 40 MPa, de préférence supérieure à 50 MPa, de préférence supérieure à 55 MPa. Brève description des figures D’autres caractéristiques et avantages de l’invention apparaitront encore à l’examen de la description qui va suivre et au regard du dessin annexé dans lequel : - la représente schématiquement, en perspective, une cuve présentant deux régions à réparer ; - la représente schématiquement, en perspective, une région à réparer compartimentée ; - la représente schématiquement, une région à remplir en cours de remplissage. Définitions Par souci de clarté, on distingue le « produit de réparation » qui est le produit qui est mis en place à l’étape de remplissage, et le « produit fritté » qui est le produit résultant du frittage du produit de réparation après l’étape de remplissage. On appelle classiquement « cuve » d’un four de fusion de verre l’ensemble composé de la sole et des murs latéraux, gorge comprise, destiné à être en contact avec le verre en fusion lors de la fusion des matières premières. La sole de la cuve définit le fond sensiblement horizontal de la cuve et les murs verticaux, sensiblement verticaux, ceinturent le fond. Les murs latéraux de la cuve et/ou des cloisons de compartimentation installées sur la sole peuvent délimiter l’étendue du fond de la région à remplir. On considère que la longueur et la largeur de la région à remplir sont le grand axe et le petit axe de la plus grande ellipse pouvant être incluse dans l’ouverture intérieure (c'est-à-dire l’ouverture qui débouche vers l’intérieur de la cuve), de la région à remplir. La profondeur est la plus grande dimension mesurée perpendiculairement à ladite ouverture intérieure. On appelle « surface de la région à remplir » la surface du fond de la région à remplir. Par exemple, comme illustré sur la , si la région à remplir 10 est une dépression présentant la forme générale d’un parallélépipède rectangle, et ayant une longueur L, une largeur l et une profondeur h, la surface de la région à remplir est égale au produit L*l. Comme illustré sur la , la vitesse de montée V est la vitesse, mesurée suivant la direction verticale, à laquelle le produit de réparation P remplit la région à remplir 10. Lorsque la région à remplir présente un fond 12 ou 12’ horizontal, la vitesse de montée est donc mesurée perpendiculairement au fond. Sur la , la flèche F illustre l’arrivée du produit de réparation P dans la région à remplir. Le « nappage » est une étape préalable à l’étape de remplissage. Le nappage commence au début de l’introduction du produit de réparation dans la région à remplir et se termine à l’instant où le fond de la région à remplir est pour la première fois totalement recouvert par du produit de réparation. En particulier, lorsque le produit de réparation est auto-coulable, il est classiquement introduit dans la région à remplir au moyen d’une canne, puis s’écoule sur la sole jusqu’à atteindre les murs latéraux et/ou les cloisons de compartimentation. Il recouvre ainsi progressivement tout le fond de la région à remplir. L’étape de nappage est terminée lorsque le produit de réparation, contenu par les murs latéraux et/ou les cloisons de compartimentation, recouvre tout le fond de la région à remplir et qu’il est donc contraint de monter dans la région à remplir, pendant l’étape de remplissage. Si le fond comporte une ou plusieurs cavités, le remplissage de ces cavités fait partie de l’étape de nappage. Le nappage ne se termine que lorsque toute la surface du produit de réparation introduit dans la région à remplir commence à monter. On appelle « produit non-façonné » un mélange particulaire sec. Par particule « en un matériau » ou « d’un matériau », on entend une particule constituée pour plus de 95%, plus de 98%, de préférence sensiblement 100% de sa masse dudit matériau. Un ciment hydraulique, ou « liant hydraulique », est un liant qui, lors de l’activation, génère une prise et un durcissement hydraulique. Par « matériau réfractaire », on entend un matériau présentant une température de fusion supérieure à 1500°C. Cette définition est communément employée par l’homme du métier et citée dans « Matériaux réfractaires et céramiques techniques (éléments de céramurgie et de technologie ) », G. Aliprandi, éditions Septima Paris, 1979. Cet ouvrage donne également en pages 297 à 301 des exemples de matériaux réfractaires, notamment oxydes, carbures et nitrures. Le « verre » des particules (b) mentionnées dans la suite de la description est un matériau non cristallin présentant une température de transition vitreuse inférieure à 1100°C. Par « température de transition vitreuse » d’un verre, on entend la température à laquelle le matériau passe de l’état solide à l’état visqueux. La température de transition vitreuse peut être déterminée par analyse thermique différentielle (ATD). La température de transition vitreuse est la température à laquelle le verre présente une viscosité sensiblement égale à 10 12 Pa.s. Un verre est classiquement considéré « à l’état solide » à une température inférieure à sa température de transition vitreuse. De même, comme cela est bien connu, une vitrocéramique est considérée « à l’état solide » lorsqu’il est à une température inférieure à la température de transition vitreuse de sa phase vitreuse résiduelle. Par « liant à chaud », on entend un constituant présentant une température de fusion supérieure à 600°C, et apte à lier ensemble, après durcissement sous l’effet d’une baisse de la température, des particules, en particulier des particules (a), décrites ci-après, auxquelles il a été mélangé. Par « vitrocéramique » ou « matériau vitrocéramique », on entend classiquement un composé microcristallin obtenu par cristallisation contrôlée d’un « verre précurseur de vitrocéramique ». La cristallisation contrôlée d’un verre précurseur de vitrocéramique s’effectue classiquement lors d’une étape suivant, immédiatement ou non, l’étape d’obtention dudit verre précurseur de vitrocéramique. Un verre précurseur de vitrocéramique est un verre à l'état solide qui, à la différence des autres verres, contient des « agents de nucléation ». Un agent de nucléation est un agent capable de provoquer la formation de microcristallisations ou « microcristallites » lors du traitement thermique de cristallisation contrôlée, appelé habituellement "traitement thermique de cristallisation" ou "traitement thermique de vitrocéramisation", un microcristallite étant un cristal dont à la demi somme de la longueur et de la largeur est inférieure à 10μm. Les longueur et largeur d’un microcristallite sont classiquement évaluées à partir de vues en coupe de la vitrocéramique. La microstructure d’une vitrocéramique est ainsi constituée de microcristallites baignant dans une phase vitreuse résiduelle. La température de fusion d’un matériau vitrocéramique est la température d’équilibre séparant le domaine où coexistent des phases liquides et solides du domaine où seule une phase liquide est présente. Les produits fabriqués par fusion-refroidissement qui, au cours de leur fabrication, ne transitent pas par une étape dans laquelle ils sont à l'état de verre ne sont donc pas des matériaux vitrocéramiques. Le corindon fondu, l’alumine fondue, les spinelles fondus, la magnésie fondue, la mullite fondue, la mullite-zircone fondue, le titanate d’aluminium fondu, éventuellement dopé, et les nitrures fondus ne sont pas, en particulier, des matériaux vitrocéramiques. On appelle « taille maximale » le percentile 99,5 (D 99,5 ) d’une poudre, ce percentile correspondant au pourcentage en masse de 99,5%, sur la courbe de distribution granulométrique cumulée des tailles des particules de la poudre, les tailles des particules étant classées par ordre croissant. Les distributions granulométriques et la taille maximale peuvent être déterminés à l’aide d’un granulomètre laser. Le granulomètre laser peut être un Partica LA-950 de la société HORIBA. Il est clair que les particules ayant une taille inférieure à 10 µm (qui constituent la « fraction Par « impuretés», on entend les constituants inévitables, introduits involontairement et nécessairement avec les matières premières ou résultant de réactions avec ces constituants. Les impuretés ne sont pas des constituants nécessaires, mais seulement tolérés. De préférence la quantité des impuretés est inférieure à 2%, inférieure à 1%, inférieure à 0,5%, voire sensiblement nulle. Par « auto-coulable à chaud », on entend un produit de réparation capable de s’étaler sous son seul propre poids, et de remplir la région à remplir sans conduire à une ségrégation, dans une gamme de température comprise entre 300°C et 1350°C. On considère qu’il y a ségrégation lorsque la face de coulée du produit obtenu après mise en place du produit de réparation et frittage présente une couche superficielle de laitance s’étendant, depuis ladite face de coulée, sur une profondeur de 3 mm ou plus. Cette couche superficielle de laitance peut facilement être mise en évidence après séchage ou frittage du produit, le sciage s’effectuant dans un plan perpendiculaire à la face de coulée. Les produits AZS sont des produits, de préférence électrofondus, dont les constituants principaux sont l’alumine (Al 2 O 3 ), la zircone (ZrO 2 ) et la silice (SiO 2 ). Autrement dit, l’alumine, la zircone et la silice sont les constituants dont les teneurs massiques sont les plus élevées. Ces produits conviennent bien pour la fabrication des fours de verrerie. Plus particulièrement, les produits AZS actuels sont principalement utilisés pour les régions en contact avec le verre en fusion ainsi que pour la superstructure des fours de verrerie. Les produits AZS comprennent notamment des produits commercialisés par Saint-Gobain SEFPRO, tels que l'ER-1681, I'ER-1685 ou l'ER-1711. Lorsqu'il est fait référence à ZrO 2 ou à la zircone il y a lieu de comprendre ZrO 2 et les traces de HfO 2 . En effet, un peu de HfO 2 , chimiquement indissociable du ZrO 2 dans un procédé de fusion et présentant des propriétés semblables, est toujours naturellement présent dans les sources de zircone à des teneurs généralement inférieures à 2%. L’oxyde d’hafnium n’est alors pas considéré comme une impureté. La teneur en HfO 2 dans les particules AZS est de préférence inférieure à 5%, inférieure à 3%, inférieure à 2%. On appelle « fibres » des structures allongées, typiquement de diamètre de 1 µm à 1 mm et de longueur allant jusqu’à 60 mm environ. Sauf mention contraire, tous les pourcentages sont des pourcentages massiques sur la base des oxydes. Une teneur massique d’un élément est exprimée sous la forme de l’oxyde le plus stable. « Comporter » ou « comprendre » ou « présenter » doivent être interprétés de manière non limitative. Procédé de réparation à chaud d’une région d’une cuve d’un four de verrerie, dite « région à réparer », au moyen d’un produit de réparation (P), ledit procédé comportant les étapes suivantes, à une température supérieure à 300°C : a) définition d’un espace de réception dans la région à réparer, dit « région à remplir », la région à remplir (10) comportant un fond (12 ; 12’) ; b) nappage dudit fond, la durée du nappage, depuis le début de l’introduction du produit de réparation dans la région à remplir jusqu’à l’instant où ledit fond est complètement recouvert par du produit de réparation, durant moins de 14 minutes ; c) remplissage de la région à remplir avec le produit de réparation, la vitesse de montée (V) du produit de réparation dans la région à remplir étant, à tout instant pendant ladite étape de remplissage, supérieure ou égale à 3 mm/min. Procédé selon la revendication précédente, dans lequel la vitesse de montée (V) varie, pendant ladite étape de remplissage, entre une vitesse minimale et une vitesse maximale, la différence entre ladite vitesse maximale et ladite vitesse de montée minimale étant inférieure à 15 mm/min. Procédé selon l’une quelconque des revendications précédentes, dans lequel la vitesse de montée (V) du produit de réparation (P) est, à tout instant pendant ladite étape c) de remplissage, supérieure à 7 mm/min et/ou dans lequel la durée de l’étape b) de nappage est inférieure à 10 minutes. Procédé selon la revendication immédiatement précédente, dans lequel la vitesse de montée (V) du produit de réparation (P) est, à tout instant pendant ladite étape de remplissage, supérieure à 12 mm/min et/ou dans lequel la durée de l’étape b) de nappage est inférieure à 8 minutes. Procédé selon l’une quelconque des revendications précédentes, dans lequel la région à remplir (10) présente une surface inférieure ou égale à 25 m 2 . Procédé selon l’une quelconque des revendications précédentes, dans lequel la région à remplir présente une surface supérieure ou égale à 3 m 2 et inférieure à 16 m 2 . Procédé selon l’une quelconque des revendications précédentes, dans lequel à l’étape b) et à l’étape c), le produit de réparation (P) est introduit dans la région à remplir avec un débit supérieur à 0,02 m 3 /min et inférieur à 0,60 m 3 /min. Procédé selon l’une quelconque des revendications précédentes, dans lequel la vitesse de montée du produit de réparation est, à tout instant pendant ladite étape de remplissage, inférieure à 80 mm/min. Procédé selon l’une quelconque des revendications précédentes, dans lequel, pendant l’étape de remplissage, le produit de réparation est acheminé jusqu’à la région à remplir par pompage. Procédé selon la revendication immédiatement précédente, dans lequel le produit de réparation est acheminé jusqu’à la région à remplir avec une pression d'aspiration inférieure ou égale à 180 bar. Procédé selon l’une quelconque des revendications précédentes, dans lequel la région à remplir (10) est définie - par la surface de la cuve dans la région à réparer et/ou - par une ou plusieurs cloisons de compartimentation (18) rapportées dans la région à réparer. Procédé selon l’une quelconque des revendications précédentes, comportant une étape a) dans laquelle la région à réparer est divisée en une pluralité de compartiments, puis une pluralité de cycles d’étapes b) et c) afin de remplir chacun desdits compartiments. Procédé selon l’une quelconque des revendications précédentes, dans lequel la région à remplir est au moins en partie définie par la sole de la cuve. Procédé selon l’une quelconque des revendications précédentes, ladite cuve contenant un verre en fusion, ledit procédé comportant les étapes suivantes : 1) vidange, au moins partielle, du verre en fusion hors de la cuve, de manière à exposer ladite région à réparer ; 2) de préférence, rinçage de ladite région à réparer ; 3) réduction de la température dans le four ; 4) mise en œuvre desdites étapes a) à c) ; 5) de préférence, augmentation et maintien de la température du four entre 900°C et 1400°C afin de fritter le produit de réparation ; 6) introduction d’une composition de verre à fondre dans la cuve et augmentation de la température du four jusqu’à une température de fonctionnement conduisant à la fusion de ladite composition. Four de fusion de verre comportant une cuve comportant au moins une région réparée suivant un procédé selon l’une quelconque des revendications précédentes et en un produit, de préférence fritté, présentant une microstructure non-stratifiée. Four de fusion de verre selon la revendication immédiatement précédente, dans lequel ledit produit fritté présente : - une porosité ouverte inférieure à 40%, de préférence inférieure à 35%, de préférence inférieure à 30%, et/ou - une résistance à la compression à froid supérieure à 30 MPa.