LU88560A1 - Procédé et mélange de poudres pour la réparation de corps réfractaires à base d'oxydes. - Google Patents
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Description
f
Procédé et mélange de poudres pour la réparation de corps réfractaires à base d'oxydes
Le présente invention se rapporte à un procédé de réparation d'un corps réfractaire à base d'oxydes par un processus de soudure céramique.
Les oxydes de silicium, de zirconium, d'aluminium et de magnesium sont des oxydes réfractaires usuels dans l'industrie. En particulier, des oxydes d'aluminium et de magnesium sont couramment utilisés dans l'industrie métallurgique, où ils sont choisis pour leur résistance aux hautes températures, à l'érosion et à la corrosion par des matières telles que du métal, du laitier et des scories fondus.
Les matières réfractaires à base d'oxyde de magnesium, autrement connus sous le nom de matières réfractaires basiques, peuvent former le garnissage de poches de transport d'acier fondu. De tels garnissages s'usent au contact de l'acier fondu et du laitier. L'érosion du garnissage se produit principalement au niveau de la surface du liquide. Il est donc nécessaire de réparer de temps en temps des tels corps réfractaires à base d'oxydes.
Il a été proposé de réparer des corps réfractaires par l'emploi d'une technique de "soudure céramique". Dans cette technique, le corps réfractaire à réparer est maintenu à une température élevée, et un mélange de poudres est projeté en présence d'oxygène, le dit mélange de poudres comprenant des particules de matière réfractaire et des particules combustibles qui réagissent de manière exothermique avec l'oxygène pour former un oxyde réfractaire. Par ce procédé, une masse réfractaire se forme et adhère au corps réfractaire à l'endroit à réparer. La technique de soudure céramique est illustrée dans les brevets britanniques n° GB 1 330 894 (Glaverbel) et GB 2 170 191 (Glaverbel). Les particules combustibles sont des particules dont la composition et la granulométrie sont telles qu'elles réagissent de manière exothermique avec l'oxygène en formant un oxyde réfractaire et en libérant la chaleur nécessaire pour fondre, au moins superficiellement, les particules réfractaires projetées.
Cependant, lorsqu'un mélange de poudres constitué de particules d'oxyde et de particules combustibles est utilisé pour réparer un corps réfractaire à base d'oxydes, et en particulier un corps réfractaire à base d'oxydes à haut point de fusion tels que de l'oxyde de magnesium et de l'oxyde d'aluminium, il arrive que la masse réfractaire résultante soit poreuse. S'il y a une porosité apparente significative, la masse de réparation ne sera pas utile pour certaines applications, particulièrement si la masse de réparation doit être soumise à de l'érosion ou de la corrosion par des matières fondues.
Un des objets de la présente invention consiste dès lors à fournir un procédé de réparation de corps réfractaires à base d'oxydes qui permet la formation d'une masse réfractaire de réparation ayant une porosité acceptable.
On a découvert de manière surprenante que, lorsque les particules combustibles sont choisies parmi le magnesium, l'aluminium, le silicium et leurs mélanges, cet objectif peut être obtenu par l'incorporation, dans le mélange de poudres, d'une quantité spécifique de carbure de silicium. Ceci est contraire au principe généralement accepté d'harmonisation de la composition de la matière réfractaire de réparation à la composition de la surface de la matière réfractaire que l'on répare. De plus, le carbure de silicium est considéré comme une matière inerte dans le procédé de soudure céramique et n'est pas mouillé par la phase liquide qui se forme pendant la réaction. L'effet du carbure de silicium sur la porosité de la masse a dès lors de quoi surprendre.
Sans vouloir être liés par une quelconque théorie, nous croyons que les particules additionnelles de carbure de silicium conduisent la chaleur dans la masse réfractaire de réparation et qu'une exposition prolongée à des hautes températures provoque une décomposition des particules de carbure de silicium générant du carbone élémentaire, qui est connu pour conférer à la masse réfractaire de réparation une bonne résistance à la corrosion par le laitier. Dès lors, la présente invention, dans son premier aspect, se rapporte à un procédé de réparation d'un corps réfractaire à base d'oxydes par projection à température élevée et en présence d'oxygène d'un mélange de poudres sur une surface du dit corps, le dit mélange de poudres comprenant des particules d'oxyde réfractaire et des particules combustibles qui réagissent de manière exothermique avec l'oxygène pour former un oxyde réfractaire, caractérisé en ce que les particules combustibles sont choisies parmi le magnesium, l'aluminium, le silicium et leurs mélanges et en ce que le mélange de poudres contient en outre jusqu'à 10% en poids de particules de carbure de silicium.
La teneur eh carbure de silicium du dit mélange de poudres est de préférence au moins 1% en poids. Si on inclut une teneur trop forte en carbure de silicium, il peut en résulter une absence de formation de masse de réparation parce que la matière de réparation coule hors du site à réparer. Sans vouloir se lier à une théorie, on peut supposer que cela soit dû à une rétention de chaleur trop importante après le processus de réparation, conduisant à une phase liquide à faible viscosité. Si on utilise trop peu de carbure de silicium, les avantages de l'invention ne sont plus obtenus à un niveau significatif.
De préférence, la dimension des particules de carbure de silicium est faible, par exemple inférieure à 200 μιη. Le terme "dimension des particules" tel qu'utilisé ici, signifie que la matière concernée a une distribution granulométrique telle qu'au moins 90% en poids des particules est conforme aux limites données. Le terne "dimension moyenne", tel qu'utilisé ici, désigne une dimension telle que 50% en poids des particules a une dimension plus petite que cette moyenne.
Les particules d'oxyde réfractaire peuvent comprendre au moins un oxyde dont est constitué le corps réfractaire. Dès lors, lorsque le corps réfractaire est un corps contenant de l'oxyde d'aluminium, les particules d'oxyde réfractaire peuvent comprendre des particules d'alumine. Lorsque le corps réfractaire est un corps contenant de l'oxyde de magnesium, les particules d'oxyde réfractaire peuvent comprendre des particules de magnésie.
De préférence, la majeure partie du dit mélange de poudres est formée de particules d'oxyde réfractaire choisies parmi la magnésie, l'alumine et leurs mélanges. Ce sont les oxydes en présence desquels la réaction exothermique est la plus vive et présente donc un plus grand risque de produire une masse de réparation très poreuse. De préférence, les particules d'oxyde réfractaire ont une dimension inférieure à 2,5 mm, avec substantiellement aucune particule dont la dimension est supérieure à 4 mm.
Les particules combustibles sont choisies parmi le magnesium, l'aluminium, le silicium et leurs mélanges. Un mélange d'aluminium et de silicium est particulièrement avantageux. Les particules combustibles utilisées dans le mélange ont de préférence une dimension moyenne inférieure à 50 μτη. L'opération de réparation est généralement mise en oeuvre lorsque le corps réfractaire est chaud. Ceci rend possible la réparation de corps réfractaires érodés tandis que l'équipement reste substantiellement à sa température de travail.
La température élevée peut être supérieure à 600°C, mesurée à la surface du corps réfractaire à réparer. A cette température, les particules combustibles brûlent en présence d'oxygène pour libérer un oxyde réfractaire et générer une chaleur suffisante pour que les particules d'oxyde, avec le produit de combustion du combustible, forment la masse réfractaire qui constitue la réparation. L'invention se rapporte également, dans son second aspect, à un mélange de poudres pour la réparation de corps réfractaires à base d'oxydes, le dit mélange comprenant: - de 80% à 95% en poids de particules réfractaires comprenant un oxyde réfractaire; et - de 5% à 20% en poids de particules combustibles qui réagissent de manière exothermique avec l'oxygène pour former un oxyde réfractaire, caractérisé en ce que les particules combustibles sont choisies parmi le magnesium, l'aluminium, le silicium et leurs mélanges et en ce que les particules réfractaires contiennent jusqu'à 10% en poids (calculé par rapport au total du mélange)de particules de carbure de silicium.
Pour obtenir une masse de réparation homogène, une quantité d'au moins 80% en poids de particules réfractaires, comprenant les particules d'oxyde, doit être présente dans le mélange de poudres.
Dans une forme préférée de réalisation, le mélange comprend: - de 80% à 94% en poids de particules d'oxyde réfractaire choisies parmi des particules d'alumine, de magnésie et leurs mélanges; - de 1% à 5% en poids de particules de carbure de silicium; et - de 5% à 15% en poids de particules combustibles.
De préférence, les particules réfractaires dans le mélange de poudres, y compris les particules de carbure de silicium, ont une dimension d'au moins 10 μτη. Si on emploie des particules trop petites, il y a un risque qu'elles soient perdues pendant la réaction.
Une technique aisée pour amener le mélange de poudres sur une surface du corps réfractaire à réparer consiste à projeter le mélange de poudres avec un gaz contenant de l'oxygène. En général, il est recommandé de projeter les particules en présence d'une concentration élevée en oxygène, par exemple en utilisant de l'oxygène de qualité commerciale en tant que gaz porteur. De cette manière, la masse de réparation se forme facilement et adhère à la surface sur laquelle les particules sont projetées. En raison des très hautes températures que la réaction de soudure céramique permet d'atteindre, elle peut pénétrer le laitier qui peut se trouver à la surface du corps réfractaire à traiter, et elle peut ramollir ou fondre la surface de telle manière qu'une bonne liaison s'établit entre la surface traitée et la masse réfractaire de réparation nouvellement formée.
Ce procédé est avantageusement mis en oeuvre au moyen d'une lance. Une lance convenant à la réalisation du procédé de l'invention comprend un ou plusieurs orifice(s) pour le courant de poudre, éventuellement avec un ou plusieurs orifice (s) pour du gaz supplémentaire. Pour des réparations exécutées dans une ambiance chaude, les courants de gaz peuvent être déchargés par une lance refroidie par circulation de fluide. Un tel refroidissement peut être facilement obtenu en pourvoyant la lance d'une chemise d'eau. De telles lances conviennent pour projeter de la poudre sous des débits allant de 30 à 500 kg/heure.
Afin de faciliter la formation d'un jet régulier de poudre, les particules réfractaires ne comprennent de préférence substantiellement pas de particules dont la dimension est supérieure à 4 mm, de préférence pas de particules supérieures à 2,5 mm. L'invention convient particulièrement bien pour la réparation ou l'entretien de poches pour acier fondu parce qu'elle peut être mise en oeuvre rapidement, à haute température, entre les charges des poches. Les corps réfractaires faisant partie de telles poches sont particulièrement sollicités par contact avec du métal ou du laitier fondus. La zone nécessitant les réparations les plus importantes se situe au niveau de la surface du liquide. L'invention sera maintenant décrite davantage dans les exemples non limitatifs suivants: EXEMPLE 1
On forme une masse réfractaire de réparation sur une paroi du garnissage, à base d'oxyde de magnesium, d'une poche pour acier fondu. On projette sur ces briques un mélange de particules réfractaires et de particules combustibles. La température de la paroi est environ 850°C. Le mélange est projeté à raison de 150 kg/heure dans un courant d'oxygène pur. Le mélange a la composition suivante:
Les particules ae Mgu ont une dimension maximum d'environ 2 mm. Les particules de carbure de silicium ont une dimension de 125 μηη, avec une dimension moyenne de 57 μτη. Les particules de silicium et d'aluminium ont une dimension maximum inférieure à 45 μιη. EXEMPLE IA (comparatif) A titre de comparaison, on effectue la même réparation de la même manière que dans l'exemple 1, mais en utilisant un mélange de poudres de la composition suivante:
On mesure la masse spécifique apparente et la porosité apparente (c'est-à-dire la porosité ouverte) des masses réfractaires de réparation formées dans les exemples 1 et IA et on obtient les résultats suivants:
Dans une variante de l'exemple 1, on répare du réfractaire contenant de l'oxyde d'aluminium de manière similaire, mais en remplaçant dans le mélange de poudres les particules de magnésie par la même quantité de particules d'alumine de même granulométrie. EXEMPLES 2 à 4
On forme des masses réfractaires de réparation sur une paroi du garnissage, à base d'oxyde de magnesium, d'une poche pour acier fondu. On projette sur ces briques un mélange de particules réfractaires et de particules combustibles. La température de la paroi est environ 850°C. Le mélange est projeté à raison de 60 kg/heure dans un courant d'oxygène pur. Les mélanges ont les compositions suivantes (en poids):
Les particules de MgO ont
une dimension maximum d'environ 2 mm. Les particules de carbure de silicium ont une dimension de 125 μπι, avec une dimension moyenne de 57 pm. Les particules de silicium et d'aluminium ont une dimension maximum inférieure à 45 μηη.
On mesure la masse spécifique apparente et la porosité apparente (c'est-à-dire la porosité ouverte) des masses réfractaires de réparation formées dans les exemples 1 et IA et on obtient les résultats suivants:
EXEMPLE 5
Une poudre pour soudure céramique a la composition suivante (en poids):
Alumine 87%
Carbure de silicium 5%
Aluminium 6%
Magnesium 2% L'alumine utilisée est de l'alumine électrofondue. L'alumine a une dimension maximum nominale de 700 μπι, le carbure de silicium a la même granulométrie que dans l'exemple 1, les particules d'aluminium ont une dimension maximum inférieure à 45 μπι et les particules de magnesium ont une dimension maximum inférieure à 75 μπι.
Le mélange de poudres ci-dessus peut être utilisé de manière analogue à celle décrite dans l'exemple 1, pour réparer un bloc réfractaire Corhart(™) Zac (composition: alumine/zircone/zircon) situé dans un bassin de four de fusion de verre en dessous du niveau de la surface de la matière fondue, après que le four ait été partiellement vidé pour donner accès au lieu de la réparation.
Claims (9)
1. Procédé de réparation d'un corps réfractaire à base d'oxydes par projection à température élevée et en présence d'oxygène d'un mélange de poudres sur une surface du dit corps, le dit mélange de poudres comprenant des particules d'oxyde réfractaire et des particules combustibles qui réagissent de manière exothermique avec l'oxygène pour former un oxyde réfractaire, caractérisé en ce que les particules combustibles sont choisies parmi le magnesium, l'aluminium, le silicium et leurs mélanges et en ce que le mélange de poudres contient en outre jusqu'à 10% en poids de particules de carbure de silicium.
2. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que la teneur en carbure de silicium du dit mélange de poudres est au moins 1% en poids.
3. Procédé selon l'une des revendications 1 ou 2, caractérisé en ce que la dimension des particules de carbure de silicium est inférieure à 200 μπι.
4. Procédé selon l'une des revendications 1 à 3, caractérisé en ce que les particules d'oxyde réfractaire comprennent au moins un oxyde dont est constitué le corps réfractaire.
5. Procédé selon l'une des revendications 1 à 4, caractérisé en ce que le dit corps réfractaire est choisi parmi les corps contenant de l'oxyde d'aluminium et les corps contenant de l'oxyde de magnesium.
6. Procédé selon l'une des revendications 1 à 5, caractérisé en ce que la majeure partie du dit mélange de poudres est formée de particules d'oxyde réfractaire choisies parmi la magnésie, l'alumine et leurs mélanges.
7. Procédé selon l'une des revendications 1 à 6, caractérisé en ce que le dit corps réfractaire à réparer fait partie d'une poche pour acier fondu.
8. Mélange de poudres pour la réparation de corps réfractaires à base d'oxydes, le dit mélange comprenant: - de 80% à 95% en poids de particules réfractaires comprenant un oxyde réfractaire; et - de 5% à 20% en poids de particules combustibles qui réagissent de manière exothermique avec l'oxygène pour former un oxyde réfractaire, caractérisé en ce que les particules combustibles sont choisies parmi le magnesium, l'aluminium, le silicium et leurs mélanges et en ce que les particules réfractaires contiennent jusqu'à 10% en poids (calculé par rapport au total du mélange)de particules de carbure de silicium.
9. Mélange de poudres selon la revendication 8, caractérisé en ce qu'il comprend: - de 80% à 94% en poids de particules d'oxyde réfractaire choisies parmi des particules d'alumine, de magnésie et leurs mélanges; - de 1% à 5% en poids de particules de carbure de silicium; et - de 5% à 15% en poids de particules combustibles.
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