FR2571835A1

FR2571835A1 - Appareil pour la reparation d'une paroi de four

Info

Publication number: FR2571835A1
Application number: FR8515070A
Authority: FR
Inventors: Toshihito Sakai; Yuji Narita
Original assignee: Sumitomo Metal Industries Ltd
Current assignee: Nippon Steel Corp
Priority date: 1984-10-12
Filing date: 1985-10-11
Publication date: 1986-04-18
Also published as: AU566699B2; US4649858A; JPH065155B2; AU4843985A; ZA857820B; DE3536113A1; JPS6193384A; FR2571835B1

Abstract

APPAREIL DE REPARATION D'UNE PAROI DE FOUR INDUSTRIEL AU MOYEN D'UN PISTOLET DE PULVERISATION A PLASMA. LA FLAMME DE PLASMA 110 DU PISTOLET 11 SUIT LA PARTIE ENDOMMAGEE A REPARER, PAR DEPLACEMENT DU PISTOLET DANS LES TROIS DIMENSIONS (DE HAUT EN BAS, DE DROITE A GAUCHE ET D'AVANT EN ARRIERE) PAR RAPPORT A LA PAROI DE FOUR 2 A REPARER. EN OUTRE, LA DISTANCE DE PROJECTION OPTIMALE DE LA FLAMME DE PLASMA SUIT LES IRREGULARITES DE LA PAROI ET LE CREUX DE LA PARTIE ENDOMMAGEE 25 PAR RAPPORT A LA SURFACE SAINE DE LA PAROI, PAR MODIFICATION DU RAPPORT DE MELANGE DU GAZ D'ALIMENTATION DU PISTOLET DE MANIERE A REGLER LA LONGUEUR DE LA FLAMME DE PLASMA.

Description

APPAREIL POUR LA REPARATION D'UNE PAROI DE FOUR

La présente invention se rapporte à un appareil

pour la réparation d'une paroi intérieure endommagée (re-

vêtement réfractaire) d'un four industriel, par exemple

un four à coke ou un four de raffinerie.

La paroi intérieure d'un four industriel tel qu'un four à coke ou un four de raffinerie est constituée par un revêtement-en matériau réfractaire, par exemple des briques réfractaires, appliqué sur la paroi. Toutefois, la paroi intérieure d'un four-industriel est exposée de

façon répétée à de hautes températures de 1000 C ou davan-

tage, de sorte qu'elle est non seulement endommagée thermi-

quement par des substances à haute température mais égale-

ment des détériorations telles que des fissures et une sé-

paration sont engendrées dans la paroi par la dilatation

e. la contraction répétées. La réparation efficace des dom-

mages thermiques, fissurations, séparations et autres de la

paroi intérieure d'un four, décrits ci-dessus, dans un en-

vironnement de sécurité est donc un problème important dans

l'exploitation d'usines comportant de tels fours industriels.

La réparation de la paroi intérieure des fours

industriels du type ci-dessus a été effectuée par un procé-

dé de réparation par voie humide dans lequel un matériau

de réparation, qui est une matière réfractaire informe pré-

parée par mélange de liants,est pulvérisé sur les parties endommagées au moyen d'un appareil de pulvérisation inséré

dans le four par une entrée de four, ou bien d'un appa-

reil de pulvérisation introduit dans le four par un opéra-

teur après arrêt du fonctionnement du four. Toutefois, dans ce procédé humide, pour mettre le matériau de réparation en état d'être pulvérisé, on mélange des liants contenant de l'eau pour obtenir une viscosité élevée. Par conséquent, lorsque le matériau de réparation projeté sur les parties endommagées est chauffé après application, l'eau contenue

dans les liants s'évapore de façon explosive selon les cir-

constances, ce qui provoque la séparation des parties ré-

parées. D'autre part, lorsque les liants sont insuffisam-

ment mélangés avec le matériau de réparation et qu'ils ne sont pas uniformément répartis, l'adhérence du matériau de réparation à la paroi du four est irrégulière. En outre, on rencontre des difficultés en ce que seules les parties

voisines de l'entrée du four peuvent être réparées.

Pour résoudre les difficultés liées à un tel pro-

cédé de réparation humide, on connaît un procédé de répara-

tion à sec, dans lequel de petites particules métalliques ou semimétalliques servant de matériau de réparation sont pulvérisées thermiquement à la flamme ou projetées par un

gaz oxydant, de sorte que le matériau de réparation métal-

lique ou semi-métallique est aggloméré par la chaleur en-

gendrée à ce moment. Par rapport au procédé humide, ce pro-

cédé de réparation à sec est avantageux en ce que le liant

n'est pas nécessaire, ce qui supprime l'effet de l'eau con-

tenue dans le liant. En outre, une flamme ou un courant ga-

zeux utilisés pour la pulvérisation sont diffusés, de sorte que le procédé de réparation à sec convient pour appliquer une grande quantité de matériau de réparation dans une grande zone. Toutefois, lorsqu'il est nécessaire de réparer des détériorations étroites, par exemple des fissures ou un joint de briquetage,avec une grande précision, le matériau

de réparation adhère également au voisinage des parties en-

dommagées et forme des projections à l'intérieur du four.

Dans ces conditions, dans des fours à coke, l'extraction par poussée du coke est gênée, de sorte que le: procédé de réparation à sec nuit à l'exploitation du four. En outre, comme dans le procédé de réparation humide décrit plus haut, on rencontre également l'inconvénient que seule la partie

voisine de l'entrée du four peut être réparée.

Compte tenu de la situation décriteci-dessus, la présente demanderesse a proposé un procédé de réparation d'une paroi intérieure d'un four utilisant la pulvérisation par plasma, dans la demande de brevet japonais

N 58-49889 (1983).

Cette invention consiste en ce qu'un gaz de travail qui est une addition d'azote N2 à-l'argon engendre un jet de plasma et des poudres de matériaux réfractaires, tels que des céramiques servant de matériau de réparation, sont pulvérisées thermiquement sur une paroi du four avec

chauffage de cette paroi par le jet de plasma résultant.

Puisque cette invention concerne un procédé de réparation

à sec dans lequel des poudres de matières réfractaires tel-

les que des céramiques sont utilisées domme matériau de ré-

paration, les inconvénients liés au procédé de réparation humide, par exemple une évaporation explosive d'eau, sont évités. En outre, puisqu'on peut obtenir une flamme étroite de jet de plasma, ce procédé convient pour le cas o il est nécessaire de projeter le matériau de réparation avec une

grande précision seulement sur des parties endommagées étroi-

tes, telles que des fissures. De plus, ce procédé est avan-

tageux en ce que le matériau deréparation possède une résis-

tance mécanique presque égale à celle d'une brique, du fait de sa pulvérisation thermique; la résistance de la jonction entre une brique constituant la paroi du four et le matériau

de réparation est élevée puisque ces deux parties sont sou-

dées l'une à l'autre; le matériau de réparation est compact et imperméable à un gaz tel que la vapeur d'eau et l'oxyde de carbone, après soudure; l'influence sur la paroi du four

est faible puisque la partie soudée du matériau de répara-

tion n'est pas refroidie rapidement; le degré de liberté est relativement grand dans le choix et la combinaison des

matériaux de réparation; et autres avantages.

Toutefois, si on peut effectuer la réparation

d'une paroi intérieure de four sans abaisser autant la tem-

pérature du four, et de préférence aux températures norma-

les de fonctionnement, cela est très avantageux en ce qui

concerne l'efficacité de fonctionnement, le rendement éner-

gétique, etc. Pour cela, la réparation a été effectuée au moyen d'un appareil de pulvérisation ou d'un pistolet à pulvériser introduit dans le four par un opérateur après arrêt du fonctionnement du four, mais il est souhaitable

d'exécuter l'opération de réparation par commande à distan-

ce, pour des raisons de sécurité, d'amélioration des condi-

tions de travail et de la possibilité d'effectuer la répa-

ration au fond du four.

Compte tenu de ces conditions, afin de commander à distance un pistolet de pulvérisation, on a proposé par exemple la demande de brevet japonais n 53-82 802, la publication de brevet japonais n 57-48 611 et d'autres, dans lesquels la position d'un pistolet de pulvérisation est contrôlée par observation visuelle, et la publication de modèle d'utilité japonais n 57-46 360, dans laquelle la relation de position entre une partie endommagée d'une paroi de four et un pistolet de pulvérisation est déterminée par un dispositif de prise d'image inséré dans un four,pour

commander la position du pistolet de pulvérisation. Toute-

fois, puisque l'objet à contrôler est un pistolet de pul-

vérisation usuel, dans ces inventions et modèles d'utilité, le contrôle n'a pas besoin d'être très précis, de sorte que

leur application à la pulvérisation par plasma, dans la-

quelle un matériau de réparation peut être pulvérisé thermi-

quement avec une grande précision, n'est pas possible en pratique. La présente demanderesse a donc également proposé un procédé de détermination de la position d'un pistolet de

pulvérisation et analogue, par utilisation de façon tridi-

mensionnelle de deux caméras de télévision et d'un appareil

à rayonnement laser ponctuel, dans la demande de brevet ja-

ponais précité n 58-49 889. Toutefois, également dans ce

procédé, la commande à distance d'un pistolet de pulvérisa-

tion avec une grande précision est requise, la valeur basée

sur le résultat obtenu à partir d'essais préalablement exé-

cutés étant utilisée comme distance optimale entre le pis-

tolet et la paroi du four; dans le cas d'une pulvérisation au plasma, la distance entre le pistolet et la paroi du four a une grande influence sur l'efficacité de l'adhérence d'un

matériau de réparation, des céramiques par exemple; l'a-

vantage de pouvoir réparer des parties étroites d'une paroi de four, telles que des fissures, avec une grande précision,

peut être effectivement utilisé par emploi de la pulvérisa-

tion au plasma.

La présente invention est basée sur les conditions décrites ci-dessus et elle a pour premier objet un appareil de réparation de la paroi d'un four, dans lequel un matériau

de réparation peut être pulvérisé thermiquement sur les seu-

les parties endommagées étroites d'une surface de paroi de four, par exemple des fissures, pour réparer la paroi du four. L'invention a pour deuxième objet un appareil de réparation de la paroi d'un four, qui procure une efficacité

d'adhérence élevée du matériau de réparation mais sans en-

traîner de séparation, d'explosion phréatique et analogue.

La présente invention a pour troisième objet un ap-

pareil de réparation de la paroi d'un four, dans lequel il n'est pas nécessaire d'abaisser la température du four d'une valeur importante lors de la réparation, c'est-à-dire qu'une réparation "à chaud" est possible, de sorte que le rendement

de fonctionnement du four n'estpas diminué.

La présente invention a pour quatrième objet un appareil de réparation de la paroi d'un four, dans lequel un opérateur n'est pas obligé d'exécuter une opération de

réparation dans un environnement difficile.

La présente invention a pour cinquième objet un appareil de réparation de la paroi d'un four, dans lequel même une partie endommagée de la paroi située au fond du

four et invisible de l'extérieur du four peut être réparée.

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La présente invention a pour sixième objet un appareil de réparation de la paroi d'un four, qui permet

de prolonger la durée de vie du four.

La présente invention a pour septième objet un appareil de réparation de la paroi d'un four, qui est fa-

cile à utiliser.

Suivant l'invention, on obtient un appareil de réparation de la paroi d'un four au moyen d'un pistolet de pulvérisation à plasma inséré dans le four, caractérisé

en ce qu'il comprend: le pistolet à plasma, utilisant com-

me gaz de travail de l'arqon additionné d'azote; un dispo-

sitif de prise d' image pour observer la paroi du four; un dispositif de réglage de position pour amener le pistolet sur une partie endommagée de la paroi; un dispositif de

commande de plasma, pour régler le rapport de mélange d'a-

zote et d'argon dans le gaz de travail du pistolet, de ma-

nière à régler la longueur de flamme de ce pistolet de pul-

vérisation à plasma; un dispositif d'amenée de matériau de

réparation au pistolet à plasma; et un mécanisme de dépla-

cement du pistolet le long de la partie endommagée de la paroi.

D'autres objets et avantages de l'invention appa-

raltront aux hommes de l'art à la lecture de la description

de son mode de réalisation, non limitatif, représenté sur les dessins annexés dans lesquels:

la figure 1 illustre schématiquement la construc-

tion d'une partie de tête d'une lance refroidie à l'eau;

la figure 2 illustre schématiquement la construc-

tion d'un mécanisme de déplacement; la figure 3 est une coupe montrant la construction d'un joint de la tête d'une lance refroidie à l'eau et d'un mécanisme élévateur;

la figure 4 est une vue extérieure du joint re-

présenté sur la figure 3;

la figure 5 est un graphique illustrant la rela-

tion entre un rapport des composants d'un gaz de formation d'un jet de plasma et une longueur de flamme; la figure 6 illustre schématiquement une flamme de plasma; la figure 7 illustre schématiquement la configura- tion d'une flamme à une distance de pulvérisation optimale; et

la figure 8 illustre schématiquement la configu-

ration d'une flamme à une distance de pulvérisation non ap-

propriée.

On décrit maintenant le mode préféré de réalisa-

tion de la présente invention, avec référence aux dessins annexés.

On se reporte à la figure 1 qui est une vue sché-

matique illustrant la construction d'une tête d'une lance 1,refroidie à l'eau, d'un appareil de réparation de paroi de four conforme à la présente invention. La tête de la

lance 1 refroidie à l'eau peut tourner dans un plan verti-

cal, comme décrit plus loin, mais la figure 1 représente

une coupe perpendiculaire au plan de rotation et la rota-

tion est effectuée vers le fond, comme représenté sur le dessin, La tête de la lance 1 à refroidissement par eau

est construite de manière à abriter et à protéger des hau-

tes températures les instruments prévus dans l'appareil, par circulation d'eau de refroidissement dans une enveloppe

métallique à double paroi 10. La tête de la lance 1 refroi-

die à l'eau comporte un pistolet 11 de pulvérisation à plasma, une caméra de télévision 12 pour observer une paroi

de four, qui est un appareil de prise d'image pour l'obser-

vation d'une paroi de four 2, une caméra de télévision 13 pour l'observation d'une flamme 110 du pistolet à plasma 11,

un guide de lumière 14 pour la projection d'un faisceau la-

ser sur la paroi de four 2 afin de déterminer par triangula-

tion la distance entre le pistolet 1 et la paroi 2, à des

positions proches de l'extrémité avant de la tête.

L'axe optique de la caméra de télévision 12 d'ob-

servation de la paroi du four et la direction de pulvéri-

sation de jet de plasma (direction de flamme) du pistolet à plasma 11 sont réglés de manière à être perpendiculaires

au plan de rotation de la tête de la lance 1, et l'axe op-

tique de la caméra de télévision 13 d'observation de la flamme et la direction de projection de faisceau laser du guide de lumière 14 sont réglés de manière à se trouver dans un plan perpendiculaire au plan de rotation de la tête de la lance 1. D'autre part, la tête de la lance 1 est reliée à un bras 18 {voir la figure 3), à son extrémité de base (du côté droit comme représenté sur le dessin). Le

bras 18 est supporté de façon pivotante à l'extrémité in-

férieure d'un mécanisme élévateur 81 monté sur un mécanis-

me 8 de déplacement de la tête de lance refroidie à l'eau 1, du pistolet à plasma 11, des cameras de télévision 12 et 13, cet ensemble pouvant tourner parallèlement à la paroi

de four 2 en position de regard vers la paroi de four 2.

D'autre part, une buse du pistolet 11 de pulvé-

risation à plasma fait saillie à l'extérieur d'un petit o-

rifice 17 qui débouche en un point de l'enveloppe de refroi-

dissement 1G, en face de la paroi de four 2, en même temps qu'un tube 31 d'amenée de matériau de réparation, décrit plus loin. Le pistolet à plasma 11 peut être déplacé vers

la paroi de four 2, c'est-à-dire dans la direction de ra-

yonnement de la flamme 110. Pour cela, la tête de lance refroidie 1 comporte un moteur 115 situé à l'intérieur, sur une partie latérale du pistolet 11, ce moteur ayant un

arbre de sortie dirigé vers la paroi de four 2, perpendicu-

lairement au plan de rotation de la tête de lance 1, une

tige filetée 116 étant accouplée à l'arbre de sortie du mo-

teur 115. D'autre part, le pistolet à plasma 11 comporte un écrou 117 en saillie sur un de ses côtés, la tige filetée 116 accouplée à l'arbre de sortie du moteur 115 se vissant

dans l'écrou 117. Ainsi, par entraînement au moyen du mo-

teur 115, la- tige filetée 116 tourne et déplace le pistolet

à plasma 11 vers la paroi de four 2. En outre, trois con-

tacts de fin de course sont prévus aux deux extrémités et dans la partie centrale d'une plage de déplacement du pis-

tolet 11, respectivement, de sorte que la position du pis-

tolet 11 par rapport à la tête de lance refroidie 1 peut ê-

tre modifiée en trois stades.

L'enveloppe de refroidissement 10 comporte éga-

lement des fenêtres 15, 16 en verre résistant à la chaleur, à des endroits regardant la paroi de four 2o La fenêtre 15 est prévue pour observer un champ de vision de la caméra

de télévision 13 d'observation de flamme, tandis que la fe-

nêtre 16 est disposée en face d'un champ de vision commun de la caméra de télévision 12 d'observation de la paroi de

four et du guide de lumière 14. En outre, la caméra de té-

lévision 13 d'observation de flamme est munie d'un filtre de réduction de la quantité de lumière, pour prendre une image avec diminution de la quantité de lumière de la

flamme 110.

Le pistolet 11 de pulvérisation à plasma est ali-

menté en matériau de réparation, à partir d'un dispositif 3 d'amenée de matériau de réparation, et en gaz de formation

de plasma à partir d'un dispositif 5 de réglage de plasma.

Le dispositif 3 de distribution de matériau de réparation alimente une buse du pistolet à plasma 11 en matériau de réparation, tel que SiO2, A1203, ZiO2, MgO, CaO et SiC, par

l'intermédiaire du tube 31 d'amenée de matériau de répa-

ration, et il comporte une vanne de réglage (non représen-

tée)de la quantité distribuée.

Le dispositif 5 de réglage de plasma mélange l'ar-

gon gazeux 51 et l'azote gazeux 52 et envoie le mélange ré-

sultant au pistolet 11 de pulvérisation à plasma, par l'in-

termédiaire d'un tube 50 d'amenée de gaz de travail.

L'image prise par la caméra de télévision 12 pour

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l'observation de la paroi de four 2 est transmise à un dis-

positif 4 d'entrée de position de dommage et elle est affi-

chée. L'information de position d'une partie endommagée 25 est entrée et stockée dans un dispositif de commande 9, par indication de la position de la partie endommagée 25 sur un visuel du dispositif 4 d'entrée de position de dommage,

au moyen d'un crayon lumineux 41.

Un faisceau laser projeté par le guide de lumière 14 est rayonné par un générateur laser 6. Autrement dit, le

faisceau laser engendré par le générateur laser 6 est trans-

mis à la tête de la lance refroidie 1 par l'intermédiaire du guide de lumière 14 et il est projeté dans le champ de vision de la caméra de télévision 12,sur la surface de la paroi de four 2, à partir de l'extrémité avant du guide de

lumière 14 et à travers la fenêtre 16.

L'image prise par la caméra de télévision 13 d'ob-

servation de flamme est affichée sur un dispositif de sur-

veillance 7.

Chacun des instruments décrits ci-dessus est com-

mandé par un dispositif de commande 9. Plus précisément, le dispositif 9 commande un mécanisme de déplacement 8 afin que

la flamme du pistolet à plasma 11 suive la position endomma-

gée de la paroi de four 2,qui est entrée par le dispositif

4 d'entrée de position de dommage et stockée dans le dispo-

sitif de commande. Ce dernier commande également le dispo-

sitif 5 de réglage de plasma, pour modifier le rapport de mélange de Ar et N2 afin de régler la longueur de flamme du pistolet à plasma 11. En outre, le dispositif de commande 9 actionne le dispositif 3 de distribution de matériau de

réparation, afin de distribuer ce matériau.

Le mécanisme 8 sert également au déplacement de la tête de la lance 1 refroidie à l'eau, comme décrit plus loin.

La figure 2 illustre schématiquement la construc-

tion et la position d'utilisation dans un four à coke 20 du

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1 1 mécanisme 8 de déplacement de la tête de lance refroidie 1 décrite plus haut, cette figure étant une coupe dans une

direction longitudinale du four à coke 20.

Le mécanisme de déplacement 8 comprend une base mobile 84 qui se déplace sur la surface supérieure du four à coke 20 dans le sens de la largeur de ce four, un chariot 82 qui se déplace sur la base mobile 84 dans la direction longitudinale du four à coke 20, un manipulateur 80 porté sur le chariot 82, un mécanisme élévateur 81 de la tête de

lance 1 installé sur le manipulateur 80 et d'autres éléments.

Le manipulateur 80 est monté sur le chariot 82 et

il porte dans sa partie centrale,en vue de dessus,le mécanis-

me élévateur 81 pour la tête de lance 1, de sorte que le mécanisme élévateur 81 est déplacé vers le haut et vers le bas au moyen d'un appareil 81A d'entraînement ascendant et

descendant et il est mis en rotation dans la direction hori-

zontale au moyen d'un appareil 81B d'entraînement rotatif, tout en supportant le mécanisme élévateur 81. La position du mécanisme élévateur 81 vers le haut et le bas par rapport

au manipulateur 80 est détectée par un capteur 81a et l'an-

gle de rotation est détecté par un capteur 81b, ces infor-

mations étant envoyées au dispositif de commande 9.

Le chariot 82 est prévu pour être déplacé sur deux

rails 83,83 posés latéralement (dans la direction longitudi-

nale du four à coke 20) comme représenté sur la figure 2,

sur la base mobile 84, au moyen d'un dispositif d'entratne-

ment 82Ao La base mobile 84 est prévue pour être déplacée sur deux rails 85,85 posés sur la surface supérieure du four

à coke 20 dans la direction de la profondeur comme représen-

té sur la figure 2 {la direction perpendiculaire aux rails 83,83 sur lesquels le chariot 82 se déplace, c'est-à-dire la direction de la largeur du four à coke 20), au moyen d'un

dispositif d'entraînement 83A. Par conséquent, le manipula-

teur 80 peut être déplacé sur la surface supérieure du four à coke 20 à la fois dans la direction de la longueur et dans la direction de la largeur du four à coke 20. La position de déplacement du chariot 82 est détectée par un capteur

82a, tandis que la position de déplacement de la base mo-

bile 84 est détectée par un capteur 83b. Les résultats de détection des capteurs 82a et 83b sont envoyés au disposi-

tif de commande 9.

Le mécanisme élévateur 81 est supporté sur le

manipulateur 80,avec sa direction longitudinale comme di-

rection verticale, comme décrit plus haut, de sorte qu'il peut tourner dans la direction horizontale et se déplacer

vers le haut et le bas.

* Le mécanisme élévateur 81 supporte l'extrémité de base de la tête de lance 1 refroidie à l'eau, supportée

de façon pivotante à son extrémité inférieure pour permet-

tre une rotation dans le plan vertical. La figure 3 (coupe) et la figure 4 (vue de côté) illustrent schématiquement la construction d'une partie de jonction de la tête de lance 1 et du mécanisme élévateur 81. La figure 3 est une coupe suivant la ligneIII-III de la figure 4 lorsque la tête de

lance I est à la position représentée par une ligne imagi-

naire sur la figure 4,c'est-à-dire que les directions longi-

tudinales de la tête de lance 1 et du mécanisme élévateur

81 coïncident mutuellement.

Le mécanisme élévateur 81 comporte une fourche à deux branches à son extrémité inférieure, et lun bras 18, relié à l'extrémité de base de la tête de lance 1 refroidie à l'eau, est supporté de façon pivotante dans cette fourche

de manière à se loger dans la partie fourchue. Plus préci-

sément, le bras 18 comporte un joint oscillant 810,orienté perpendiculairement à la direction longitudinale de la tête de lance 1 comme direction axiale, à une position proche

de son extrémité de base. D'autre part, le mécanisme élé-

vateur comporte un palier 811,ayant une direction horizon-

tale comme direction axiale. Le joint oscillant 810 est

supporté sur ce palier 811.

Avec la construction décrite ci-dessus, la tête de lance 1 peut tourner dans un plan vertical parallèle à la paroi de four 2, autour du joint oscillant 810 comme

centre, dans une situation o le pistolet 11 de pulvérisa-

tion à plasma, les caméras de télévision 12, 13 et dUau- tres éléments sont tournés vers la paroi de four 2. Le joint oscillant 810 comporte des entrées de câble 813,813

qui débouchent dans les parties dirigées vers le mécanis-

me élévateur 81, et des sorties de câble 814,814 qui dé-

bouchent dans les parties situées du côté du bras 18. Les câbles du guide de lumière 14, des caméras de télévision

12, 13 et autres, le tube 31 d'amenée de matériau de répa-

ration, le tube 50 d'amenée de gaz de travail et analogues traversent les entrées de câble 813,813 et les sorties de

câble 814,814.

Le repère 315 désigne une enveloppe de refroidis-

sement du mécanisme élévateur 81, construite de la même manière que l'enveloppe de refroidissement 10 de la tête de lance 1 refroidie à l'eau. D'autre part, le repère 81C désigne un dispositif d'entrainement prévu à l'extrémité

inférieure du mécanisme élévateur 81, le repère 81c dési-

gnant un capteur pour la détection de l'angle de rotation de la tête de lance 1 par rapport au mécanisme élévateur 81,

le résultat de détection du capteur 81c étant envoyé au dis-

positif de commande 9.

Le four à coke 20 comporte d'autre part une plu-

ralité d'orifices 21, 21...,pour introduire dans le four à coke 20 le charbon qui est une matière de base du coke, sur sa surface supérieure, la tête de lance refroidie 1

étant introduite dans le four 20 par l'un ou l'autre des ori-

fices 21,21... de chargement de charbon.

Le déplacement du chariot 82, de la base mobile 84 et du mécanisme élévateur 81, la rotation de la tête de lance 1 par rapport au mécanisme élévateur et autres étant détectés par le capteur 81a, ces capteurs sont composés d'un

potentiomètre, d'une échelle numérique et de composants sem-

blables. Le résultat de la mesure du capteur 81a est entré

dans le dispositif de commande 9, de sorte que celui-ci spé-

cifie la position d'une image prise par la caméra de télé-

vision 12 d'observation d'une paroi du four, sur la base des

résultats de la mesure.

Comme le montre la description ci-dessus, avec un

appareil conforme à la présente invention, la position,sur

la paroi de four 2 à pulvériser thermiquement par le pisto-

let à plasma 11, peut être réglée dans les trois dimensions:

la direction vers le haut et le bas et la direction horizon-

tale grâce au mouvement de rotation de la tête de lance re-

froidie 1,avec l'extrémité inférieure du mécanisme éléva-

teur 81 comme centre,et au mouvement ascendant et descen- dant du mécanisme élévateur 81, et la direction perpendicu-

laire à la paroi de four 2 du pistolet 11 grâce au moteur , mais on peut également régler la longueur de flamme du pistolet 11 de pulvérisation à plasma, pour déterminer la position dans la direction perpendiculaire à la paroi de

four 2, comme décrit plus loin.

On décrit maintenant le fonctionnement d'un ap-

pareil conforme à la présente invention, construit comme

décrit ci-dessus. Dans la description suivante, on suppose

que la partie endommagée 25 est une partie étroite en forme

de fissure.

On place d'abord le manipulateur 80 du mécanisme de déplacement de la tête de lance 1 directement au-dessus de l'orifice 21 de chargement de charbon, près de la paroi

de four 2 o il semble que la partie endommagée 25 se trou-

ve, à l'intérieur du four à coke 20. On descend ensuite le mécanisme élévateur 81 à travers l'orifice 21 de chargement

de charbon, de manière à introduire la tête de lance 1 re-

froidie à l'eau dans le four à coke 20. Lorsque la tête de lance 1 est insérée dans le four à coke 20, la tête de lance 1 est descendue dans le four 20, à travers l'orifice 21 de

chargement de charbon, de sorte que la direction longitudi-

nale de la tête de lance 1 coincide avec la direction lon-

gitudinale du mécanisme élévateur 81, c'est-à-dire la di-

rection de montée et de descente, afin de placer les deux

directions en alignement.

Ensuite, la direction longitudinale de la tête de lance 1 est amenée en parallèle à la paroi de four 2, par utilisation du mouvement ascendant et descendant et de la rotation horizontale du mécanisme élévateur 81 ainsi que

de la rotation de la tête de lance 1. On recherche la par-

tie endomm.aagée 25 sur une image prise par la caméra de té-

lévision 12 d'observation de la paroi de four 2 et repro-

duite dans le dispositif 4 d'entrée de position de dotmmage et, lorsqu'on a trouvé la partie endommagée 25 à répareron

stocke l'information de position endommagée dans le disposi-

tif de commande 9,à l'aide du crayon lumineux 41.. Le stocka-

ge de l'information de position de la partie endommagée 25

est effectué par indication de la position de la partie en-

dommagée 25 à réparer, c'est-ère concrètement les detux eotrémitosou les deux extrémités et les points d'inflexion

de la partie fissurée 25 sur l'image du dispositif 4 d'en-

trae de position endommagée, au moyen du crayon lumineux 41o Plus preécisément, le dispositif de commande 9 détecte la

position présente du mécanisme de déplacement 8 (concrète-

mient le manipulateur 80} sur le four à coke 20, la position

de montée et de descente et la position de rotation du mé-

canismre élévateur 81 par rapport au manipulateur 80 et la position de rotation de la tête de lance refroidie 1 par rapport au mécanisme élévateur 81, de manière à spécifier dans les trois dimensions la position de l'image prise par la caméra de télévision 12 d'observation de la paroi de four,

par rapport à la paroi de four 2, sur la base des points dé-

tectés. Par indication des positions des deux extrémités de la partie endommagée 25, au moyen du crayon lumineux 41, le

dispositif de commande 9 spécifie les positions,comme posi-

tions sur l'image, de sorte que le dispositif de commande 9 stocke l'information de la position de la partie endommagée

de la paroi de four 2.

Ensuite, après stockage par le dispositif de com-

mande 9 des données de position de la partie endommagée 25, on commence la réparation effective. Dans l'opération de réparation proprement dite,

le dispositif de commande 9 détecte toujours par triangula-

tion la distance entre la tête de lance refroidie 1 et la paroi de four 2, la position de projection d'un faisceau laser émis par l'extrémité avant du guidage de lumière 14

vers l'axe optique de la caméra de télévision 12, sur l'i-

mage de la caméra de télévision 12, étant détectée (les angles de l'axe optique de la caméra de télévision 12 et l'angle du faisceau laser par rapport à la paroi de four 2 étant constants et la distance entre l'axeoptique de la caméra de télévision 12 et l'extrémité avant du guidage de lumière 14 étant constante). Sur la base de ce résultat de détection, le dispositif de commande 9 entraîne le moteur

pour déplacer le pistolet à plasma 11 perpendiculaire-

ment à la paroi de four 2, afin de régler la distance entre le pistolet 11 et la paroi 2 à une valeur appropriée à la

pulvérisation par plasma.

Le dispositif de commande 9 provoque la montée et la descente du mécanisme élévateur 81 ou la rotation de la tête de lance refroidie 1, de sorte que le jet de flamme

du pistolet 11 de pulvérisation à plasma peut être dé-

placé suivant la direction longitudinale de la partie en-

dommagée 25.

Toutefois, dans l'opération de pulvérisation par plasma, si la distance entre le pistolet à plasma 11 et la surface de la paroi de four 2 à pulvériser thermiquement (appelée ci-après simplement distance de projection) est

trop grande, l'efficacité d'adhérence du matériau thermi-

quement pulvérisé, c'est-à-dire le matériau de réparation, est diminuée, tandis que si la distance de projection est

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trop petite, la paroi de four 2 fond. Par conséquent, la distance de projection optimale est dans une plage comprise

entre la distance trop grande et la distance trop petite.

Autrement dit, il suffit de maintenir la distance entre l'extrémité avant d'une buse du pistolet à plasma 11 et la

paroi de four 2 à l'intérieur de la plage de distance de pro-

jection optimale. Pour cela, le pistolet 11 peut être dépla-

cé perpendiculairement à la paroi de four 2 au moyen du

moteur 115, comme-décrit plus haut.

Toutefois, la paroi de four 2 présente des irrégu-

larités locales sur la plus grande partie de sa surface et, en général, la partie endommagée 25 à réparer est davantage creusée que la paroi de four 2 environnante saine, mais la profondeur du creux n'est pas uniforme. Par contre, comme décrit ci-dessus, le pistolet à plasma est à la distance

de projection optimale. De ce fait, la distance entre l'ex-

trémité avant de la buse du pistolet 11 et la surface de la

partie endommagée 25 à pulvériser en pratique n'est pas cons-

tante, de sorte qu'on ne peut pas obtenir une excellente ré-

paration par simple réglage à une valeur constante de la distance entre l'extrémité avant de la buse du pistolet 11 de pulvérisation à plasma et la paroi de four 2 au moyen

du moteur 115.

D'autre part, comme déjà indiqué, la présente de-

manderesse a trouvé que, lorsqu'on modifie la quantité d'a-

zote dans le mélange d'azote et d'argon utilisé comme gaz de travail pour le jet de plasma, on peut régler la distance de projection optimale par modification de la longueur de la flamme de plasma. La raison en est que le facteur qui a la plus grande influence sur le-chauffage des poudres de

matière pulvérisées par la flamme de plasma et sur le chauf-

fage d'un substrat dans l'opération de pulvérisation par

plasma est le gaz de travail. De sorte que l'état de chauf-

fage et de fusion de la matière pulvérisée peut être-réglé par modification de la composition et de la quantité du gaz de travail. On peut ainsi obtenir un revêtement uniforme de la matière pulvérisée, indépendamment de la variation de distance entre l'extrémité avant de la buse du pistolet à

plasma et l'objet à pulvériser.

La figure 5 est un graphique illustrant les ré- sultats expérimentaux obtenus par la présente demanderesse, afin d'établir une relation entre le rapport des quantités d'azote (le gaz secondaire) et d'argon (le gaz principal) et la distance de projection. On a reporté les résultats expérimentaux dans le cas o on pulvérise thermiquement des poudres de briques réfractaires Roseki (SiO2: 78%, A1203: 22%) sur la paroi de four constituée de briques de silice

(SiO2). L'axe des ordonnées indique la distance de projec-

tion et l'axe des abscisses indique le rapport de mélange de N2 gazeux à Ar gazeux dans le gaz de travail pour le jet de plasma. La partie hachurée indique la plage de distance

de pulvérisation optimale. A ce sujet, la distance de pro-

jection optimale a été déterminée en considérant l'effica-

cité d'adhérence, l'état de fusion-solidification et les

influences sur le substrat du matériau pulvérisé. Le maté-

riau pulvérisé est insuffisamment fondu dans la zone si-

tuée au-dessus de la plage de distance de projection op-

timale, tandis que le substrat tend à fondre dans la zone

située au-dessous de la plage de distance de projection op-

timale.

Ces résultats montrent que, lorsqu'on utilise seulement de l'argon comme gaz de travail pour le jet de plasma à un débit de 55 Nl/mn, la distance de projection optimale est de l'ordre de 28 à 35 mm et la distance de projection optimale augmente presque proportionnellement à l'augmentation de la quantité d'azote, lorsqu'on augmente progressivement la quantité d'azote en maintenantconstante

la quantité d'argon. Le plus grand débit admissible d'azo-

te gazeux est de 5,5 Nl/mn pour un débit d'argon gazeux de 55 Nl/mn et la longueur de flamme est de 28 mm au minimum et 63 mm au maximum dans cette plage. Par suite, même si on modifie la distance de projection de la valeur minimale de 28 mm à la valeur maximale de 63 mm, on peut obtenir un revêtement presque uniforme de matière pulvérisée, quelle que soit la valeur de la distance de projection, par régla-

ge du rapport de mélange des gaz en fonction de la varia-

tion de la distance de projection, de manière à régler la

longueur de flamme.

Il suffit donc de régler la longueur de flamme

par le procédé décrit plus haut, en fonction de la profon-

deur de la partie endommagée 25 par rapport à la surface de la paroi de four saine 2, tout en maintenant constante la distance entre l extrémité avant de la buse du pistolet 11

et la surface de la paroi de four saine 2.

Comme déjà indiqué, lorsque le débit d'azote gazeux est trop grand, on communique une chaleur excessive à l'objet à pulvériser, de sorte que le substrat fond et

est endommagé. Au contraire, lorsque le débit d'azote ga-

zeux est trop petit, lVextrémité avant de la flamme ne peut pas atteindre la surface de l'objet à pulvérisero De ce fait,

lorsque les poudres de matière pulvérisée atteignent l'ob-

jet elles sont déjà refroldies de sorte que leur efficaci-

té d'adhéren ce l'objet est diminuée. De plus, lorsque le rapport de mélange d'azote (le gaz secondaire} et d'argon (le gaz primaire) est de 10/100 ou davantage, la longueur de flamme nest pas réellement augmentée. Il est donc inutile d'accroître encore le débit d'azote gazeux au-delà de cette valeur. Conformément à la présente invention, le réglage

d'obtention de la distance de projection optimale est ef-

fectué comme suit.

La flamme 110 émise par le pistolet 11 de pulvéri-

sation à plasma comprend une flamme réelle de plasma 111 et

une flamine 112,rayonnée par le matériau de réparation chauf-

fé,du côté de l'extrémité avant de la flamme de plasma 111, comme représenté sur la figure 6. Lorsque cette flamme 110 est prise sur l'image de la caméra de télévision 13, à travers le filtre 130 réduisant la transmission de lumière à 1/1000 environ, elle présente une forme "en champignon" à l'intérieur de la plage de distance de projection opti-

male,comme représenté sur la figure 7. La raison d'une tel-

le forme est que l'extrémité avant de la flamme 110 est vue

solidairement avec une partie qui est diffusée dans le voi-

sinage après projection sur la surface de la paroi de four

2, en vue de côté et du haut. Lorsque la distance de pro-

jection est trop petite, la partie en chapeau de champignon est élargie, comme représenté sur la figure 8 (a) alors que lorsque ladistance de projection est trop grande, la partie en chapeau est de dimension réduite, comme représenté sur

la figure 8(b). Pour une nouvelle augmentation de la dis-

tance de projection, l'extrémité avant se sépare, comme re-

présenté sur la figure 8(c). Par conséquent, on peut appré-

cier par la mesure d'une épaisseur "a" et d'une largeur "b" de la partie en chapeau de la flamme prise sur l'image du dispositif de surveillance 7, comme représenté sur la figure 7, si la distance de projection réelle est ou non dans la plage de distance de projection optimale, sur la

base d'un rapport "a/b".

L'appréciation,décrite ci-dessus,de la distance de projection optimale sur la base de l'image de la flamme, est effectuée par analyse de l'image prise par la caméra de

télévision 13 d'observation de flamme, pour mesurer l'é-

paisseur "a" et la largeur "b" de la partie en chapeau d'une image de la flamme représentée sur la figure 7, au moyen du

dispositif de commande 9.

Le dispositif 9 commande le dispositif 5 de régla-

ge de plasma, de manière à régler le rapport de mélange d'argon et d'azote afin de maintenir le rapport de la valeur

mesurée de "a" et de celle de "b" dans la plage prédétermi-

née comme décrit ci-dessus, ce qui règle la longueur de la

flamme 110. Dans cette situation, si le rapport de la va-

leur mesurée de "a" et de celle de "b" n'est pas à l'inté-

rieur de la plage prédéterminée, on met en service le mo-

teur 115 pour déplacer le pistolet à plasma 11o De plus, puisqu'en général la distance de pro- jection optimale dépend également de facteurs tels que (1) une valeur de débit de plasma, (2) un débit d'amenée de

matériau de réparation, (3) le type de matériau de répara-

tion et (4) la matière de la paroi de four à réparer,on

introduit d'abord dans le dispositif de commande 9 une va-

leur numérique préalablement déterminée par des essais sur la base des diverses conditions ci-dessus, c'est-à-dire

du rapport précité de (a) et (b).

On décrit maintenant le réglage de la vitesse de déplacement du pistolet à plasma 11 pendant l'opération de

pulvérisation par plasma.

Puisque la vitesse de déplacement du pistolet à plasma 11 est trop petite dans le cas oh le matériau de réparation est vu, sur le dispositif de surveillance 7 de la caméra de télévision 13 d'observation de flamme, sous la forme d'une projection disperséependant l'opération de

pulvérisation par plasma, on augmente la vitesse de dépla-

cement du pistolet 11. De même, dans le cas o la quantité de matériau de réparation qui adhère à la paroi de four 2

semble trop grande, il suffit de réduire la quantité dis-

tribuée de matériau de réparation, par étranglement de la

vanne du distributeur 3 de matériau de réparation, ou d'aug-

menter la vitesse de déplacement du pistolet 11.

Bien que,dans le mode de réalisation décrit ci-

dessus,le pistolet à plasma 11 soit déplacé automatiquement,

sur la base de l'information de position de la partie en-

dommagée 25 stockée par le dispositif de commande 9, et que

la longueur de flamme soit automatiquement réglée en fonc-

tion de la profondeur de la partie endommagée 25 détectée par analyse de l'image prise sur la caméra de télévision 13

d'observation de flamme, il va sans dire qu'on peut exécu-

ter une seule de ces deux fonctions par le dispositif de commande, l'autre étant exécutée manuellement,ou bien les

deux fonctions peuvent être exécutées manuellement. -

Comme décrit ci-dessus, conformément à la présen- te invention, puisqu'on peut réparer avec une précision et une efficacité élevées une partie endommagée longue et étroite telle qu'une fissure d'une paroi de four, une telle partie endommagée qui se trouve en profondeur dans un

four et ne peut pas être observée visuellement de l'exté-

rieur du four pouvant être réparée facilement, et la "répa-

ration à chaud" étant possible sans abaisser beaucoup la température du four, l'efficacité de fonctionnement ainsi que le rendement énergétique ne sont pas diminués. En outre,

un opérateur n'est pas obligé d'exécuter un travail dange-

reux dans un environnement difficile, l'opération est fa-

cile et la durée de vie du four peut également être prolon-

gée. Il est entendu que des modifications de détail peuvent être apportées dans la forme et la construction du dispositif suivant l!invention, sans sortir du cadre de celle-ci.

Claims

Revendications

1o- Appareil pour la réparation d'une paroi de four (2) au moyen d'un pistolet de pulvérisation à plasma inséré dans le four, caractérisé en ce qu'il comprend: le pistolet à plasma (11) utilisant comme gaz de travail de l'argon additionné d'azote; un dispositif (12) de prise d'image pour observer la paroi du four; un dispositif de commande de position pour placer le pistolet à plasma

sur une partie endommagée (25) de la paroi de four; un dis-

positif (5) de réglage de plasma, pour modifier le rapport de mélange de l'azote gazeux et de l'argon gazeux dans le

gaz de travail du pistolet à plasma, afin de régler la lon-

gueur de flamme de ce pistolet; un dispositif (3) de dis-

tribution de matériau de réparation, pour alimenter le

pistolet de pulvérisation à plasma en matériau de répara-

tion de la paroi de four; et un mécanisme de déplacement (8) pour déplacer le pistolet à plasma le long de la partie endommagée de la paroi de four, de sorte que ledit appareil

de réparation répare la paroi de four par réglage de la lon-

gueur de flamme du pistolet a plasma de manière à obtenir une distance de projection optimale tout en déplaçant le pistolet le long de la partie endommagée, par commande du

mécanisme de déplacement.
2.- Appareil suivant la revendication 1, caracté-

risé eni ce que le rapport de mélange d'azote et d'argon (N2/Ar) dans le gaz de travail du pistolet de pulvérisation

a plasma est de 10/100 ou moins.
3.- Appareil suivant la revendication 1 ou 2, ca-

ractérisé en ce que le mécanisme de déplacement (8) com-

porte des moyens (82,83,84,85) pour l'amener à une position

choisie sur la surface supérieure du four à réparer.

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4.- Appareil suivant l'une quelconque des reven-

dications précédentes, caractérisé en ce que le mécanisme

de déplacement comporte un premier dispositif de déplace-

ment (81A), pour faire monter et descendre le pistolet à plasma, et un deuxième (81B) et un troisième (81C) dispo- sitifs de déplacement, pour faire tourner le pistolet à

plasma dans un plan horizontal et un plan vertical.
5.- Appareil suivant l'une quelconque des reven-

dications précédentes, caractérisé en ce qu'il comporte un quatrième dispositif de déplacement (115,116,117), pour déplacer le pistolet à plasma par rapport au mécanisme de

déplacement, le long d'une direction d'émission d'une flam-

me émise dans la direction horizontale.
6.-Appareil suivant la revendication 5, caracté-

risé en ce que le pistolet à plasma peut être déplacé dans les trois dimensions, par déplacement vers le haut et vers le bas au moyen du premier dispositif de déplacement, dans

la direction parallèle à la paroi de four au moyen des pre-

mier et troisième dispositifs de déplacement, et dans la direction perpendiculaire à la paroi de four au moyen du quatrième dispositif de déplacement, dans une condition

telle que la direction d'émission de la flamme est perpendi-

culaire à la paroi de four à réparer.
7.- Appareil suivant l'une quelconque des revendi-

cations précédentes caractérisé en ce qu'il comprend en outre un dispositif d'entrée de position endommagée (4), pour entrer l'information de position endommagée dans une image de l'appareil (12) de prise d'image, et un dispositif

de commande (9) pour stocker l'information de position en-

dommagée venant du dispositif d'entrée de position endomma-

gée et déplacer le pistolet à plasma le long de la partie endommagée, par commande du mécanisme de déplacement sur la -25

base de l'information stockée.
8.- Appareil suivant l'une quelconque des revendi-

cations précédentes, caractérisé en ce qu'il comprend en outre un dispositif (13) de prise d'image pour observer la flamme (110) du pistolet de pulvérisation à plasma, et un dispositif de commande (9) du dispositif de réglage de plasma (5) sur la base du résultat d'observation fourni par le dispositif de prise d'image (13) d'observation de flamme, pour régler le rapport de mélange d'azote et d'argon de sorte que la longueur de flamme du pistolet à plasma peut

être à la distance de projection optimale.