FR2624852A1 - Procede de preparation d'une surface d'une structure refractaire et composition de particules destinee a ce procede - Google Patents

Abstract

La présente invention concerne la préparation de surface de structures réfractaires par projection d'un mélange de particules combustibles, de particules d'oxyde réfractaire et d'un agent fondant dans un mélange de gaz comburant. La chaleur dégagée par la combustion des particules combustibles, la présence du fondant et l'action mécanique du courant projeté permettent un enlèvement ou un déplacement de matière de ladite surface. L'invention permet de rectifier le profil de structures réfractaires, par exemple en vue d'un traitement ultérieur de soudure céramique.

Description

1. Procédé de préparation d'une surface d'une structure réfractaire et

composition de particules destinée à ce procédé.

La.présente invention concerne un procédé de préparation d'une surface d'une structure réfractaire. Elle concerne également une composition de particules destinée à être utilisée dans un procédé de préparation d'une surface

d'une structure réfractaire.

Le procédé. selon la présente invention peut avoir divers usages, mais

il est particulièrement avantageux en tant qu'étape dans la réparation de struc-

tures réfractaires endommagées.

Des structures réfractaires de différents types, telles que des fours métallurgiques, des fours de cokerie et des fours de fusion de verre tendent à

0 s'endommager au cours de leur durée de vie.

Un tel endommagement peut par exemple se manifester sous forme de glissement d'un ou de plusieurs bloc(s) réfractaire(s) par rapport à l'ensemble de la structure, ce qui se traduit par un profil de surface irrégulier, ou sous forme de fissuration de la structure réfractaire. Il est en général souhaitable de restaurer is le profil de surface de la structure réfractaire, et il est également souhaitable de prévenir un glissement plus important du ou des blocs en question et de colmater toute ouverture provoquée par ce glissement ou par fissuration. Dans ce but, il

peut être nécessaire ou souhaitable de découper toute proéminence de la struc-

ture réfractaire. En variante, ou en complément, il peut être nécessaire ou souhai-

o table de découper une gorge danbs un bloc qui aurait glissé et/ ou dans un bloc

voisin de manière à pouvoir former ou insérer une clé dans la gorge pour éviter un.

nouveau glissement. En variante ou en complément, il peut être nécessaire ou souhaitable d'élargir ou de mettre en forme toute ouverture créée par un tel

glissement ou fissuration pour y former ou insérer un bouchon approprié.

Un tel endommagement peut aussi être dû à l'érosion de la matière de la structure réfractaire. Une telle érosion tend à conférer à la structure un profil de surface irrégulier et il est souvent souhaible de modifier ce profil de

surface avant de réparer la structure.

Pour d'autres raisons, il peut être nécessaire ou souhaitable de faire

un trou dans une structure réfractaire, ou de la rectifier d'une autre manière.

On pourrait évidemment dresser mécaniquement une structure réfractaire, par exemple au moyen d'un disque de découpe, d'un foret o d'un

autre outil, mais ceci présente certains désavantages pour la réparation de réfrac-

2. taire. Afin de préparer la surface du réfractaire et de lui conférer une surface apte

à sa réparation l'opérateur doit normalement se placer près de la surface à prépa-

rer, ce qui implique que cet endroit doit être à une température que l'opérateur peut supporter pendant le temps nécessaire à cette préparation. Ceci implique à son tour que la structure réfractaire soit refroidie vis-à-vis de sa température normale de travail ou d'une température qui se situe dans le cycle normal des températures de travail. Elle devrait ensuite être réchauffée après sa préparation et sa réparation. Dans le cas de fours industriels de différents types, afin d'éviter l'endommagement du four lorsque sa matière réfractaire se contracte ou se dilate, o10 il arrive qu'un tel refroidissement ou un tel réchauffage doive s'étaler sur plusieurs jours et même sur plusieurs semaines, et ceci représente évidemment une perte de

productivité importante de ce four.

Un des objets de la présente invention est de procurer un procédé de préparation d'une surface d'une- structure réfractaire qui puisse être mise en 1s5 oeuvre sans nécessiter aucune mesure positive pour effectuer un abaissement

substantiel et délibéré de la tampérature de la structure vis-à-vis d'une tempéra-

ture à laquelle elle se trouve normalement lorsqu'elle est en fonctionnement, en

évitant ainsi de longues périodes de refroidissement et de réchauffage.

La présente invention concerne un procédé de préparation d'une surface d'une structure réfractaire, caractérisé en ce qu'on projette sur la surface à préparer un courant de gaz comburant portant un mélange de particules qui

comprend des particules d'un ou de plusieurs éléments qui est ou sont oxyda-

bles(s) pour former un ou plusieurs oxyde(s) réfractaire(s) (ci-après dénommées "particules combustibles") et des particules d'oxyde réfractaire et l'on fait ou l'on laisse brûler les particules combustibles, le dit mélange comprenant en outre un agent fondant, dont l'action fondante est telle que sous l'effet de la chaleur produite par la combustion des particules combustibles, la structure réfractaire ramollit à un point tel que la dite surface subit un enlèvement ou un déplacement

de matière sous l'action mécanique du courant projeté.

3,; Le procédé selon la présente invention permet de ce fait de préparer une surface d'une structure réfractaire, sans nécessiter d'étape de refroidissement substantiel et délibéré de la température de la structure depuis une température à laquelle elle se trouve normalement lorsqu'elle est en fonctionnement, évitant ainsi de longues périodes de refroidissement et de réchauffage, et donc réduisant de la sorte les problèmes liés à la contraction ou à.la dilatation de la matière réfractaire qui pourraient survenir. Par exemple, il est habituellement possible de travailler de telle manière que la structure réfractaire ne doive pas être refroidie 3. ou réchauffée en franchissant un point de transition de la courbe dilatométrique de la matière qui la constitue. En fait, le procédé de l'invention est d'autant plus efficace que la température de la structure réfractaire est plus élevée. Le procédé présente l'avantage particulier d'être facilement utilisable pour préparer la surface de structures constituées de matières fortement réfractaires, et/ou qui se trouvent à une température élevée mais néanmoins relativement basse par rapport à la température maximum de travail acceptable pour la qualité du réfractaire qui les constitue.

Le procédé de préparation de surface peut être mis en oeuvre sim-

o plement pour enlever certaines parties de structures réfractaires. Une structure

réfractaire peut parfois être tellement érodée que, plutôt que d'effectuer la répa-

ration en remplaçant simplement la matière érodée, il est plus économique ou souhaitable d'enlever davantage de matière pour permettre le placement d'un nouveau bloc réfractaire. Il est parfois nécessaire de découper des trous dans des blocs réfractaires, par exemple pour y adapter une clé. Parfois, un bloc de.voûte d'une structure réfractaire glisse de son emplacement et forme une protubérence sur la structure réfractaire, et il est nécessaire d'enlever une partie de ce bloc pour rectifier le profil de la structure. Ces opérations peuvent être mises en oeuvre par un procédé de préparation de surface selon l'invention parce que l'agent fondant permet de maintenir la matière que l'on enlève à l'rétat ramolli ou liquide, ce qui permet son enlèvement sous l'impact du courant de matière, avec le minimum

d'interruption du fonctionnement normal de la structure en raison d'un refroidis-

sement indésirable.

On a remarqué que lorsqu'une surface de structure réfractaire est préparée selon l'invention, la surface ainsi préparée subit une modification de composition. Ceci est dû au fait que la totalité de la matière qui a été ramollie ne part pas de cette surface, et que la matière qui a été ramollie comprend de la

matière qui a été projetée pendant l'opération de préparation de surface, y com-

pris de l'agent fondant. En raison de la présence de l'agent fondant, cette matière ramollie est plus facilement capable de s'écouler dans.les fissures qui peuvent être

présentes dans la surface de la structure et de les combler. Ceci présente l'avan-

tage d'améliorer l'intégrité de la surface préparée: des parties de la structure situées entre des fissures sont soudées en position, de sorte qu'il y a moins de risque qu'elles s'en détachent, et les fissures comblées ne sont plus exposées à, par exemple, l'atmosphère contenue par la structure, qui peut être fortement corrosive. Dans les formes préférées de réalisation de l'invention, la nature et la 4. proportion de l'agent fondant présent dans le mélange projeté sont telles que la température de fusion ou de ramollissement de la matière enlevée de la structure réfractaire est inférieure d'au moins 200 C à celle de la matière réfractaire de la structure dont on prépare la surface. Ceci présente l'avantage de permettre une utilisation encore plus facile du procédé pour préparer des surfaces de structures constituées de matière fortement réfractaires, et/ou qui sont à une température relativement basse par rapport à la température maximum de travail acceptable pour la qualité du réfractaire dont elles sont constituées. Il est particulièrement avantageux d'avoir une forte différence entre les températures de ramollissement io de la matière que l'on enlève et de la matière du coeur du bloc dont on enlève cette matière afin de préserver la structure interne du bloc pendant l'opération de

préparation de surface. En pratique, ceci rend le travail plus facile, particuliè-

rement lorsqu'on travaille sur une surface externe d'un bloc d'une structure réfractaire. Il y aura normalement un gradient de température croissant depuis

cette surface externe vers la surface interne du bloc, et ceci peut rendre la prépara-

tion de l'extérieur d'un tel bloc difficile en préservant sa structure à coeur, s'il

n'existe pas une telle différence des températures de ramollissement.

Avantageusement, l'agent fondant utilisé est un agent fondant pour la matidère réfractaire d'au moins certaines des particules d'oxyde réfractaire. Ceci contribue à maintenir de la matière provenant de ces particules et de la matière

provenant de la structure réfractaire à l'état ramolli ou liquide pour leur enlève-

ment ou leur déplacement.

Il n'est pas nécessaire d'utiliser des quantités importantes d'agent fondant. On a trouvé que la quantité optimale d'agent fondant dépend, comme la quantité optimale de combustible, de la réfractarité de la structure que l'on prépare et de sa température. Il est également souhaitable de ne pas utiliser plus d'agent fondant qu'il n'est nécessaire pour l'obtention du résultat souhaité. On préfère pour cette raison que le dit agent fondant soit présent dans le mélange projeté en une proportion pondérale qui n'est pas supérieure à la moitié de celle des particules combustibles, et de préférence en une proportion pondérale qui

n'est pas supérieure à un tiers de celle des particules combustibles.

Différents agents fondants peuvent être utilisés; certains dépendent de la composition de la structure réfractaire à préparer et de la composition des particules d'oxyde réfractaire qu'on projette. Dans certaines formes préférées de réalisation de l'invention, le dit agent fondant comprend un fluorure. A titre d'exemple, le bifluorure d'ammnonium et le fluorure de magnésium sont des agents fondants efficaces pour de nombreuses compositions d'oxydes réfractaires. En 5. variante ou en complément, on préfère que le dit agent fondant soit un composé d'un métal autre qu'un métal dont un oxyde est présent dans les particules d'oxyde réfractaire. On peut par exemple utiliser du carbonate de calcium en tant qu'agent fondant lorsqu'on travaille avec certains réfractaires silico-alumineux et utiliser du carbonate de magnésium en tant qu'agent fondant lorsqu'on travaille avec de nombreuses compositions réfractaires, autres que celles contenant de la magnésie. En général, on préfère que le dit agent fondant comprenne au moins un sel de métal alcalin. Les sels de métaux alcalins sont de bons agents fondants pour substantiellement toutes les matières réfractaires concernées. On préfère utiliser o des sels de sodium pour des raisons d'économie. Parmi les sels de métaux alcalins qui sont les plus efficaces en tant qu'agents fondants, on trouve les borates, les sulfates, les carbonates et les phosphates, et leur utilisation - est, de ce fait, préférée. Pour des raisons de facilité de projection du mélange de particules, et afin de faciliter le résultat souhaité, avantageusement, la dimension moyennne des particules d'agent fondant est comprise entre une moitié et deux fois la dimension moyenne des particules d'oxyde réfractaire, et de préférence, au moins 50% en

poids des particules d'agent fondant ont une dimension inférieure à 200.m.

Ainsi qu'on l'a établi, le procédé de l'invention est utile pour dresser une structure réfractaire, ou pour y découper un trou. Il faut cependant noter que le' procédé présente des avantages particuliers lorsqu'il est mis en oeuvre en tant

qu'étape préliminaire de certains procédés de réparation de réfractaires, et parti-

culièrement dans des procédés tels que ceux qui sont eux-mêmes capables d'être mis en oeuvre à ou près de la température normale de travail d'une structure

réfractaire.

Une telle technique de réparation est connue sous la dénomination de soudure céramique. Ce type de procédé est illustré dans le brevet britannique n 1 330 894 et la demande brevet britannique n 2 170 191 A (tous deux au nom de Glaverbel). Dans de tels procédés de soudure céramique, on forme une masse céramrnique.cohérente sur une surface. par projection contre cette surface d'un

mélange de particules réfractaires et de particules combustibles, avec de l'oxygène.

Les particules combustibles utilisées sont des particules dont la composition et la granulométrie sont telles qu'elles réagissent exothermiquement avec l'oxygène pour former un oxyde réfractaire et libérer la chaleur nécessaire à la fusion au

moins superficielle des particules réfractaires projetées.

La présente invention concerne également un procédé de soudure céramique dans lequel une masse réfractaire cohérente est formée sur et adhère à 6. une surface d'une structure réfractaire en projetant sur cette surface un courant de gaz comburant portant un mélange de particules qui comprend des particules d'un ou de plusieurs éléments qui est ou sont oxydables(s) pour former un ou plusieurs oxyde(s) réfractaire(s) (ci-après dénommées "particules combustibles") et des particules d'oxyde réfractaire et l'on fait ou l'on laisse brûler les particules com- bustibles pour ramollir ou fondre au moins superficiellement des particules d'oxyde réfractaire de manière à former une masse réfractaire cohérente qui adhère à la dite structure, caractérisé en ce que, dans une première étape du

traitement, la dite surface est préparée par un procédé tel que décrit cidessus.

En générai, 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. En raison des températures très élevées dans la zone de réaction de la soudure céramique, on peut obtenir une fusion ou un ramollissement suffisant des particules réfractaires, et il est de ce fait possible de former une masse réfractaire fortement cohérente présentant une

bonne réfractarité.

Un avantage particulier du procédé de soudure céramique réside dans le fait qu'il peut être mis en oeuvre sur une structure réfractaire chaude qui

se trouve substantiellement à sa température normale de travail. Ceci est particu-

2o lièrement avantageux car le "temps mort" de la structure que l'on répare est réduit

au minimum ainsi que les problèmes dûs à la contraction et à la dilation thermi-

ques du réfractaire. La soudure à des températures proches de la température de travail de la structure réfractaire présente également des avarftages pour la qualité de la soudure formée. Les réactions de soudure tendent à ramollir ou à fondre la surface de la structure, de sorte qu'une jonction efficace s'effectue entre la surface

à traiter et la masse réfractaire nouvellement formée.

On a trouvé que, quoiqu'il soit normalement possible de constituer une bonne jonction entre la structure réfractaire de base et la masse formée, certains problèmes peuvent survenir, que l'on peut substantiellement éviter par un procédé de soudure céramique selon la présente invention. Ces problèmes ont pour origine l'un des deux phénomènes suivants: la température de la structure réfractaire à l'endroit que l'on répare, et la température nécessaire pour former

une masse réfractaire cohérente et la solidariser à la structure de base.

La température normale de l'endroit o l'on opère peut être simple-

ment trop basse de sorte que la structure réfractaire, pour être suffisamment chauffée pour la ramollir (ainsi que le nécessite une bonne solidarisation) doit être

travaillée à l'aide du jet de matière de soudure pendant une période considérable.

7. Pendant cette période, beaucoup de matière projetée peut rebondir sur la surface

et être perdue.

Une température basse à l'endroit o l'on travaille peut être due à

différentes raisons. On se rappellera que des réfractaires de différentes composi-

s dions et qualités sont utilisés pour différentes parties de nombreuses structures réfractaires, normalement en fonction de la température de travail que l'on rencontre à ces différents endroits. Mais parfois, on utilise une matière fortement réfractaire à un endroit o, en fonction des seules considérations de température, on pourrait utiliser une matière moins réfractaire. La température ambiante peut

1o alors être suffisante pour assurer une soudure fortement adhérente sur une matiè-

re moins réfractaire, et ne pas être suffisante pour former une bonne soudure sur la matière fortement réfractaire. A titre d'exemple particulier, citons des voûtes de niches d'enfournement de fours de fusion de verre. Parce que les températures régnant normalement aux voûtes des niches d'enfournement d'un four de fusion i5 de verre ne sont pas très élevées pâr rapport aux températures rencontrées aux autres endroits du four, on pourrait envisager d'y utiliser une matière moins réfractaire. Mais parce que l'atmosphère dans cette région est riche en vapeurs de sodium provenant des matières constituant la composition vitrifiable et est pour

cette raison très corrosive, il est normal de réaliser ces voûtes de niches d'enfour-

nement en une matière fortement réfractaire, connue sous le nom de "Zac".

Une autre raison d'existence d'une basse température à l'endroit de la soudure peut simplement être que cet endroit est à l'extérieur de la structure, plutôt qu'à l'intérieur. Ceci pose des problèmes, quelle que soit la qualité du

réfractaire que l'on traite.

La température nécessaire pour former la soudure peut aussi causer

des problèmes, spécialement dans le cas de la formation de matières assez forte-

ment réfractaires. Le problème réside dans le fait que dans de nombreux cas, pour assurer le ramollissement de la structure réfractaire pour obtenir une bonne liaison entre la structure et la masse formée, la surface de la structure réfractaire

3o doit être portée à très haute température, et cette température peut être supé-

rieure au point de transition sur la courbe dilatométrique de la matière réfractaire, alors que la température de travail de ce réfractaire est inférieure à ce point de transition. Il en résulte qu'il y aura une différence de contraction au travers de la jonction entre la masse réfractaire nouvellement formée et le réfractaire de base

lorsque la soudure refroidit de sa température de formation jusqu'à sa tempéra-

ture de travail, même lorsque le réfractaire de base et la masse réfractaire riouvel-' lement formée ont des compositions chimiques substantiellement identiques. Il en 8. résulte que des contraintes s'établissent et que la masse réfractaire nouvellement

formée tend à se fissurer et à s'écailler du réfractaire de base.

La composition de la surface d'une structure réfractaire préparée selon l'invention est modifiée parce que la totalité de la matière ramollie ne part s.pas de la surface préparée. La présence d'un mince film de matière réfractaire contenant de l'agent fondant qui est bien solidarisée à la structure réfractaire de base peut être particulièrement avantageuse si on désire ultérieurement effectuer une opération de soudure céramique pour déposer à cet endroit davantage de masse réfractaire. Parce que la nouvelle couche superficielle du réfractaire de io base contient de l'agent fondant, elle ne doit pas être chauffée aussi fortement pour ramollir, avec pour résultat que lorsque de la matière réfractaire qui est ramollie par les réactions de soudure céramique atteint cette surface, elle peut se mélanger plus facilement avec de la matière sur cette surface, ce qui favorise la liaison de la masse réfractaire de. soudure à la structure de base. On a également trouvé que l'agent fondant a tendance à se disperser dans la masse réfractaire nouvellement déposée, de sorte qu'elle se trouve en général en concentration plus faible et présente peu d'effet sur la réfractarité de la structure résultante. Il en résulte que la teneur en fondant à l'interface surface/masse apportée est inférieure à ce qu'on aurait pu attendre, et il est possible de former une zone de transition entre la structure originale et la masse formée qui assure une bonne solidarisation et qui, en même temps, ne réduit pas la réfractarité autant que l'on pouvait s'y attendre par l'emploi d'agent fondant. En fait, la zone de transition peut être très mince, de sorte que la qualité du joint entre la structure et la masse

est améliorée sans nuire de façon notable à la réfractarité de la nouvelle structure.

Quoiqu'il soit évidemment possible d'incorporer une certaine quan-

tité d'agent fondant dans le mélange de soudure céramique, cette manière de procéder n'est pas préférée, à moins qu'une réduction de la réfractarité de la masse formée ne soit admise. Ceci mis à part, on a trouvé qu'il est approprié et efficace que le mélange de particules qui est projeté dans l'étape de soudure 3o céramique possède une ou plusieurs des caractéristiques préférées telles que

décrites ci-dessus vis-à-vis des particules combustibles et/ou des particules réfrac-

taires du mélange de préparation de surface.

En fait, il convient particulièrement que le mélange de particules projeté dans l'étape de soudure céramique possède substantiellement la même i.5 composition que celle projetée dans l'étape de préparation de la surface du réfractaire, à l'exception de l'agent fondant qui est absent dans l'étape de soudure céramique. Ainsi par exemple, le mélange de particules à projeter dans l'étape de 9. préparation de surface peut être fabriqué simplement en ajoutant une quantité appropriée d'agent fondant à une quantité de mélange destinée à l'étape de

soudure céramique.

La granulométrie des particules combustibles a un effet très impor-

tant sur la manière dont les réactions de combustion se produisent, aussi bien

pendant la préparation de la structure réfractaire que pendant la soudure cérami-

que. On a trouvé qu'il était souhaitable d'utiliser des particules combustibles très

finement divisées. De préférence, au moins 50%o en poids des particules combusti-

bles ont une dimension inférieure à 50pm, et avantageusement, au moins 80%o en

0o poids des particules combustibles ont une dimension inférieure à 50Pm. De préfé-

rence, au moins 50% en poids des particules combustibles ont une dimension inférieure à 30pm, et pour obtenir les meilleurs résultats, au moins 80% en poids

des particules combustibles ont une dimension inférieure à 301Im.

On peut utiliser différents éléments en tant que combustible, notam-

I5 ment le magnésium et le zirconium, mais on préfère que les dites particules combustibles comprennent des particules d'aluminium et/ou de silicium, puisque ces éléments procurent un bon compromis entre leur efficacité, leur facilité et sécurité d'emploi, et leur coût. On préfère spécialement utiliser un mélange de particules d'aluminium et de silicium, de préférence un mélange contenant plus de

silicium que d'aluminium. L'aluminium, qui est plus facile à allumer, sert à main-

tenir une zone de réaction dans laquelle le silicium brûle et la chaleur combinée

qui est générée convient pour les buts que l'on poursuit.

La quantité optimum de particules combustibles à incorporer dans le mélange de particules dépendra des conditions de travail. Pour une température de travail du réfractaire donnée, il est généralement souhaitable d'incorporer davantage de combustible si la matière est plus réfractaire. De même, pour un réfractaire donné, il est souhaitable d'incorporer davantage de combustible si la

température de travail est plus basse à l'endroit de la soudure ou de la prépara-

tion. En fonction des circonstances, il peut être souhaitable que le mélange utilisé pour la préparation ait une teneur légèrement plus élevée en combustible que celle présente dans un mélange utilisé pour la soudure céramique, En général, on a trouvé que pour obtenir une préparation de surface ou une soudure céramique satisfaisantes il suffit d'incorporer du combustible dans le mélange projeté en des quantités allant jusqu'à 30% en poids. Avantageusement, les dites particules combustibles sont présentes en une proportion ne dépassant pas 30% en poids du mélange de particules projeté. Ceci présente des avantages d'économie, puisque les particules combustibles constituent la partie la plus onéreuse des mélanges 10. projetés. On a également trouvé que l'incorporation de quantités excessives de particules combustibles peut accroître de manière injustifiée le risque que la

réaction générée puisse se propager à contre-courant dans le dispositif de projec-

tion provoquant, au mieux, l'arrêt de l'opération de préparation ou de soudure céramrnique et, au pire, un risque d'explosion pour le personnel opérant. Avantageusement, les dites particules combustibles sont présentes en une proportion qui n'est pas inférieure à 8% en poids du mélange de particules

projeté. Ceci représente un compromis satisfaisant entre la quantité de combus-

tible à incorporer et le temps pendant il faut travailler le site à préparer ou à Io souder. On notera évidemment que davantage de combustible peut être requis pour agir sur des matières plus réfractaires, à basse température, et moins de combustible peut être nécessaire pour opérer sur des matières moins réfractaires,

à haute température.

Le choix des particules d'oxyde réfractaire du mélange projeté a un s effet sur la qualité et l'adhérence du dépôt qui est formé pendant l'opération de soudure et sur la modification de la surface de la structure réfractaire que l'on traite. Afin de réduire les problèmes que l'on peut rencontrer en raison de la différence de dilatation ou de contraction thermique de la pellicule superficielle de la structureréfractaire ou de son interface avec un dépôt de soudure, il est généralement souhaitable que la composition de la surface de la structure ne soit pas trop modifiée et que le dépôt de soudure ait aussi une composition chimique fortement similaire. Ceci permet également la compatibilité chimique entre le dépôt et la structure. Une correspondance parfaite entre les compositions de la surface et de la structure réfractaire sous-jacente ne peut évidemment pas être

obtenue en raison de l'incorporation d'agent fondant dans cette surface. Néan-

moins, afin de favoriser l'adhérence et la compatibilité, on préfère que les dites

particules d'oxyde réfractaire comprennent des particules d'au moins le(s) consti-

tuant(s) principal/principaux de la structure réfractaire.

Dans des formes préférées de réalisation du procédé selon les deux aspects de l'invention, les dites particules réfractaires sont choisies parmi les oxydes d'au moins un des métaux suivants: aluminium, chrome, magnésium,

silicium et zirconium.

Avantageusement, les dites particules d'oxyde réfractaire sont présen-

tes en une proportion qui n'est pas inférieure à 75% en poids du mélange de particules projeté. Il est surprenant que la même quantité élevée de particules d'oxyde soit envisagée pour leur incorporation dans un mélange qui doit être utilisé, d'une part, pour un procédé consistant essentiellement à enlever de la 11. matière d'une structure réfractaire et, d'autre part, pour un procédé de dépôt de matière sur une structure réfractaire. Tel est néanmoins le cas. L'incorporation de telles quantités d'oxyde réfractaire présente l'avantage de réduire le risque de propagation à contre-courant des réactions de préparation ou de soudure, puisque pour une quantité donnée de coribustible utilisée, elle tend à réduire la vitesse de

propagation de la réaction.

La présente invention s'étend à une composition de particules desti-

née à être utilisée dans un procédé de préparation d'une surface d'une structure réfractaire tel que défini ci-dessus et elle concerne dès lors une composition de 1o particules destinée à être utilisée dans un procédé de préparation d'une surface d'une structure réfractaire caractérisée en ce qu'elle comprend un mélange de particules d'un ou de plusieurs éléments qui est ou sont oxydables(s) pour former

un ou plusieurs oxyde(s) réfractaire(s) (ci-après dénommées "particules combus-

tibles") et de particules d'oxyde réfractaire et ce mélange comprend en outre un i5 sel de métal alcalin en tant qu'agent fondant, dont l'action fondante est telle que, lorsqu'on projette le dit mélange dans un gaz comburant et que.des particules combustibles brûlent, la structure réfractaire ramollit à un point tel que sa surface subit un enlèvement ou un déplacement de matière sous l'action mécanique du

courant projeté.

Une telle composition est très utile et efficace lorsqu'elle est utilisée dans un procédé de préparation de réfractaire, par exemple, un procédé tel que

- décrit ci-dessus.

Ainsi qu'on l'a établi, la granulométrie des particules combustibles a

un effet très important sur la manière dont les réaction de combustion se produi-

sent. De préférence, au moins 50% en poids des particules combustibles ont une dimension inférieure à 50pm, et avantageusement, au moins 80% en poids des particules combustibles ont une dimension inférieure à 50pm. De préférence, au moins 50% en poids des particules combustibles ont une dimension inférieure à pm, et pour obtenir les meilleurs résultats, au moins 80%c en poids des particules

combustibles ont une dimension inférieure à 30pm.

On peut utiliser différents éléments en tant que combustible, notam-

ment le magnésium et le zirconium, mais on préfère que les dites particules combustibles comprennent des particules d'aluminium et/ou de silicium puisque ces éléments procurent un bon compromis entre leur efficacité, leur facilité et sécurité d'emploi, et leur coût. On préfère spécialement utiliser un mélange de particules d'aluminium et de silicium, de préférence un mélange contenant plus de

silicium que d'aluminium. L'aluminium, qui est plus facile à allumer, sert à main-

12. tenir une zone de réaction dans laquelle le silicium brûle et le chaleur combinée

qui est générée peut être suffisante pour les buts que l'on poursuit.

La quantité optimum de particules combustibles à incorporer dans le mélange de particules dépendra des conditions de travail dans lesquelles il doit s être utilisé. En général, on a trouvé que pour obtenir une préparation de surface satisfaisante, il suffit d'incorporer du combustible dans le mélange projeté en une

quantité allant jusqu'à 30% en poids. De préférence, les dites particules combus-

tibles sont présentes en une proportion ne dépassant pas 30% en poids du mélan-

ge de particules projeté. Ceci présente des avantages d'économie puisque les o particules combustibles sont les plus coûteuses dans le mélange projeté. On a également trouvé que l'incorporation de quantités excessives de particules

combustibles peut accroître de manière injustifiée le risque que la réaction géné-

rée puisse de propager à contre-courant dans le dispositif de projection.

Avantageusement, les dites particules combustibles sont présentes en is une proportion qui n'est pas inférieure à 8% en poids du mélange de particules

projeté. Ceci représente un compromis satisfaisant entre la quantité de combus-

tible à incorporer et le temps pendant lequel il faut travailler le site à préparer ou à souder. On notera évidemment que davantage de combustible peut être requis pour agir sur des matières plus réfractaires, à basse température, et moins de combustible peut être nécessaire pour opérer sur des matières moins réfractaires,

à haute température.

Avantageusement, les dites particules d'oxyde réfractaire sont présen-

tes en une proportion qui n'est pas inférieure à 75% en poids du mélange de particules projeté. Il est surprenant que la même quantité élevée de particules d'oxyde soit envisagée pour leur incorporation dans un mélange qui doit être utilisé, d'une part, pour un un procédé consistant essentiellement à enlever de la matidère d'une structure réfractaire et, d'autre part, pour un procédé de dépôt de matière sur une structure réfractaire. Tel est néanmoins le cas. Les particules réfractaires utilisées semblent avoir un certain effet abrasif sur l'endroit que l'on prépare, ce qui accélère le procédé de préparation. Evidemment, certaines des particules d'oxyde réfractaire projetées ramollissent ou fondent, de sorte qu'elles coalescent avec de la matière déplacée sur la surface de la structure réfractaire, et elles ne sont pas entièrement enlevées, de sorte qu'elles forment une pellicule

superficielle sur le réfractaire préparé.

Le choix des particules d'oxyde réfractaire du mélange projeté a un effet sur la qualité et l'adhérence de la pellicule superficielle modifiée qui reste sur la structure réfractaire qui a été préparée. Afin de réduire les problèmes qui 13. pourraient se présenter en raison de la différence de dilatation ou de contraction thermiques du dépôt et de la structure réfractaire, il est en général souhaitable que le dépôt et la structure aient des compositions.chimiques très similaires. Ceci permet également la compatibilité chimique entre le dépôt et la structure. Une s correspondance parfaite entre les compositions de la surface et de la structure

réfractaire sous-jacente ne peut évidemment pas être obtenue en raison de l'in-

corporation d'agent fondant dans cette surface. La composition des particules de

l'invention peut être utilisée pour préparer des structures réfractaires de diffé-

rentes compositions, et- on préfère que les particules réfractaires soient choisies Io parmi les oxydes d'au moins un des métaux suivants: aluminium, chrome,

magnésium, silicium et zirconium.

Il n'est pas nécessaire d'utiliser de grandes quantités d'agent fondant.

On a trouvé que la quantité optimum d'agent fondant dépend, comme la quantité

optimum de combustible, de la réfractarité de la structure que l'on prépare, et de.

1.5 sa température. Il est également souhaitable d'utiliser le moins d'agent fondant possible. Pour cette raison il est préférable que l'agent fondant soit présent dans le mélange projeté en une proportion pondérale qui n'est pas supérieure à la moitié

de celle des particules combustibles, et de préférence, en une proportion pondé-

rale qui n'est pas supérieure à un tiers de celle des particules combustibles.

On peut utiliser différents agents fondants. Dans certaines formes

préférées de réalisation de l'invention, le dit agent fondant comprend un fluorure.

En variante ou en complément, l'agent fondant peut comprendre un sel de métal alcalin. Parmi les sels de métaux alcalins, l'emploi d'un sel de sodium est préféré pour des raisons de coût. Parmi les sels de métaux alcalins qui sont très efficaces en tant qu'agent fondant, on trouve les borates, les sulfates, les carbonates et les

phosphates, et leur utilisation est, de ce fait, préférée.

Pour faciliter la projection du mélange de particules et l'obtention du

résultat, la dimension moyenne des particules d'agent fondant est avantageu-

sement comprise entre une moitié et deux fois la dimension moyenne des parti-

o cules d'oxyde réfractaire, et de préférence, au moins 50% en poids des particules

d'agent fondant ont une dimension inférieure à 200pm.

Des formes préférées de réalisation de l'invention seront maintenant

décrites plus en détail, à titre d'exemple seulement.

Dans la description qui suit, le dispositif utilisé pour projeter le

3.5 mélange de particules est dans tous les cas un dispositif tel que décrit dans notre

brevet britannique n 1 330 894.

EXEMPLE I

14. Dans un four de fusion de verre, un bloc de matière réfractaire "Zac"

s'est déplacé et risque de tomber dans le four. Le réfractaire "Zac" a approximati-

vement la composition pondérale suivante: 10-15% de silice, 40-55% d'alumine et

-45% de zircone. On désire ancrer ce bloc à un bloc voisin constitué de mullite.

s La température normale de travail de la paroi dans cette partie du four est légè-

rement inférieure à 800 C. Afin d'ancrer le bloc de Zac, on décide de découper un logement dans le bloc de mullite, et de combler ce logement avec une masse réfractaire,formée par soudure céramique. En raison de la forme spéciale du bloc

de Zac. il n'est pas nécessaire d'y découper un logement.

1<) Une composition de soudure céramique qui est un mélange de particules est constituée comme suit (parties en poids): si 11 Ai 9 Zircone stabilisée 30 Alumine alpha (corindon) 45 (total 95) Les particules combustibles de silicium et d'aluminium ont une dimension nominale maximum inférieure à 45pm. La dimension moyenne des grains de silicium est 6pm. On utilise l'expression "dimension moyenne de grain" pour exprimer une dimension telle que 50%c en masse de particules ont une dimension plus petite que cette moyenne. La dimension moyenne des grains d'aluminium est 5pm. La dimension moyenne des grains de zircone est 150lpm et

celle de l'alumine est 100pm.

Cette composition de poudre pour soudure céramique est divisée en deux portions, et on ajoute du-carbonate de sodium en tant qu'agent fondant à une de ces portions, en une quantité telle que cette portion contient 5% en poids

de carbonate de sodium. On effectue cette opération pour obtenir une composi-

tion de poudre de préparation. La dimension moyenne des grains de carbonate de

sodium est similaire à celle de la zircone.

La composition de poudre de préparation est projetée contre les blocs. à préparer dans un courafit d'oxygène de qualité commerciale, au moyen d'une lance telle que décrite dans le brevet britannique n 1 330 894. En raison de la présence d'agent fondant, et malgré la température de travail relativement basse du réfractaire de mullite, on a observé que de la matière pouvait être

enlevée très rapidement de ce bloc de mullite pour y former un logement.

Lorsque la profondeur de découpe souhaitée est atteinte, le mélange de poudre alimentant la.lance est permuté pour la composition de poudre pour soudure céramique 4donnée ci-dessus. Celle-ci possède évidemment la même 15. composition que celle utilisée pour la préparation, moins l'agent fondant. En

l'absence d'agent fondant, on a remarqué qu'il était extrêmement difficile d'enle-

ver davantage de matière de la structure réfractaire. Au contraire, une masse cohérente de soudure se dépose, qui forme une clé fortement adhérente qui s empêche tout déplacement ultérieur du bloc de Zac. La facilité avec laquelle une masse de soudure fortement adhérente est formée est assez surprenante, compte tenu de la réfractarité assez élevée de cette masse de soudure et de la température

assez basse régnant à l'endroit o l'on travaille. Cette forte adhérence est impu-

table en partie à la présence d'une fine pellicule entre le bloc de mullite et la

io masse de soudure, qui contient de l'agent fondant provenant de l'opération anté-

rieure de préparation et qui s'est transformée pendant l'opération de soudure en une couche de transition entre le bloc et la masse de soudure et qui a favorisé la

liaison entre eux.

En variante, la liaison entre la clé de soudure et le bloc de Zac est 1s favorisée par une opération préliminaire de préparation de ce bloc pour y former

une pellicule contenant de l'agent fondant.

L'ensemble des. opérations de préparation et de soudure peut être effectué facilement et très rapidement, et il n'y a substantiellement pas de perte de

production du four.

En variante, la portion de poudre utilisée dans l'étape de soudure

céramique est complétée par 5 parts supplémentaires en poids de corindon.

EXEMPLE 2

Des blocs de Zac formant la face externe d'une voûte-de niche d'en-

fournement d'un four de fusion de verre présente des fentes et des fissures, et des parties de ces blocs de Zac se sont détachées. Afin d'effectuer la réparation, la surface restante de la voûte est préparée en utilisant le mélange de préparation tel que décrit dans l'exemple 1. La préparation a pour résultat de ramollir de la matière détachée et de l'enlever de la voûte par action mécanique principalement due aux particules réfractaires projetées. Il se forme également une pellicule superficielle contenant de l'agent fondant qui, en raison de sa fluidité, est capable de pénétrer dans les fissures restantes et de la combler substantiellement. Cette pellicule superficielle est très efficace pour favoriser le liaison entre la voûte

préparée et une masse de soudure céramique qui y est ensuite déposée.

- La masse de soudure céramique est obtenue par projection d'une poudre fabriquée comme suit: Un premier mélange, le mélange A, contient en poids 87% de silice,

12% de silicium et 1% d'aluminium. Le silicium et l'aluminium ont les granulo-

16. métries respectives décrites dans l'exemple 1, et la dimension moyenne des grains

de silice est environ 450pm.

Un second mélange, le mélange B contient en poids 45% de corin-

don, 43% de zircone stabilisée, 8%c de silicium et 4% d'aluminium. Ces matériaux

s ont les granulométries respectives décrites dans l'exemple 1.

Les deux mélanges A et B sont eux-mêmes mélangés l'un à l'autre en proportions égales en poids pour former la poudre de soudure céramique qui est

* projetée pour former une masse de réparation sur la voûte de niche préparée.

On a observé que la masse de soudure résultante adhère très bien aux

lo blocs de Zac qui ont été préparés.

Dans un essai, on a remarqué que le mélange de soudure céramique

de l'exemple 1, c'est-à-dire une composition équivalente au mélange de prépara-

tion de cet exemple, mais sans agent fondant, a une efficacité très faible pour la préparation préliminaire des blocs de Zac de la voûte de la niche d'enfournement, s5 et qu'il est également assez difficile de construire une masse de réparation en soudure à cet endroit directement sur les blocs traités au moyen de ce mélange sans agent fondant. Ceci est imputable à la température de travail relativement basse de ces blocs et à leur réfractarité très élevée. Ces deux facteurs se combinent pour s'opposer au ramollissement de la surface des blocs qui est nécessaire pour obtenir la meilleure adhérence entre la structure réfractaire de base et la masse de soudure déposée. L'excellente adhérence entre la masse de soudure et les blocs

préparés d'autre part est imputable au moins en partie à la présence d'une pelli-

cule superficielle assez riche en agent fondant provenant de l'opération de prépa-

ration, la dite pellicule étant de ce fait plus facilement ramollie. De manière surprenante, la couche intermédiaire due à la présence de cette pellicule n'est pas

nuisible à la réfractarité de la réparation résultante comme on pouvait le craindre.

On croit que la composition de cette pellicule est modifiée pendant le dépôt de la masse de soudure avec pour résultat que l'agent fondant se répartit largement

dans la sfructure réfractaire, de sorte que dans la réparation terminée, la concen-

tration d'agent fondant tellement réduite qu'elle n'a pas d'effet désavantageux notable sur le point de ramollissement de la matière réfractaire dans laquelle il est incorporé.

EXEMPLE 3

Des fissures se sont développées dans des blocs de silice à l'extérieur d'un four o la température normale des parois est environ 450 C, et des parties

de la structure sont tombées.

Un tel incident est extrêmement difficile à réparer par toute méthode 17.

connue antérieurement. Le site est trop chaud pour l'application de toute tech-

nique par voie humide connue, mais trop froid pour des techniques connues

antérieurement de soudure céramique.

Pour effectuer la réparation, une zone de la paroi autour du site à s réparer est isolée, de sorte que le lieu de la réparation s'échauffe jusqu'à une température d'environ 750 C. L'endroit de la réparation est préparé en projetant de la poudre réfractaire de préparation au moyen d'une lance, et la réparation est

terminée par soudure céramique.

En raison de la nature et de la proportion d'agent fondant dans le 1o mélange projeté, la température de ramollissement de la matière enlevée de l'endroit à réparer est inférieure de plus de 200 C à celle de la silice constituant les blocs réfractaires. Ceci facilite l'enlèvement de matière de ces blocs sans perturber

leur structure interne.

Pour former la poudre de soudure céramique, le mélange A de is l'exemple 2 est complété de 3 parties supplémentaires d'aluminium, et il est complété en plus de 5 parties de carbonate de sodium en tant qu'agent fondant

pour former la poudre de préparation.

Le supplément de combustible est utilisé en raison de la température

relativement basse de l'endroit de la réparation.

EXEMPLE 4

Le produit ci-dessous est un mélange approprié de poudre selon l'invention destiné à préparer une structure réfractaire alumineuse par un procédé

selon l'invention.

Si 11

AI 9

Carbonate de sodium 5 Alumine alpha (corindon) 75

Les proportions données sont des proportions en poids et les diffé-

rents constituants ont les granulométries respectives citées dans l'exemple 1.

Le même mélange, sans agent fondant, et en option contenant moins de combustible métallique, convient à un procédé ultérieur de soudure céramique

selon l'invention.

Dans une variante du procédé de préparation selon l'invention, le carbonate de sodium peut être remplacé par du carbonate de calcium ou du

375 carbonate de magnesium en tant qu'agert fondant.

Dans d'autres variantes du procédé et de la composition selon l'inven-

tion, le carbonate de sodium est remplacé par du borate de sodium, du sulfate de 18.

sodium ou du phosphate de sodium.

Dans d'autres variantes du procédé et de la composition selon l'inven-

tion, le mélange de poudre est modifié pour tenir compte de la composition de la

structure réfractaire que l'on traite.

19.

Claims (20)

Revendications

1. Procédé de préparation d'une surface d'une structure réfractaire, caractérisé en ce qu'on projette sur la surface à préparer un courant de gaz comburant portant un mélange de particules qui comprend des particules d'un ou de plusieurs éléments qui est ou sont oxydables(s) pour former un ou plusieurs oxyde(s) réfractaire(s) (ci-après dénommées "''particules combustibles") et des particules d'oxyde réfractaire et l'on fait ou l'on laisse brûler les particules combustibles, le dit mélange comprenant en outre un agent fondant, dont l'action fondante est telle que sous l'effet de la chaleur produite par la combustion des particules combustibles, la structure réfractaire ramollit à un point tel que la dite

o surface subit un enlèvement ou un déplacement de matière sous l'action méca-

nique du courant projeté.

2. Procédé de préparation d'une surface d'une structure réfractaire.

selon la revendication 1, caractérisé en ce que la nature et la proportion de l'agent fondant présent dans le mélange projeté sont telles que la température de fusion

ou de ramollissement de la matière enlevée de la structure réfractaire est infé-

rieure d'au moins 200 C à celle de la matière réfractaire de la structure dont on

prépare la surface.

3. Procédé de préparation d'une surface d'une structure réfractaire

selon l'une des revendications 1 ou 2Z caractérisé en ce que l'agent fondant utilisé

est un agent fondant pour la matière réfractaire d'au moins certaines des parti-

cules d'oxyde réfractaire.

4. Procédé de préparation d'une surface d'une structure réfractaire

selon l'une des revendications 1 à 3, caractérisé en ce que le dit agent fondant est

présent dans le mélange projeté en une proportion pondérale qui n'est pas supé-

rieure à la moitié de celle des particules combustibles.

5. Procédé de préparation d'une surface d'une structure réfractaire

selon l'une des revendications 1 à 4, caractérisé en ce que le dit agent fondant

comprend un fluorure ou au moins un sel de métal alcalin choisi parmi les borates,

les sulfates, les carbonates et les phosphates.

6. Procédé de préparation d'une surface d'une structure réfractaire

selon l'une des revendications 1 à 5, caractérisé en ce que la dimension moyenne

des particules d'agent fondant est comprise entre une moitié et deux fois la dimen-

sion moyenne des particules d'oxyde réfractaire.

7. Procédé de préparation d'une surface d'une structure réfractaire

selon l'une des revendications 1 à 6, caractérisé en ce que les dites particules

20. combustibles sont présentes en une proportion ne dépassant pas 30% en poids du mélange de particules projeté et qui n'est pas inférieure à 8% en poids du mélange

de particules projeté.

8. Procédé de préparation d'une surface d'une structure réfractaire

selon l'une des revendications 1 à 7, caractérisé en ce que les dites particules

d'oxyde réfractaire sont présentes en une proportion qui n'est pas inférieure à

% en poids du mélange de particules projeté.

9. Procédé de soudure céramique dans lequel une masse réfractaire cohérente est formée sur et adhère à une surface d'une structure réfractaire efi o projetant sur cette surface un courant de gaz comburant portant un mélange de particules qui comprend des particules d'un ou de plusieurs éléments qui est ou sont oxydables(s) pour former un ou plusieurs oxyde(s) réfractaire(s) (ci-après dénommées "particules combustibles") et des particules d'oxyde réfractaire et l'on fait ou l'on laisse brûler les particules combustibles pour ramollir ou fondre au moins superficiellement des particules d'oxyde réfractaire de manière à former une masse réfractaire cohérente qui adhère à la dite structure, caractérisé en ce que, dans une première étape du traitement, la dite surface est préparée par un

procédé selon l'une des revendications 1 à 8.

10. Procédé de soudure céramique selon la revendication 9, caracté-

risé en ce que le mélange de particules projeté dans l'étape de soudure céramique

possède une ou plusieurs des caractéristiques décrites dans les revendications 7 à

9.

11. Procédé de soudure céramique selon l'une des revendications 9 ou

, caractérisé en ce que le mélange de particules projeté dans l'étape de soudure céramique possède substantiellement la même composition que celle projetée dans l'étape de préparation de surface, à l'exception de l'agent fondant qui est

absent dans l'étape de soudure céramique.

12. Composition de particules destinée à être utilisée dans un procédé

de préparation d'une surface d'une structure réfractaire selon l'une des revendica-

tions 1 à 19, caractérisée en ce qu'elle comprend un mélange de particules d'un ou de plusieurs éléments qui est ou sont oxydables(s) pour former un ou plusieurs oxyde(s) réfractaire(s) (ci-après dénommées "particules combustibles") et de particules d'oxyde réfractaire et ce mélange comprend en outre un sel de métal alcalin en tant qu'agent fondant, dont l'action fondante est telle que, lorsqu'on projette le dit mélange dans un gaz comburant et que des particules combustibles brûlent, la structure réfractaire ramollit à un point tel que sa surface subit un enlèvement ou un déplacement de matière sous l'action mécanique du courant 21. projeté.

13. Composition selon la revendication 12, caractérisée en ce qu'au

moins 50% en poids des dites particules combustibles ont une dimension infé-

rieure, à 50pm et de préférence au moins 80%o en poids des dites particules

s combustibles ont une dimension inférieure à 50pm.

14. Composition selon l'une des revendications 12 ou 13, caractérisée

en ce que les dites particules combustibles sont présentes en une proportion ne dépassant pas 30% en poids du mélange de particules projeté et qui n'est pas

inférieure à 8% en poids du mélange de particules projeté.

15. Composition selon l'une des revendications 12 à 14, caractérisée

en ce que les dites particules d'oxyde réfractaire sont présentes en une proportion

qui n'est pas inférieure à 75% en poids du mélange de particules projeté.

16. Composition selon l'une des revendications 12 à 15, caractérisée

en ce que le dit agent fondant est présent dans le mélange projeté en une propor-

s5 tion pondérale qui n'est pas supérieure à la moitié de celle des particules combus-

tibles et, de préférence, qui n'est pas supérieure à un tiers de celle des particules combustibles.

17. Composition selon l'une des revendications 12 à 16, caractérisée

en ce que le dit agent fondant comprend un fluorure.

18. Composition selon l'une des revendications 12 à 17, caractérisée

en ce que le dit agent fondant comprend au moins un sel de métal alcalin choisi

parmi les borates, les sulfates, les carbonates et les phosphates.

19. Composition selon l'une des revendications 12 à 18, caractérisée

en ce que la dimension moyenne des particules d'agent fondant est comprise entre

- une moitié et deux fois la dimension moyenne des particules d'oxyde réfractaire.

20. Composition selon l'une des revendications 12 à 19, caractérisée

en ce qu'au moins 50% en poids des particules d'agent fondant ont une dimension

inférieure à 200pm.