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WO1995023199A1 - Procede de reparation et/ou de construction partielle a chaud d'installations industrielles comprenant une structure en materiaux refractaires et element prefabrique utilise - Google Patents

Procede de reparation et/ou de construction partielle a chaud d'installations industrielles comprenant une structure en materiaux refractaires et element prefabrique utilise Download PDF

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Publication number
WO1995023199A1
WO1995023199A1 PCT/BE1995/000010 BE9500010W WO9523199A1 WO 1995023199 A1 WO1995023199 A1 WO 1995023199A1 BE 9500010 W BE9500010 W BE 9500010W WO 9523199 A1 WO9523199 A1 WO 9523199A1
Authority
WO
WIPO (PCT)
Prior art keywords
refractory
prefabricated element
particles
aforementioned
mass
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Ceased
Application number
PCT/BE1995/000010
Other languages
English (en)
Inventor
Oswaldo Di Loreto
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
FIB-Services
Original Assignee
FIB-Services
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by FIB-Services filed Critical FIB-Services
Priority to US08/700,357 priority Critical patent/US5833895A/en
Priority to AU15718/95A priority patent/AU1571895A/en
Priority to EP95907517A priority patent/EP0746595B1/fr
Priority to CA002183634A priority patent/CA2183634C/fr
Priority to DK95907517T priority patent/DK0746595T3/da
Priority to RU96119915A priority patent/RU2126814C1/ru
Priority to DE69510922T priority patent/DE69510922T2/de
Publication of WO1995023199A1 publication Critical patent/WO1995023199A1/fr
Anticipated expiration legal-status Critical
Priority to GR990402670T priority patent/GR3031573T3/el
Ceased legal-status Critical Current

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Classifications

    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C10—PETROLEUM, GAS OR COKE INDUSTRIES; TECHNICAL GASES CONTAINING CARBON MONOXIDE; FUELS; LUBRICANTS; PEAT
    • C10B—DESTRUCTIVE DISTILLATION OF CARBONACEOUS MATERIALS FOR PRODUCTION OF GAS, COKE, TAR, OR SIMILAR MATERIALS
    • C10B29/00—Other details of coke ovens
    • C10B29/06—Preventing or repairing leakages of the brickwork
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F27—FURNACES; KILNS; OVENS; RETORTS
    • F27D—DETAILS OR ACCESSORIES OF FURNACES, KILNS, OVENS OR RETORTS, IN SO FAR AS THEY ARE OF KINDS OCCURRING IN MORE THAN ONE KIND OF FURNACE
    • F27D1/00—Casings; Linings; Walls; Roofs
    • F27D1/04—Casings; Linings; Walls; Roofs characterised by the form, e.g. shape of the bricks or blocks used
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F27—FURNACES; KILNS; OVENS; RETORTS
    • F27D—DETAILS OR ACCESSORIES OF FURNACES, KILNS, OVENS OR RETORTS, IN SO FAR AS THEY ARE OF KINDS OCCURRING IN MORE THAN ONE KIND OF FURNACE
    • F27D1/00—Casings; Linings; Walls; Roofs
    • F27D1/16—Making or repairing linings ; Increasing the durability of linings; Breaking away linings
    • F27D1/1636—Repairing linings by projecting or spraying refractory materials on the lining
    • F27D1/1642—Repairing linings by projecting or spraying refractory materials on the lining using a gunning apparatus

Definitions

  • the present invention relates to a method of repair and / or partial hot construction of industrial installations comprising a structure of refractory materials, in particular installations operating by indirect heating using flues, such as batteries of furnaces with coke, according to which use is made of at least one prefabricated element made of refractory materials which is secured to said structure by reactive spraying, by means of a current of carrier gas containing oxygen, of a mixture of particles capable of reacting exothermically with oxygen and particles of a refractory material, preferably inert.
  • French patent FR 2541440-B1 (Glaverbel) describes a hot repair process using, on the one hand, such bricks of vitreous silica and, on the other hand, a ceramic welding process for making the joints of the new masonry as well as the complete reloading of the structure (GB 1.330.894 and GB 2.110.200 A from Glaverbel).
  • the vitreous silica bricks preferably have a chamfer to facilitate the production of the joints.
  • One of the essential aims of the present invention is to propose a new method to remedy the aforementioned drawbacks calling into question the reliability of this type of repair or partial construction, and this in a relatively simple and economically justified manner.
  • the above-mentioned prefabricated element is placed on the side of these and on the side of the heat treatment chamber will apply the aforementioned coherent refractory mass.
  • the invention also relates to a prefabricated element for the repair or partial hot construction of industrial installations comprising a structure made of refractory materials, in particular installations operating by indirect heating using flues, such as coke oven batteries. , may in particular be suitable for the implementation of the above method.
  • This prefabricated element is characterized in that it is based on a refractory product with mullitic crystallization having an alumina content of between 30 and 85% and preferably between 50 and 80% of alumina and which preferably has a rectangular prismatic shape, one of the faces of which is provided with means for making a mechanical coupling with a coherent refractory mass formed by reactive projection on this face.
  • Figure 1 is a sectional view along line I-I of Figure 2, of a prefabricated element according to a preferred embodiment of the invention.
  • Figure 2 is a front view of the prefabricated element according to this preferred embodiment.
  • FIG. 3 represents a vertical section of a portion of the wall of a coke oven repaired by the implementation of the method according to the invention.
  • Figure 4 is a partial horizontal section of a reconstruction of a portion of flues according to the method of the invention.
  • FIG. 5 represents a graph showing the expansion curve in% as a function of the temperature of different refractory products.
  • the present invention therefore relates both to the hot repair of industrial installations comprising a structure of refractory materials and to the hot reconstruction of part of such industrial installations and hot modifications to them.
  • the process according to the invention is based on the dissociation of the stresses encountered at the level of the heat exchange wall of a structure made of refractory materials from an industrial installation.
  • the stresses exerted on this wall are considered, on the one hand, on the heating side where the flues are located, for example, and on the other hand, on the opposite side of this wall where the chamber is located heat treatment.
  • the invention is therefore applicable in all industrial installations where such a situation occurs.
  • coke ovens constitute industrial installations where repairs to the heat exchange walls must be carried out regularly, the description given below will be limited to this particular application.
  • two separate materials are used at the place where the repair of the wall in question is to take place, which are joined so as to produce a "two-layer" panel at this location.
  • a refractory product is used that is well suited to the stresses encountered at this location.
  • a refractory coating will be formed which is well adapted to the stresses which are specific to it.
  • elements prefabricated in a refractory product with mullitic crystallization having an alumina content of between 30 and 85% and preferably between 50 and 80% of alumina (the remainder being essentially formed of silica), which is secured to the wall to be repaired on the side of the heat treatment chamber by projection, by means of a gas stream carrier containing oxygen, of a mixture of particles of exothermically oxidizable material and particles of a refractory material.
  • composition of this mixture is chosen in such a way as to form in situ a refractory mass which is compatible with the composition and the coefficient of thermal expansion, on the one hand, of the element and, on the other hand, of the masonry of origin, and this taking into account the stresses to which this mass will be subjected in the working conditions. It has been found that this prefabricated element has the advantage of having good resistance to thermal shock, while guaranteeing high refractoriness, mechanical strength and creep resistance over a wide range of temperatures.
  • the refractory mass thus deposited by the reactive projection on the prefabricated elements may have a chemical nature different from that of these elements, this refractory mass constitutes with these elements a very good interface.
  • the aforementioned refractory coating fixing the prefabricated elements in the wall to be repaired is obtained by the projection, by means of a carrier gas rich in oxygen, of a mixture comprising a granular fraction of inert refractory particles based on oxides such that: Si0 2 , Al 2 0 3 , Zr0 2 , MgO, Cr 2 0 3 , Ti0 2 , CaO, in different mineralogical varieties and / or associated forms, depending on technological interest, a fraction pulverulent composed of oxidizable particles of metallic nature such as: Al, Si, Mg, Fe, Cr, Zr, Ti and, in certain particular embodiments, such as those described in the international patent application PCT / BE92 / 00012 of the same holder, chemicals which, by de
  • chemical substance should be understood to mean in particular metallic peroxides, such as Ca0 2 , Mg0 2 , Ba0 2 , Sr0 2 or metallic salts such as A1C1 3 , SiCl 4 , MgCl 2 .
  • refractory particles based on the oxides mentioned it is necessary to understand their different mineralogical varieties such as tridymite, cristobalite and silica glass for Si0 2 as well as associated forms like zircon ZrSi0 4 , spinel MgAl 2 0 A , zirconia stabilized with CaO or MgO, the solid solution Al 2 0 3 -Cr 2 0 3 in any proportion, etc ..., which each have a particular technological interest depending on the intended application.
  • mineralogical varieties such as tridymite, cristobalite and silica glass for Si0 2 as well as associated forms like zircon ZrSi0 4 , spinel MgAl 2 0 A , zirconia stabilized with CaO or MgO, the solid solution Al 2 0 3 -Cr 2 0 3 in any proportion, etc ..., which each have a particular technological interest depending on the intended application.
  • the original masonry is essentially made of siliceous refractory, as is generally the case with the walls of coke ovens, a mixture of oxidizable and refractory particles is used for the projection reactive materials which are chosen in such a way as to form a coherent refractory mass which is also essentially siliceous.
  • the attachment between the projected coherent refractory mass and the prefabricated elements is further favored by providing, on the latter, on the side of the heat treatment chamber, means for carrying out the mechanical attachment between the latter and the projected refractory mass.
  • the prefabricated element according to the invention is formed by a block of rectangular prismatic shape 1, the face 2 of which intended to be directed towards the heat treatment chamber is provided means for carrying out, in addition to the ceramic connection obtained by reactive spraying, a mechanical coupling with the refractory mass applied to this face 2.
  • these means are formed by a notch 3 in the form of a mortise extending parallel to the longitudinal edges of this block over the entire length of the latter and substantially in the middle of its face 2.
  • this block advantageously has, at its upper 4, lower 5 and lateral 6 and 7 sides, corresponding nesting means, so as to allow precise and stable dry stacking of several blocks 1 on each other.
  • these interlocking means are: at the lower 5 and lateral 7 faces, a groove 8 also extending over the entire length of these faces and, at the opposite upper 4 and lateral 6 faces, a rib corresponding 9 can engage in a groove 8 of a superimposed block.
  • Example 1 This example concerns the repair of a partition wall between flues and a thermal chamber of coke ovens as shown diagrammatically in FIG. 4 appended.
  • the damaged area of the wall to be repaired was first cleaned so as to free the healthy parts of its structure.
  • the wall to be repaired had a total thickness of 11 cm, while the thickness of the blocks 1 was 5 cm.
  • the repair or the actual reconstruction started with the face on the side of the flue 10.
  • the junction between the new masonry, formed by these blocks 1, and the old masonry 11 of the wall as well as the covering of the face 2 of the blocks directed towards the heat treatment chamber 12 were produced by reactive spraying in an oxygen stream containing 13% by weight of Si with an average diameter of 20 microns, 12% by weight of Ca0 2 with an average diameter of 10 microns and 75% of Si0 2 , in the form of tridymite and cristobalite with an average diameter of 300 microns.
  • Figure 4 which is a partial horizontal section, shows a variant of this example 1 and relates to the partial reconstruction of a flue 10.
  • This variant is somewhat different from the example shown in Figure 3 by the fact that 'A connection must be made between the repaired area and the transverse walls 15 of the flue 10.
  • the blocks 1 are cut to size and bevel so as to be able to form at the place where the transverse walls join the partition wall with the heat treatment chamber 12 a slot 16 with inclined edges in which the refractory mass 14 formed by reactive projection can easily be introduced to link the transverse walls to the above-mentioned partition wall, and in particular to the blocks 1 used for repairing the latter.
  • Example 2 This example mainly concerns the repair of large areas of a heat exchange wall between flues and a heat treatment chamber. It can therefore be as well the case illustrated by FIG. 3 as that illustrated by FIG. 4. Since the repair block 1, for example for a coke oven, must both resist thermal shocks during the pose and get closer on the plan of the expansion, of the behavior of the original masonry 11 in silica bricks and that of the refractory layer 14 formed by reactive projection, it was found, in a rather unforeseen manner, as already indicated above, that a block 1 of mullitic nature represents an interesting compromise to satisfy these two conflicting requirements.
  • a variant of the invention consists in using a mixture of repair to be sprayed, in which part of the refractory charge has been replaced.
  • crystallized silica cristobalite and tridymite
  • vitreous silica the particle size of which is between 100 and 500 ⁇ m and preferably between 200 and 400 ⁇ m.
  • curve A relates to the expansion in% as a function of the temperature of a crystallized silica brick
  • curve B relates to the refractory mass 14 obtained by reactive spraying of a mixture corresponding to the formulation given in Example 1
  • curve C is that of the mullitic block 1
  • curve D is that of a glassy silica brick
  • curve B ' is that of a refractory mass obtained by reactive projection of a mixture corresponding to the following formulation :
  • the benefit of this addition is to reduce the mechanical stresses, at the working temperature, which can result from a thermal detuning on a long interface, and this without this addition having a negative influence on the mechanical properties of the repaired area.
  • the invention is not limited to the particular embodiments of the concrete examples but that other variants can be envisaged within the framework of the invention, as well as regards the shape and the dimensions of the Mullitic blocks and the means for carrying out the possible mechanical anchoring of the projected refractory mass 14 on the face 2 of these blocks.
  • the mortise-shaped notch 3 does not, for example, necessarily have to extend to the longitudinal edges of the face 2, but could for example extend obliquely or perpendicularly to these edges.
  • the notches 3 in the assembled blocks could form interrupted grooves.
  • the prefabricated element 1 may have a hole, preferably of rectangular section, facilitating the manipulation of the element during its installation.

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Abstract

L'invention est relative à un procédé de réparation à chaud d'installations industrielles suivant lequel on fait usage d'au moins un élément préfabriqué (1) en un produit réfractaire à cristallisation mullitique présentant une teneur en alumine comprise entre 30 et 85 % et de préférence entre 50 et 80 % d'alumine, en matériaux réfractaires que l'on solidarise avec la structure (11) de l'installation par la projection, au moyen d'un courant de gaz porteur contenant de l'oxygène, d'un mélange de particules pouvant réagir exothermiquement avec l'oxygène et de particules d'une matière réfractaire, de manière à former in situ une masse réfractaire cohérente (14) permettant de fixer l'élément susdit à la structure susdite.

Description

"Procédé de réparation et/ou de construction partielle à chaud d'installations industrielles comprenant une structure en matériaux réfractaires et élément préfabriqué utilisé". La présente invention est relative à un procédé de réparation et/ou de construction partielle à chaud d'installations industrielles comprenant une structure en matériaux réfractaires, en particulier installations fonctionnant par chauffage indirect à l'aide de carneaux, telles que des batteries de fours à coke, suivant lequel on fait usage d'au moins un élément préfabriqué en matériaux réfractaires que l'on solidarise avec ladite structure par projection réactive, au moyen d'un courant de gaz porteur contenant de l'oxygène, d'un mélange de particules pouvant réagir exothermiquement avec l'oxygène et de particules d'une matière réfractaire, de préférence inerte.
Comme dans des installations industrielles, telles que définies ci-dessus, les structures en matériaux réfractaires, qui sont généralement de nature siliceuse et de silice, doivent toujours être maintenues à une température supérieure à 300°C pour éviter leur affaiblissement par transformation polymorphique, des procédés de réparation à chaud ont depuis longtemps été proposés pour leur réfection. Ces procédés peuvent également être utilisés pour des constructions partielles de telles installations, notamment pour modifier une structure existante par l'ajout d'un mur ou d'un conduit d'évacuation de gaz brûlés par exemple. C'est ainsi que des briques en silice vitreuse, caractérisées par un très faible coefficient de dilatation, ont été mises au point et mises en oeuvre de manière classique pour effectuer de telles réparations à chaud. Il était toutefois constaté que ces réparations n'étaient pas étanches aux gaz, en particulier dans le cas des batteries de fours à coke.
Le brevet français FR 2541440-B1 (Glaverbel) décrit un procédé de réparation à chaud utilisant, d'une part, de telles briques en silice vitreuse et, d'autre part, un procédé de soudure céramique pour réaliser les joints de la nouvelle maçonnerie ainsi que le rechargement complet de la structure (GB 1.330.894 et GB 2.110.200 A de Glaverbel). Dans ce procédé, les briques de silice vitreuse comportent de préférence un chanfrein pour faciliter la réalisation des joints. Dans un autre brevet utilisant le même procédé de soudure céramique (DE 3643420 Al, Fosbel Europe), les briques de réparation de pleine épaisseur sont cette fois appareillées et ensuite portées à la température d'utilisation avant de combler l'espace entre l'ancienne et la nouvelle maçonnerie par soudure céramique sans toutefois recharger complètement la zone réparée par soudure céramique.
D'une manière générale, bien que les briques de silice vitreuse, lorsqu'elles sont portées à température élevée, entament un processus lent de cristallisation (en cristobalite et tridymite), elles n'en gardent pas moins leur sensibilité au fluage lorsqu'elles sont soumises à une charge à température élevée.
Cet effet est observé en fours à coke où des réparations de ce type au voisinage des carneaux accusent un affaissement notoire après quelques temps de mise en service.
Un des buts essentiels de la présente invention vise à proposer un nouveau procédé pour remédier aux inconvénients précités mettant en cause la fiabilité de ce type de réparation ou construction partielle et ceci d'une manière relativement simple et économiquement justifiée.
A cet effet, suivant l'invention, l'on utilise, d'une part, un élément préfabriqué en un produit réfractaire à cristallisation mullitique présentant une teneur en alumine comprise entre 30 et 85 % et de préférence entre 50 et 80 % d'alumine, et, d'autre part, un mélange de particules pouvant réagir exothermiquement avec l'oxygène et de particules d'une matière réfractaire, dont la composition est telle à former in situ une masse réfractaire qui soit compatible avec la composition et le coefficient de dilatation thermique de 1'élément et de la structure susdits auxquels cette masse doit se fixer, et ceci en tenant compte des sollicitations auxquelles cette dernière sera soumise dans les conditions de travail.
Avantageusement, suivant l'invention, l'on utilise pour la projection précitée, comme particules pouvant réagir exothermiquement avec l'oxygène, au moins un des produits du groupe formé, d'une part, par les métaux suivants : Al, Si, Mg, Ca, Fe, Cr, Zr, Sr, Ba et Ti, et, d'autre part, par les composés de ces métaux pouvant, par décomposition, former avec des oxydes issus de ces métaux, des oxydes mixtes, de manière à constituer une phase liante pour les particules précitées en matière réfractaire. Suivant une forme de réalisation particulière de l'invention, pour des installations comprenant des chambres de traitement thermique chauffées à l'aide de carneaux, on place du côté de ces derniers 1'élément préfabriqué précité et du côté de la chambre de traitement thermique on appliquera la masse réfractaire cohérente précitée.
L'invention concerne également un élément préfabriqué pour la réparation ou la construction partielle à chaud d'installations industrielles comprenant une structure en matériaux réfractaires, en particulier installations fonctionnant par chauffage indirect à l'aide de carneaux, telles que des batteries de fours à coke, pouvant notamment convenir pour la mise en oeuvre du procédé précité.
Cet élément préfabriqué est caractérisé par le fait qu'il est à base d'un produit réfractaire à cristallisation mullitique présentant une teneur en alumine comprise entre 30 et 85 % et de préférence entre 50 et 80 % d'alumine et qui a de préférence une forme prismatique rectangulaire dont une des faces est pourvue de moyens pour réaliser un accrochage mécanique avec une masse réfractaire cohérente formée par projection réactive sur cette face.
D'autres détails et particularités de l'invention ressortiront de la description donnée ci-après, à titre d'exemple non limitatif, avec référence aux dessins annexés, de quelques formes de réalisation particulières du procédé suivant l'invention et d'un élément préfabriqué permettant de mettre en oeuvre ce procédé.
La figure 1 est une vue en coupe, suivant la ligne I-I de la figure 2, d'un élément préfabriqué suivant une forme de réalisation préférée de l'invention. La figure 2 est une vue de face de l'élément préfabriqué suivant cette forme de réalisation préférée.
La figure 3 représente une coupe verticale d'une portion de paroi de four à coke réparée par la mise en oeuvre du procédé suivant l'invention.
La figure 4 est une coupe horizontale partielle d'une reconstruction d'une partie de carneaux suivant le procédé de l'invention.
La figure 5 représente un graphique montrant la courbe de dilatation en % en fonction de la température de différents produits réfractaires.
Dans ces figures, les mêmes chiffres de référence se rapportent à des éléments analogues ou identiques. La présente invention concerne donc aussi bien la réparation à chaud d'installations industrielles comprenant une structure en matériaux réfractaires que la reconstruction à chaud d'une partie de telles installations industrielles et des modifications à chaud à celles-ci.
Plus concrètement, le procédé, suivant l'invention, est basé sur la dissociation des sollicitations rencontrées au niveau de la paroi échangeuse de chaleur d'une structure en matériaux réfractaires d'une installation industrielle. Ainsi, suivant l'invention, on considère les sollicitations s'exerçant sur cette paroi, d'une part, côté chauffage où se trouvent par exemple les carneaux, et d'autre part, du côté opposé de cette paroi où se trouve la chambre de traitement thermique.
L'invention est donc applicable dans toutes les installations industrielles où une telle situation se produit. Toutefois, étant donné que les fours à coke constituent des installations industrielles où des réparations des parois échangeuses de chaleur doivent régulièrement être effectuées, la description donnée ci- après se limitera à cette application particulière. Pour réaliser physiquement la dissociation précitée, il est fait appel, à l'endroit où la réparation de la paroi considérée doit avoir lieu, à deux matériaux distincts qui sont joints de manière à réaliser à cet endroit un panneau "bi-couche" . Ainsi, du côté du carneau, on utilise un produit réfractaire bien adapté aux sollicitations rencontrées à cet endroit. Par contre, du côté de la chambre de traitement thermique on formera un revêtement réfractaire bien adapté aux sollicitations qui lui sont propres. Suivant l'invention, on utilise, du côté du carneau, des éléments préfabriqués en un produit réfractaire à cristallisation mullitique présentant une teneur en alumine comprise entre 30 et 85 % et de préférence entre 50 et 80 % d'alumine (le restant étant essentiellement formé de silice), que l'on solidarise avec la paroi à réparer du côté de la chambre de traitement thermique par la projection, au moyen d'un courant de gaz porteur contenant de l'oxygène, d'un mélange de particules de matière oxydable exothermiquement et de particules d'une matière réfractaire. La composition de ce mélange est choisie d'une manière telle à former in situ une masse réfractaire qui soit compatible avec la composition et le coefficient de dilatation thermique, d'une part, de l'élément et, d'autre part, de la maçonnerie d'origine, et ceci en tenant compte des sollicitations auxquelles cette masse sera soumise dans les conditions de travail. II a été constaté que cet élément préfabriqué a l'avantage de présenter une bonne résistance aux chocs thermiques, tout en garantissant réfractarité, tenue mécanique et résistance au fluage élevées dans une large gamme de températures. Par ailleurs, d'une manière imprévisible, il a été constaté qu'il est possible, simplement par un choix judicieux des composants du mélange et de leur teneur dans ce dernier, de former par projection réactive de ce mélange une masse réfractaire cohérente, qui présente une excellente compatibilité avec les éléments préfabriqués utilisés et la maçonnerie d'origine de la paroi à réparer, que ce soit sur le plan de la dilatation thermique, de la réfractarité que du point de vue comportement chimique.
De plus, suivant l'invention, bien que la masse réfractaire ainsi déposée par la projection réactive sur les éléments préfabriqués puisse avoir une nature chimique différente de celle de ces éléments, cette masse réfractaire constitue avec ces éléments un très bon interface. Avantageusement, le revêtement réfrac¬ taire précité fixant les éléments préfabriqués dans la paroi à réparer est obtenu par la projection, grâce à un gaz porteur riche en oxygène, d'un mélange comprenant une fraction granuleuse de particules réfractaires inertes à base d'oxydes tels que : Si02, Al203, Zr02, MgO, Cr203, Ti02, CaO, sous différentes variétés minéralogiques et/ou formes associées, selon l'intérêt technologique, une fraction pulvérulente composée de particules oxydables de nature métallique telles que : Al, Si, Mg, Fe, Cr, Zr, Ti et, dans certaines formes de réalisation particulières, telles que celles décrites dans la demande de brevet internationale PCT/BE92/00012 du même titulaire, des substances chimiques qui, par décomposition, forment, avec les oxydes issus des particules oxydables, des oxydes mixtes de manière à constituer une phase liante pour les particules réfractaires inertes. Par substance chimique, il y a lieu d'entendre notamment des peroxydes métalliques, tels que Ca02, Mg02, Ba02, Sr02 ou des sels métalliques tels que A1C13, SiCl4, MgCl2.
Par particules réfractaires à base des oxydes cités, il faut comprendre leurs différentes variétés minéralogiques telles que la tridymite, la cristobalite et le verre de silice pour Si02 ainsi des formes associées comme le zircon ZrSi04, le spinelle MgAl20A, la zircone stabilisée au CaO ou au MgO, la solution solide Al203-Cr203 en toute proportion, etc..., qui présentent chacune un intérêt technologique particulier dépendant de 1'application envisagée.
Lorsque la structure précitée, c'est-à- dire la maçonnerie d'origine, est essentiellement en réfractaire siliceux, comme c'est généralement le cas des parois de fours à coke, on utilise un mélange de particules oxydables et réfractaires pour la projection réactive qui sont choisies d'une manière telle à former une masse réfractaire cohérente qui soit également essentiellement siliceuse. Suivant l'invention, il a encore été constaté qu'en choisissant la nature et la teneur relative des différents composants oxydables et réfractaires du mélange pour former une masse réfractaire par projection réactive qui, à la température de travail, notamment à 1200°C, présente une différence de dilatation relative globale par rapport à celle de 1'élément préfabriqué inférieure à 0,5 %, et en particulier pour des réparations ou reconstructions s'étendant sur au moins 2 mètres, inférieure à 0,3 %, l'on obtient une bonne compatibilité avec les éléments préfabriqués définis ci-dessus ,qui permet d'assurer une adhérence parfaite de cette masse aussi bien à l'ancienne maçonnerie de la paroi à réparer qu'aux éléments préfabriqués sur lesquels elle est appliquée du côté de la chambre thermique.
L'accrochage entre la masse cohérente réfractaire projetée et les éléments préfabriqués est encore favorisé en prévoyant, sur ce dernier, du côté de la chambre de traitement thermique, des moyens pour réaliser l'accrochage mécanique entre celui-ci et la masse réfractaire projetée.
L'élément préfabriqué suivant l'invention, tel que montré aux figures, notamment aux figures 1 et 2, est formé d'un bloc de forme prismatique rectangulaire 1, dont la face 2 destinée à être dirigée vers la chambre de traitement thermique est pourvue de moyens pour réaliser, en plus de la liaison céramique obtenue par projection réactive, un accrochage mécanique avec la masse réfractaire appliquée sur cette face 2. Dans cette forme de réalisation particulière ces moyens sont formés par une encoche 3 en forme de mortaise s'étendant parallèlement aux bords longitudinaux de ce bloc sur toute la longueur de ce dernier et sensiblement au milieu de sa face 2.
De plus, ce bloc présente avantageusement à ses faces supérieure 4, inférieure 5 et latérales 6 et 7, des moyens d'emboîtement correspondants, de manière à permettre de réaliser un empilage à sec précis et stable de plusieurs blocs 1 les uns sur les autres. Comme montré aux figures 1 à 3, ces moyens d'emboîtement sont : aux faces inférieure 5 et latérale 7, une rainure 8 s'étendant également sur toute la longueur de ces faces et, aux faces supérieure 4 et latérale 6 opposées, une nervure correspondante 9 pouvant s'engager dans une rainure 8 d'un bloc superposé. Ci-après sont donnés des exemples concrets de réalisation permettant d'illustrer davantage l'objet de l'invention.
Exemple 1 Cet exemple concerne la réparation d'une paroi de séparation entre des carneaux et une chambre thermique de fours à coke telle que montrée schématiquement à la figure 4 annexée.
La zone endommagée de la paroi à réparer a d'abord été nettoyée de manière à dégager les parties saines de sa structure.
La paroi à réparer présentait une épaisseur totale de 11 cm, tandis que l'épaisseur des blocs 1 était de 5 cm. La réparation ou la reconstruction proprement dite a débuté par la face du côté du carneau 10. Des blocs préfabriqués 1, tels que montrés aux figures 1 et 2, ayant une teneur en alumine de l'ordre de 50 %, ont été posés à sec les uns sur les autres de manière à ce que la nervure d'un bloc déterminé s'engageait dans la rainure d'un bloc adjacent superposé.
Une fois l'édifice en blocs mullitiques érigé, la jonction entre la nouvelle maçonnerie, formée par ces blocs 1, et l'ancienne maçonnerie 11 de la paroi ainsi que le recouvrement de la face 2 des blocs dirigés vers la chambre de traitement thermique 12 ont été réalisés par projection réactive dans un courant d'oxygène contenant 13 % en poids de Si d'un diamètre moyen de 20 microns, 12 % en poids de Ca02 d'un diamètre moyen de 10 microns et 75 % de Si02, se présentant sous forme de tridymite et de cristobalite d'un diamètre moyen de 300 microns.
Cette projection réactive a été poursuivie jusqu'à ce que l'épaisseur totale de la zone réparée de la paroi présentait la même épaisseur que la paroi à réparer. Grâce à la bonne résistance aux chocs thermiques des blocs mullitiques 1 , suivant l'invention, ceux-ci ont pu être amenés directement de la température ambiante à l'endroit de pose. La zone réparée, qui a restauré le profil et l'épaisseur de l'ancienne maçonnerie 11, était donc constituée d'une maçonnerie 13 de nature mullitique du côté du carneau 10 et d'une couche réfractaire siliceuse 14 formée par projection réactive, solidement liée aux blocs 1 par liaison céramique et ancrage mécanique dans les encoches 3 du côté de la chambre de traitement thermique.
La figure 4, qui est une coupe horizontale partielle, montre une variante de cet exemple 1 et concerne la reconstruction partielle d'un carneau 10. Cette variante se distingue quelque peu par rapport à 1'exemple montré par la figure 3 par le fait qu'une liaison doit être réalisée entre la zone réparée et les parois transversales 15 du carneau 10.
Pour ce faire, on coupe les blocs 1 à dimension et en biseau de manière à pouvoir former à l'endroit où les parois transversales rejoignent la paroi de séparation avec la chambre de traitement thermique 12 une fente 16 à bords inclinés dans laquelle la masse réfractaire 14 formée par projection réactive peut facilement être introduite pour lier les parois transversales à la paroi de séparation susdite, et notamment aux blocs 1 utilisés pour la réparation de cette dernière.
Exemple 2 Cet exemple concerne surtout la réparation de grandes surfaces d'une paroi d'échange de chaleur entre des carneaux et une chambre de traitement thermique. Il peut donc s'agir aussi bien du cas illustré par la figure 3 que celui illustré par la figure 4. Etant donné que le bloc de réparation 1, par exemple pour four à coke, doit à la fois résister aux chocs thermiques lors de la pose et se rapprocher sur le plan de la dilatation, du comportement de la maçonnerie d'origine 11 en briques de silice et de celui de la couche réfractaire 14 formée par projection réactive, il a été constaté, d'une façon assez imprévue, comme déjà indiqué ci-dessus, qu'un bloc 1 de nature mullitique représente un compromis intéressant pour satisfaire ces deux exigences antagoniques.
Toutefois, lorsque la longueur de la zone à réparer est importante (plusieurs mètres) une variante de l'invention consiste à mettre en oeuvre un mélange de réparation à projeter, dans laquelle on a remplacé, au sein de la charge réfractaire, une partie de la silice cristallisée (cristobalite et tridymite) par une fraction de silice vitreuse, dont la granulométrie est comprise entre 100 et 500 μm et de préférence entre 200 et 400 μm.
Le graphique montré à la figure 5 donne différentes courbes de dilatation des produits intervenant dans la réparation et la reconstruction à chaud d'installations industrielles. Ainsi, la courbe A concerne la dilatation en % en fonction de la température d'une brique de silice cristallisée, la courbe B concerne la masse réfractaire 14 obtenue par projection réactive d'un mélange répondant à la formulation donnée dans l'exemple 1, la courbe C est celle du bloc mullitique 1, la courbe D est celle d'une brique de silice vitreuse et, enfin, la courbe B' est celle d'une masse réfractaire obtenue par projection réactive d'un mélange répondant à la formulation suivante : Composants Poids (%) Diamètre moyen des particules (μm)
Si 13 20
Ca02 12 10
Si02 cristallisée 50 300 (Tridymite + cristo¬ balite)
Si02 vitreuse 25 300 Cet ensemble de courbes de dilatation montre que les courbes A et B coïncident pratiquement de sorte que 1'on peut s'attendre à ce que la réparation à chaud de briques de silice, sur lesquelles on forme une masse réfractaire obtenue à partir du mélange précité exempt de silice vitreuse, ne présentera aucun problème du point de vue dilatation.
Par contre, si on considère les courbes B et C on constate qu'il existe un écart relativement important entre ces deux courbes.
Il a, toutefois, été constaté, suivant l'invention, et comme il résulte d'ailleurs de l'exemple 1, que malgré cet écart, d'une façon entièrement imprévisible, les essais pratiques ont montré qu'il y a une parfaite compatibilité entre les deux produits concernés pour les réparations et reconstructions classiques envisagées.
Si l'on considère, enfin, la courbe B', on constate que l'addition de silice vitreuse au mélange à projeter permet de réduire considérablement l'écart entre la courbe C du bloc mullitique et la courbe B' relative au mélange projeté.
Par conséquent, le bénéfice de cette addition est de diminuer les sollicitations mécaniques, à la température de travail, pouvant résulter d'un désaccord thermique portant sur un long interface, et ceci sans que cette addition ait une influence négative sur les propriétés mécaniques de la zone réparée.
Il est bien entendu que l'invention n'est pas limitée aux formes de réalisation particulières des exemples concrets mais que d'autres variantes peuvent être envisagées dans le cadre de l'invention, aussi bien en ce qui concerne la forme et les dimensions des blocs mullitiques et les moyens pour réaliser l'ancrage mécanique éventuel de la masse réfractaire projetée 14 sur la face 2 de ces blocs. Ainsi, l'encoche en forme de mortaise 3 ne doit par exemple pas nécessairement s'étendre aux bords longitudinaux de la face 2 mais pourrait par exemple s'étendre obliquement ou perpendiculairement par rapport à ces bords. Ainsi, au lieu de former des rainures continues à travers toute la longueur de la surface réparée, les encoches 3 dans les blocs assemblés pourraient former des rainures interrompues.
Il en est de même pour le mélange de particules destinées à former, par projection réactive, la masse réfractaire 14 sur la face 2 des blocs 1, qui pourrait varier dans de larges limites. En effet, aussi bien la nature chimique et physique des particules entrant dans ce mélange que le rapport relatif des quantités mises en oeuvre de chacun des composants de ce mélange peuvent varier dans des limites relativement larges pour autant qu'on veille à éviter que cette masse réfractaire projetée puisse par réaction chimique dégrader les blocs 1 et que la dilatation totale de cette masse et des blocs à la température de travail ne puisse provoquer le décrochage de la masse réfractaire sur les blocs 1. L'écart admissible entre ces dilatations dépend en grande partie de la surface à réparer. Ainsi, pour des surfaces relativement réduites un plus grand écart est admis que lorsque la surface à réparer est relativement grande où il y a lieu de veiller à ce que les dilatations soient aussi proches que possible les unes des autres. Enfin, l'élément préfabriqué 1 peut présenter un trou, de préférence, de section rectangulaire, facilitant la manipulation de l'élément lors de sa pose.

Claims

REVENDICATIONS
1. Procédé de réparation et/ou de construction partielle à chaud d'installations industrielles comprenant une structure en matériaux réfractaires (11), en particulier installations fonctionnant par chauffage indirect à 1'aide de carneaux (10), telles que des batteries de fours à coke, suivant lequel on fait usage d'au moins un élément préfabriqué (1) en matériaux réfractaires que l'on solidarise avec ladite structure (11) par la projection, au moyen d'un courant de gaz porteur contenant de l'oxygène, d'un mélange de particules pouvant réagir exothermiquement avec l'oxygène et de particules d'une matière réfractaire, de manière à former in situ une masse réfractaire (14) cohérente permettant de fixer l'élément susdit à la structure en matériaux réfractaires, caractérisé en ce que l'on utilise, d'une part, un élément préfabriqué (1) en un produit réfractaire à cristallisation mullitique présentant une teneur en alumine comprise entre 30 et 85 % et de préférence entre 50 et 80 % d'alumine, et, d'autre part, un mélange de particules pouvant réagir exothermiquement avec l'oxygène et de particules d'une matière réfractaire, dont la composition est telle à former in situ une • masse réfractaire (14) qui soit compatible avec la composition et le coefficient de dilatation thermique de l'élément (1) et de la structure (11) susdits auxquels cette masse (14) doit se fixer, et ceci en tenant compte des sollicitations auxquelles cette dernière sera soumise dans les conditions de travail.
2. Procédé suivant la revendication 1, caractérisé en ce que l'on utilise pour la projection précitée, comme particules pouvant réagir exothermiquement avec l'oxygène, au moins un des produits du groupe formé, d'une part, par les métaux suivants : Al, Si, Mg, Ca, Fe, Cr, Zr, Sr, Ba et Ti, et, d'autre part, par les composés de ces métaux pouvant, par décomposition, former avec des oxydes issus de ces métaux, des oxydes mixtes, de manière à constituer une phase liante pour les particules précitées en matière réfractaire.
3. Procédé suivant la revendication 2, caractérisé en ce que l'on utilise comme composés des métaux précités, au moins un des peroxydes du groupe formé par le Ca02, Mg02, Ba02, Sr02 et/ou des sels de ces métaux tels que 1Α1C13, SiCl , MgCl2.
4. Procédé suivant l'une quelconque des revendications 1 à 3, caractérisé en ce que l'on utilise pour la projection précitée comme particules en matière réfractaire, au moins un des oxydes choisis dans le groupe comprenant le Si02, Al203, Zr02, MgO, Cr203, Ti02, CaO.
5. Procédé suivant l'une quelconque des revendications 1 à 4, caractérisé en ce que, lorsque la structure précitée est essentiellement en réfractaire siliceuse, on fait usage d'un mélange de particules oxydables et réfractaires permettant de former une masse cohérente en réfractaire également essentiellement siliceuse.
6. Procédé suivant l'une quelconque des revendications 1 à 5, caractérisé en ce que l'on fait usage d'un mélange de particules oxydables et réfractaires qui, par projection au moyen d'un courant de gaz porteur, permet de former une masse réfractaire cohérente présentant une différence de dilatation relative globale à 1200°C par rapport à celle de l'élément préfabriqué inférieure à 0,5 % et, en particulier pour les réparations ou reconstructions s'étendant sur au moins 2 mètres inférieure à 0,3 %
7. Procédé suivant l'une quelconque des revendications 1 à 6, caractérisé en ce que, pour des installations comprenant des chambres de traitement thermique (12) chauffées à l'aide de carneaux (10) on place du côté de ces derniers l'élément préfabriqué (1) précité et du côté de la chambre de traitement thermique (12) on applique la masse réfractaire cohérente (14) précitée.
8. Procédé suivant la revendication 7, caractérisé en ce que l'on applique la masse réfractaire (14) sous forme, d'une part, d'un joint d'étanchéité et de liaison entre l'élément préfabriqué (1) et la structure précitée (11), et, d'autre part, d'un revêtement recouvrant 1'élément préfabriqué susdit du côté de la chambre de traitement thermique (12) .
9. Procédé suivant la revendication 8, caractérisé en ce que l'on fait usage d'un élément préfabriqué (1) présentant du côté de la chambre de traitement thermique (12) des moyens (3) pour réaliser un accrochage mécanique entre cet élément (1) et la masse réfractaire précitée (14).
10. Procédé suivant la revendication 9, caractérisé en ce que ces moyens comprennent au moins une encoche (3) sensiblement en forme de mortaise.
11. Procédé suivant l'une quelconque des revendications 1 à 10, caractérisé en ce que, lorsque l'on fait usage de plusieurs éléments préfabriqués superposés (1), ces derniers présentent à leurs faces de contact (4, 5) des moyens d'emboîtement (8, 9) .
12. Procédé suivant l'une quelconque des revendications 8 à 11, caractérisé en ce que l'on réalise au moyen de l'élément préfabriqué précité (1) et d'un revêtement formé de la masse réfractaire précitée (14) une paroi ou portion de paroi dont tout au plus la moitié de l'épaisseur est formée par l'élément préfabriqué (1) et l'autre partie de cette épaisseur est formée par le revêtement susdit (14) recouvrant cet élément (1) du côté de la chambre de traitement thermique.
13. Elément préfabriqué pour la réparation ou la construction partielle à chaud d'installations industrielles comprenant une structure en matériaux réfractaires, en particulier installations fonctionnant par chauffage indirect à 1'aide de carneaux (10), telles que des batteries de fours à coke, notamment pour la mise en oeuvre du procédé suivant l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce qu'il est à base d'un produit réfractaire à cristallisation mullitique présentant une teneur en alumine comprise entre 30 et 85 % et de préférence entre 50 et 80 % d'alumine. .
14. Elément préfabriqué suivant la revendication 13, caractérisé en ce qu'il présente une forme prismatique rectangulaire dont une des faces (2) est pourvue de moyens (3) pour réaliser un accrochage mécanique avec une masse réfractaire cohérente (14) formée par projection réactive sur cette face (2).
15. Elément préfabriqué suivant la revendication 13 ou 14, caractérisé en ce qu'il présente, sur au moins deux de ses faces opposées (4, 5) des moyens d'emboîtement correspondants (8, 9).
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