Principles for Blast Furnace Refractory Lining Inspection, and Monitoring using Acoustic and Ultrasonic Technologies

Résumé

Les hauts fourneaux sont des pièces d'équipement complexes. Dans leur cuve, des fluides, des solides et des gaz se transforment, interagissent et circulent à températures élevées. Les hauts fourneaux sont tapissés de briques réfractaires faites de carbone et de graphite pour préserver l'intégrité de la cuve. Le carbone et le graphite sont les principaux matériaux réfractaires utilisés pour le revêtement des hauts fourneaux en raison de leur conductivité à haute température et leur capacité à réduire la charge calorifique en déplaçant la chaleur excessive vers la paroi, d'où elle peut être transférée à un système de refroidissement à l'eau ou aux douves en fonte ou en cuivre.

Il existe quatre principaux facteurs qui influent sur la durée de campagne d'un haut fourneau : 1) la conception du haut fourneau; 2) la qualité et la fiabilité du matériau réfractaire; 3) la qualité et à l'étanchéité du revêtement réfractaire; 4) le soin et l'attention apportés à l'entretien du revêtement. Au cours des 20 dernières années, d'importantes améliorations ont été apportées à la conception des hauts fourneaux : augmentation du volume et de la pression de fonctionnement du four; conception de nouvelles structures de fours et de systèmes de refroidissement; méthodes améliorées de distribution du lit de fusion; percées en matière d'instruments de surveillance et de commandes; application de techniques qui permettent de réduire la consommation d'énergie et la main-d'œuvre. Des progrès enregistrés sur le plan scientifique permettent également de mieux comprendre comment assurer un bon revêtement du haut fourneau. De nos jours, le revêtement réfractaire fait l'objet d'un entretien fréquent et d'améliorations par l'ajout d'éléments comme du titane. Tous ces développements ont contribué à réduire les coûts de fabrication du fer, d'améliorer la durée de campagne du haut fourneau et d'offrir de meilleures conditions de travail au personnel chargé du fonctionnement et de l'entretien du haut fourneau. La durée de campagne moyenne d'un haut fourneau moderne est de 15 à 20 ans selon la conception du système de refroidissement et du revêtement réfractaire, surtout dans le foyer.

Les réparations et le remplacement du revêtement du foyer sont sans contredit les éléments les plus coûteux de l'entretien des hauts fourneaux. Il est donc souhaitable de prolonger le plus possible la durée de vie du foyer afin de réduire le montant de ces dépenses. Sous des conditions opératoires normales, la détérioration du revêtement du foyer est généralement lente et graduelle, pendant toute la durée de vie du haut fourneau. Cependant, beaucoup de fours présentent une usure non uniforme du revêtement réfractaire en raison de différents facteurs. Une usure excessive s'observe couramment sur la paroi du four sous le trou de coulée, du côté opposé au trou et à la base du foyer. Des études récentes montrent que la conception du four, la position du trou de coulée et la qualité du matériau réfractaire ont une grande incidence sur le taux d'usure du revêtement de four. Outre l'usure prévue du revêtement, des incidents comme des fuites de gaz ou d'eau, l'arrêt prématuré du four et les fluctuations thermiques peuvent caser de graves dommages à certains endroits. Si ces dommages localisés s'étendent à d'autres parties du four, il peut alors être nécessaire de procéder à une réparation du matériau réfractaire ou à l'installation d'un nouveau revêtement. L'importance des dommages influe sur les coûts de réparation, la perte de productivité et les risques pour la sécurité. Il est donc essentiel d'évaluer de façon fiable la qualité et l'épaisseur du revêtement réfractaire pour assurer une durée de campagne productive et sans dommages du haut fourneau.