Élaboration d’une méthode d’essai non destructif pour l’épaisseur des douves de refroidissement
Résumé
Le système de refroidissement des hauts fourneaux modernes intègre des douves faites de fonte, de cuivre ou de plaques de cuivre. Dans certains cas, de l’eau pulvérisée est utilisée pour refroidir le foyer du haut fourneau. Actuellement, la majorité des hauts fourneaux modernes sont équipés d’une combinaison de douves en cuivre et en fonte. Dans la plupart des nouvelles conceptions de haut fourneau, les douves en fonte sont utilisées dans les zones moins actives du four, comme la cheminée supérieure ou le foyer, tandis que les douves en cuivre sont utilisées dans les zones plus actives et chaudes, comme les étalages, le ventre et la cheminée inférieure. Pour mesurer l’épaisseur restante des douves sans les endommager, des signaux doivent être transmis à travers les couches de différents matériaux : l’enveloppe de four en acier, les matériaux réfractaires ou le damage, et la douve. L’épaisseur des matériaux réfractaires, comme ceux à base de carbure de silicium, peut varier de 100 à 280 mm. Ces matériaux affaiblissent de façon considérable les signaux ultrasoniques; les techniques ultrasoniques traditionnelles ne peuvent donc pas détecter l’épaisseur restante de la douve en envoyant des signaux sur l’enveloppe de four.
De plus, la résolution des mesures doit être élevée (plus ou moins 2 mm) pour établir la différence entre les régions des membrures (rib) et de la racine (root) de la douve. En raison de ces exigences strictes, les techniques ultrasoniques traditionnelles n’ont pas permis d’atteindre les objectifs à moins que des sondes1 ultrasoniques ou des tiges2 en cuivre/composite soient installées sur le four. Ces techniques ultrasoniques ne sont pas flexibles en raison de la limite que constitue l’emplacement des mesures.
Vu les limites des tests ultrasoniques traditionnels, une technique connue sous le nom de technologie ultrasonore par impulsions basse fréquence (LFPU) a été élaborée en 2013. Cette technique a été vérifiée sur place en comparant les résultats à ceux des mesures ultrasonores traditionnelles aux emplacements des tiges de cuivre préinstallées. L’avantage de la LFPU est que la mesure peut être relevée sur l’enveloppe du four sans installation préalable de tiges ou de sondes. Il s’agit d’un système échographique à large bande capable de mesurer l’épaisseur de parois à couches multiples, de parois minces (moins d’un demi-mètre) et de parois du four en composite du côté froid. Le système est conçu pour générer les fréquences et la puissance requises pour que les signaux mesurent l’épaisseur de la douve3,4, avec une précision de plus ou moins 2 mm.
Les mesures de la technologie LFPU servent principalement à déterminer l’épaisseur de la douve. Quatre états physiques sont possibles pour les douves : à la pleine épaisseur et protégées par le système réfractaire, membrures (rib) et système réfractaire partiellement usés, membrures (rib) et système réfractaire complètement usés, et usure jusqu’à la racine (root) (Figure 1)4.