Compte rendu JOURNÉE THÉMATIQUE : « LA MISE EN ŒUVRE DES MATÉRIAUX RÉFRACTAIRES » Mons

28 novembre 2019

INTRODUCTION
Les objectifs de la journée ont été définis en fonction d’une demande croissante d’information, de la part des industriels (fabricants, installateurs mais également utilisateurs). En effet, il existe actuellement, dans la plupart des secteurs industriels un fossé entre les fabricants et les utilisateurs. Cela se traduit, par des incompréhensions, des incidents, des arrêts et des retards de production, des pertes économiques, une baisse de la qualité des produits,….De plus, pour des raisons démographiques, on assiste actuellement, dans l’industrie, à un renouvellement des cadres, avec parfois une perte de savoir faire de plusieurs dizaines d’années: départ à la retraite du «baby boom», évolution du mode de stockage des données,…
Le but de la journée était d’apporter à l’ensemble des acteurs, une information très pratique, difficilement accessible dans la littérature et basée sur l’expérience personnelles des orateurs.

CONTEXTE ET OBJECTIFS
A l’heure actuelle, l’utilisation des matériaux n’est plus centrée sur le matériau lui-même mais sur son cycle de vie qui englobe les matières premières, la fabrication, l’utilisation,…et le recyclage.
L’utilisation des matériaux réfractaires ne peut être uniquement liée à la connaissance de leurs propriétés intrinsèques. Le comportement à haute température d’un four, d’un réacteur dépend également de la conception du garnissage réfractaire, du mode d’installation des produits, de la gestion des installations et de leur contrôle.
Les objectifs de la journée sont de mettre en évidence l’importance de certains paramètres indispensables à la mise en œuvre des matériaux : le choix et la gestion «qualité» des produits, l’installation, la compréhension et le contrôle des structures.
ORGANISATION
Pour la deuxième fois, une journée thématique a été organisée à Mons. La localisation se justifie par l’organisation réalisée par Pascal Pilate (membre du bureau), employé au BCRC qui offre ses locaux et l’intendance pour la journée et sa préparation. D’autre part, la localisation au nord de la France permet d’accueillir des industriels locaux et principalement des PME qui n’ont pas toujours le temps et les moyens de se déplacer loin. Une alternance entre différentes localisation géographique est déjà réalisée.
Etant donné le succès (le grand nombre d’inscriptions) la conférence a été déplacée vers une salle plus grande : l’hôtel Van der Valk, également situé à Mons
La publicité et l’information (diffusion des plaquettes et envoi de mails) ont été réalisées via le GFC et la cellule GFC-SF2M avec la participation du secrétariat du GFC (Hilda Wotquenne). Des envois ont également été réalisés vers des relations personnelles fournies par les membres du bureau (JP, JLG et PP).La publicité a été orientée vers tous les acteurs possibles (fabricants, bureaux d’étude, utilisateurs, installateurs,…).
Les inscriptions, ainsi que l’encaissement des frais ont été réalisés par le secrétariat du GFC. Le BCRC a organisé la location de la salle, l’intendance et le lunch.
Le choix du programme et des orateurs a été réalisé par les membres du bureau, qui y ont eux-mêmes contribué.

PARAINAGE
JP a reçu un subside de 1000 € de la part du RNM (Réseau National de la Métallurgie) qui a permis de proposer l’inscription gratuite des étudiants.
La société BELREF (Saint Ghislain) a fourni des cahiers et des clés USB sur lesquelles les informations de la journée et les présentations ont été transcrites.

PROGRAMME DE LA JOURNEE
9 h Présentation de la journée : Contexte, enjeux, présentations des participants
Jacques Rennotte, directeur du BCRC a souhaité la bienvenue à l’assemblée, en souhaitant que cette journée soit aussi dédicacée au développement durable.
Jacques Poirier a remercié les organisateurs et le RNM. Il a défini les buts de la commission mixte GFC-SF2M Matériaux Céramiques Réfractaires: lieu d’échange entre fabricants, utilisateurs universitaires, chercheurs, pour faire le point sur les récentes avancées scientifiques et techniques, ainsi que sur les possibilités et les méthodes permettant d’apporter des réponses aux problématiques actuelles et futures.
Il a présenté le bureau : Jacques Poirier (CEMHTI, Univ Orléans), Pascal Pilate (BCRC) et Jean Louis Guichard (ICAR) et le transfert de son poste de président à Pascal Pilate à partir du 7/11/2019. Annonce d’un événement à venir: 95th Annual Meeting of the Deutsche Keramische Gesellschaft / German Ceramic Society), 15 to 18 March 2020, Jülich, Allemagne ; la France est l’invitée d’honneur avec un comité scientifique binational.
Pascal Pilate a également remercié les personnes qui ont participé activement à la préparation de la journée. Il a confirmé la volonté de continuer et de pérenniser les actions déjà définies par JP.
9 h 30 Conférences:
Critères de choix et suivi de la qualité des réfractaires pour la sidérurgie.
J. Poirier (CEMHTI) a défini la maitrise de la qualité comme étant une condition préalable à l’introduction des nouvelles technologies dans l’industrie sidérurgique. Il propose de répondre à la question: Comment définir la qualité d’un produit réfractaire ?, à l’aide de trois critères: 1) le produit doit être adapté à l’application; 2) les produits réfractaires livrés au client doivent présenter une grande constance et une bonne homogénéité et finalement, 3) la une mise en œuvre doit être soignée.
Il insiste notamment sur les fiches techniques qui doivent présenter suffisamment d’informations spécifiques à l’application et l’utilisation de la norme ISO 5022 comme référence pour la qualification des produits. Le progrès doit également inclure une bonne collaboration entre les fabricants et les utilisateurs.
Quelques clés importantes pour le choix des matériaux réfractaires.
P. Pilate (BCRC-INISMa) a présenté quelques « points de vue » concernant le choix des matériaux réfractaires pour des applications précises, en fonction de leurs propriétés. Il a évoqué les réactions acide-base et les critères de choix en fonction de l’acidité ou de la basicité des produits. Il a également décrit l’intérêt de la stabilité thermodynamique des oxydes, des réactions d’oxydo-réduction et des diverses réaction avec l’atmosphère pour le choix des matériaux; l’influence de certains paramètres sur la résistance aux chocs thermiques. Enfin quelques conseils et recommandation concernant les bétons, ont été présentés.
10 h 45 Conférences:
La sélection des matériaux réfractaires, un facteur essentiel pour augmenter la durée de vie des fours de verrerie.
J.P. Meynckens (AGC Glass Europe) a suivi l’évolution des fours verriers et plus précisément des fours « float » depuis une trentaine d’années. Il nous a fait part de son expérience. En quelques dizaines d’années, la durée de vie de ces fours est passée d’environ une dizaine d’année à presque 20 ans à l’heure actuelle. Le problème d’économie d’énergie (isolation des fours) a été abordé. Les principales demandes pour les réfractaire du four à verre sont: pas d’écaillage, pas de bulles, stabilité en atmosphère réductrice et recyclabilité après campagne. L’utilisation de méthodes de contrôle, non destructrices comme le RADAR, permettent l’évaluation des produits et des structures. La réparation par « soudure céramique » est également un outil important pour augmenter la durée de vie des réfractaires et des fours. Pour la partie « float » des fours, la mesure de la perméabilité à l’hydrogène des réfractaires est essentielle.
« Le Contrôle Qualité dans la mise en œuvre de réfractaire : API 936 ».
R. Michel (ICAR) a présenté la norme API 936(American Petroleum Institute créé en 1919). L’API 936 est appliquée pour le contrôle qualité et la mise en oeuvre des réfractaires dans les fours de raffinerie.
Le but de cette norme est de: définir les besoins minimums pour l’installation d’un garnissage réfractaire, fournir un guide pour l’établissement des éléments de contrôle qualité, fournir les procédures de contrôle qualité de l’installation, qualifier les matériaux, les équipements et le personnel. Elle s’appuie sur des normes de caractérisation ASTM. Elle est très contraignante mais, en incluant toutes les étapes qui précédent l’utilisation, elle permet de garantir une fiabilité des produit et des installations, et de diminuer fortement les risques.
11h45 Conférences:
Modélisation du comportement des joints de maçonnerie “ hautes températures”.
E. Blond (Université d’Orléans) a présenté un résumé de travaux académiques issus de différents laboratoires, de différents projets et travaux de thèses, concernant la modélisation des maçonneries (briques et joints) réfractaires. Il existe différentes méthodes pour approcher la modélisation des maçonneries et notamment l’utilisation du concept de matériau homogène équivalent et d’état du joint.
Il a également présenté des essais de laboratoire qui permettent de valider les modèles théoriques établis. L’exposé s’est terminés par quelques applications et des perspectives quant à l’intégration, dans le futur, de phénomènes «haute température» tels que le fluage dans les modèles.
Contrôles non-destructifs des garnissages réfractaires.
J.L. Guichard (ICAR) a présenté des méthodes de contrôle non destructives des garnissages après leur installation sur site, après ou pendant leur utilisation: le scléromètre, l’excitation par impulsion et l’utilisation de l’imagerie infrarouge. Le scléromètre permet de réaliser un impact mécanique sur le matériau et de mesurer le « rebond ». Il existe une relation entre le rebond et la résistance à la compression des bétons (relation linéaire pour les isolants et non linéaire pour les denses).La méthode apporte des informations sur l’état du matériau mais doit être utilisée correctement en suivant les recommandations et les restrictions. L’excitation par impulsion consiste à induire un choc mécanique dans une pièce ou une éprouvette et à enregistrer la fréquence l’amplitude et l’amortissement de l’onde sonore qui se propage dans le matériau. Cette méthode permet de calculer le module d’Young et de cisaillement Elle permet également suivre facilement l’évolution d’un matériau en fonction du temps et des traitements subis, notamment pour les bétons. La caméra thermique (imagerie IR) permet d’observer les réacteurs, par l’extérieur, lorsqu’ils sont à haute température.les avantages sont : efficacité lors de contrôle pendant le fonctionnement du réfractaire en température, inspection de larges surfaces en une seule acquisition, méthode sans contact, contrôle du vieillissement du réfractaire.
13 h 45 Conférences:
Outils de diagnostic des parties réfractaires appliqués à la cokerie.
Y. Hergalant (CPM) a rappelé le but et le principe de fonctionnement d’une cokerie composée de batteries de fours et de carneaux alternés, séparés par des piédroits et posés au-dessus de régénérateurs.
Les réfractaires sont soumis à: des chocs thermiques, des poussées sur les parois, des repassages de gaz, la formation de « graphite », fortes contraintes diverses (circulation des enfourneuses, ouverture des bouches d’enfournement, intempéries). Les outils de diagnostic présentés sont :
• L’endoscopie (Vidéofil et endoscopes rigides) qui permet l’observation de la plupart des parties réfractaires en cokerie (carneaux de chauffage, chambre des fours, régénérateurs, couverture, canal de renversement etc…)
• Le “Robot Régénérateur” spécialement conçu pour l’inspection des régénérateurs
• Le Pyrofil (mesures de température par sonde) qui permet de mesurer la température des parois de briques à l’intérieur des carneaux de chauffage
• Le Scanner 3D. Le faisceau laser utilisé par l’instrument permet de déterminer la distance entre le scanner et l’objet réfléchissant le faisceau. La distance est alors combinée avec des informations angulaires. L’ensemble de ces informations permet alors de construire les coordonnées du point d’impact du faisceau laser .Cette méthode permet de mettre en évidence des défauts du réfractaire mais est difficile à appliquer actuellement sur toute la longueur du four.
Utilisation de l’Endoscopie pour contrôler l’état des réfractaires dans les fours WtE et Mesure laser 3D appliquée à la surface des réfractaires.
R. Coune (IBH) a décrit l’inspection des fours d’incinération à l’aide de l’endoscopie assistée de l’imagerie visible et infrarouge. Cette méthode permet de mettre en évidence les défauts suivants: la chute de réfractaire, l’évaluation du risque de perçage des tubes, l’évaluation du contact thermique réfractaire/tube, les zones d’usure des briques réfractaires, les zones de dépôts sur réfractaire et les fissures des briques. L’utilisation du Laser permet une cartographie exhaustive des parois réfractaires, une analyse dimensionnelle des parois, une connaissance approfondie de l’état réel du four, une documentation combinées des données réfractaires et tubes. Le modèle 3D permet une traçabilité et une documentation combinées des données réfractaires et tubes. Il peut être utilisé pour réaliser des simulations. Comme en cokerie, cette méthode présente un potentiel élevé qui doit encore être développé et valorisé dans le futur.
14h 45 Conclusions
Jacques Poirier a dit quelques mots pour conclure la journée.
15 h Visite de INISMa-CRIBC
Quelques dizaines de personnes (20-30) étaient encore disponibles et ont visité le BCRC.
L’ensemble des activités s’est terminé vers 17 heures.

PARTICIPATION : 86 INSCRIPTIONS
Les tableaux ci-dessous présentent les résultats des inscriptions.

Inscriptions Nombre
Membre GFC ou SF2M 10
Etudiant 2
Non membre 65
Organisateurs + Conférenciers 9
Subvention RNM
Total inscription 86

Le nombre d’inscription est relativement important. Ceci démontre l’intérêt du programme proposé mais également le succès de la méthode d’information. En effet, on peut remarquer que la plupart des participants ne sont pas membre du GFC ou SF2M.

CONCLUSIONS:
L’organisation ainsi que le déroulement de la journée se sont déroulés sans problèmes particuliers.
Le nombre important d’inscriptions a demandé une légère réorganisation (changement de local).
La nouvelle localisation (hôtel Van der Valk) a proposé une organisation et un cadre très professionnel et convivial. Le repas (buffet) était de bonne qualité et en quantité suffisante. Le prix proposé était tout à fait raisonnable et accessible, étant donné le tarif des inscriptions, fixé au préalable.
Le succès de la journée (86 inscriptions) s’explique par le choix des présentations, orienté en fonction des demandes généralement rencontrées lors des contacts avec les industriels, par le choix des orateurs qui maitrisent les sujets proposés, une information par courrier via le GFC et un courrier individualisé, par l’extension de l’information vers divers acteurs et principalement des utilisateurs.
L’ensemble des contacts (adresses mail) sera communiqué à Hilda Wotquenne afin d’étoffer la banque de données qui pourra servir dans le futur pour la promotion d’autres activités.
Un effort pourrait être réalisé afin de favoriser la participation d’étudiants.
Tous les exposés ont fait l’objet de quelques questions ce qui démontre l’intérêt du publique.
Une question générale a été posée concernant l’utilisation des produits fibreux. Il s’avère que l’utilisation de produits fibreux pose des problème de sécurité et de santé qui ne sont pas maitrisé s par la plupart des industriels et qu’une information serait bienvenue. Une réponse complète n’a pas été donnée. Ce sujet pourrait être traité lors d’une prochaine journée thématique.
Beaucoup de participants ont tenu à marquer leur satisfaction concernant le contenu et la qualité des exposés, pour le choix du lieu et la convivialité de cette journée.
Il y a eu énormément d’échanges entre tous les participants. Cette journée aura très probablement beaucoup de retombées à titre professionnel et à titre privé.

Mons le 20/11/2019

Pascal Pilate