Suivre les déformations d'un mélangeur de fonte : quatre états, un même référentiel 3D

Deux dégradations qui n'ont pas la même signature

La structure métallique se déforme sous l'effet des cycles thermiques. Dilatation, rotation, torsion : le mélangeur ne revient jamais exactement à sa géométrie initiale. Ces mouvements se lisent sur le positionnement des flasques et sur la déformation de la virole. Entre deux états, les écarts sont de l'ordre du centimètre.

Le garnissage réfractaire, lui, s'use de l'intérieur. Son épaisseur diminue de façon irrégulière, selon les zones de contact avec la fonte et les chocs thermiques subis. Les écarts atteignent ici plusieurs dizaines de centimètres. Or c'est précisément cette épaisseur qui protège la structure.

Le risque est connu de tout exploitant : un réfractaire trop usé finit par percer la métallerie et provoquer une fuite de fonte. Le suivi porte donc sur de gros écarts, et c'est bien là son enjeu.

Les deux dégradations sont liées, mais elles ne se mesurent pas de la même manière. La première se lit sur l'extérieur de l'équipement, la seconde sur son intérieur. Une campagne utile doit couvrir les deux. C'est ce qui explique le protocole retenu.

Ce que la campagne mesure

L'objectif est d'obtenir une vision précise de l'état géométrique de l'équipement, à chaud comme à froid, en intérieur comme en extérieur.

La mission s'appuie sur des relevés laser 3D. Ils collectent rapidement une donnée dimensionnelle dense, sans contact, avec une précision millimétrique. Les nuages de points servent ensuite à trois usages : le contrôle dimensionnel, la comparaison des états successifs et la modélisation 3D de référence.

L'analyse porte sur quatre familles de phénomènes :

• le positionnement des flasques ;
• la déformation de la virole ;
• les phénomènes de dilatation, de rotation et de torsion ;
• l'usure du garnissage réfractaire.

Relever l'intérieur sans y entrer

La voûte du mélangeur est instable. Aucune pénétration humaine n'est possible. Le relevé intérieur se fait donc à distance : le scanner laser est monté sur une crémaillère et introduit dans le mélangeur. Il restitue l'image 3D complète de l'usure du réfractaire, sans qu'un opérateur n'entre.

Deux modes d'accès sont possibles selon la configuration de l'installation :

• par le bas : le scanner est positionné à l'aplomb de l'ouverture basse, puis monté à l'intérieur par la crémaillère. Le canal d'ouverture doit être le plus vertical possible ;
• par le haut : la passerelle existante est prolongée par un platelage. Un tronçon de passerelle est ensuite descendu dans le mélangeur depuis ce platelage, avec un point d'ancrage harnais repéré.

Un relevé complémentaire est réalisé depuis l'extérieur : 40 à 50 positions de scan aux abords du mélangeur. C'est lui qui quantifie les déplacements des flasques entre l'état chaud et l'état froid.

Le matériel est un scanner laser 3D sur trépied, laser de classe 1, non ATEX. L'ensemble du relevé, intérieur et extérieur, tient en une journée complète sur site.

Une intervention cadrée par la sécurité

L'intervention mobilise un à deux opérateurs IMAG'ING, habilités Risque Chimique niveaux 1 et 2 et travail en hauteur. Un opérateur du client assure une vigie permanente à l'extérieur pendant environ 3 h 30, pour l'accès et la mise en sécurité.

Les équipements de protection sont ceux d'un site à risque : détecteur 4 gaz avec contrôle de l'oxygène aux abords, harnais personnel, double longe et stop-chute. IMAG'ING est certifiée MASE, ce qui conditionne l'accès à ce type de site industriel.

Quatre états comparés, plutôt qu'une mesure isolée

C'est le point de méthode qui fait la valeur de la campagne. Les déformations de l'ensemble du mélangeur sont suivies en comparant quatre états de fonctionnement :

• à froid, avec réfractaire neuf : l'état de référence, auquel tout le reste se compare ;
• à chaud : la géométrie réelle en exploitation, dilatations comprises ;
• à froid, avec réfractaire usé : ce que le cycle a laissé comme déformation résiduelle ;
• à froid, sans réfractaire : la structure nue, débarrassée de ce qui la masque.

Pris séparément, chacun de ces états ne renseigne que sur lui-même. C'est leur superposition numérique qui produit l'information utile. Elle permet de comparer les géométries dans le temps et d'objectiver les évolutions de l'équipement, au lieu de les estimer.

Les ordres de grandeur donnent la mesure de l'exercice : quelques centimètres de mouvement sur la structure, plusieurs dizaines de centimètres de recul sur le réfractaire. Ce sont ces écarts, et leur progression d'une campagne à l'autre, qui fondent la décision de maintenance.

Pourquoi le sans contact n'est pas un détail sur cet équipement

La mesure traditionnelle se heurte ici à trois obstacles simultanés. La température interdit l'approche pendant l'exploitation. L'accessibilité est mauvaise, entre les structures qui entourent le mélangeur et le confinement de son intérieur. Et l'échelle de la pièce rend illusoire toute mesure ponctuelle : on ne caractérise pas la torsion d'une virole avec un mètre.

Le relevé laser 3D contourne les trois. Il ne demande aucun contact, donc ni cible à coller ni accès à créer pour aller les poser. Il produit une donnée dense plutôt que quelques points, ce qui autorise une analyse de forme et pas seulement de cote. Et il réduit le temps de présence sur site, ce qui compte quand la fenêtre d'accès est celle d'un arrêt technique.

Du nuage de points au référentiel exploitable

Un nuage brut ne se compare pas. Il est assemblé, filtré, colorisé et géoréférencé. Cette dernière étape conditionne tout le suivi ultérieur.

À partir de là, deux livrables répondent à deux besoins différents :

• Le maillage restitue la surface réelle, écarts compris. C'est lui qui sert au contrôle de l'usure du réfractaire, parce qu'il ne lisse rien.
• La modélisation 3D produit un référentiel propre, réutilisable en étude : implantation, reconception de pièce, préparation d'intervention.

La base numérique constituée à chaque campagne est reprise lors de la suivante. C'est ce qui permet de suivre l'évolution du mélangeur sur plusieurs cycles d'exploitation.

Contrôle dimensionnel et contrôle non destructif : ce que la mesure 3D fait, et ce qu'elle ne fait pas

Autant poser la limite, parce que les deux démarches se croisent souvent sur un même arrêt. Le relevé laser 3D caractérise une géométrie : forme, position, épaisseur apparente, écart à un état antérieur. Il ne dit rien de la santé de la matière. Une fissure interne ou une évolution métallurgique relèvent du contrôle non destructif.

Les deux se complètent donc plutôt qu'ils ne se substituent. Sur un équipement comme celui-ci, la mesure 3D indique où la structure travaille et où le réfractaire recule. C'est souvent elle qui désigne les zones sur lesquelles un CND devra ensuite se concentrer, au lieu d'en contrôler l'intégralité.

Ce que l'exploitant en retire

Trois choses, et aucune n'est de nature documentaire.

Il dispose d'abord d'un référentiel 3D fiable pour documenter l'état de son installation : un état daté et opposable, plutôt qu'une appréciation.

Il peut ensuite anticiper les opérations de maintenance. Connaître l'usure réelle du garnissage, c'est décider d'un remplacement sur une mesure et non sur un calendrier théorique. Ou, moins bien, sur un incident.

Il sécurise enfin ses décisions techniques. Quand il faut trancher entre prolonger une campagne et arrêter pour réfection, un écart mesuré pèse plus lourd que l'estimation la plus expérimentée.

Un suivi en place depuis 2014

Une campagne isolée donne un état. Deux campagnes donnent une tendance. C'est la tendance qui permet de prévoir, et c'est la raison pour laquelle ce type de contrôle prend tout son sens en suivi pluriannuel.

Sur ce site, deux mélangeurs sont contrôlés. Chacun l'est tous les deux ans, en alternance d'une année sur l'autre. IMAG'ING intervient donc environ une fois par an depuis 2014, soit plus de dix ans d'historique dimensionnel sur les mêmes équipements.

Encore faut-il que les relevés soient comparables entre eux. Avec un même repère de géoréférencement d'une campagne à l'autre, les nuages se superposent directement. Sans lui, chaque campagne repart de zéro et l'historique ne vaut plus rien. C'est aussi ce qui amortit la première intervention : elle constitue la référence dont toutes les suivantes se déduisent.

La méthode ne dépend pas de l'équipement

Ce qui est fait sur ce mélangeur ne tient pas à sa nature, mais à trois conditions réunies : un équipement dont la géométrie évolue sous contrainte thermique ou mécanique, une dégradation qui se produit là où l'inspection visuelle n'accède pas, et une fenêtre d'intervention courte imposée par l'exploitation.

Dès que ces trois conditions sont réunies, la démarche se transpose. Le premier travail consiste alors à définir quels états doivent être comparés. C'est ce choix, davantage que le matériel de relevé, qui détermine la valeur de la campagne.

Parlons de votre équipement

Décrivez-nous l'équipement concerné, sa contrainte principale et vos fenêtres d'arrêt. Nous vous dirons quels états relever, dans quel ordre, et ce que la comparaison pourra objectiver.