L utilisation des fibres céramiques réfractaires (FCR) Les alternatives possibles

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1 L utilisation des fibres céramiques réfractaires (FCR) Les alternatives possibles André Couyras, Philippe Molon, Philippe Class 4 février 2013 CARSATAM Strasbourg

2 2 LES FCR APPARTIENNENT AU GROUPE DES LAINES D ISOLATION HAUTE TEMPERATURE (LIHT). Que sont les LIHT?

3 LIHT INFORMATION DE BASE Ce sont des laines minérales synthétiques, vitreuses ou polycristallines, Définies par leur température de classification supérieure à 1000 C, Essentiellement utilisées au-delà de 600 C, Nécessaires pour de nombreuses applications high-tech en raison de leur grande souplesse d utilisation.

4 LES DIVERS TYPES DE LIHT 4

5 LES FIBRES CERAMIQUES REFRACTAIRES (FCR) Inventées en 1942, Commercialisées dans les années 1950, Essentiellement utilisées dans les applications industrielles haute température, Bonne stabilité chimique, Utilisées habituellement de 600 C à 1400 C

6 LES LAINES DE SILICATE D ALCALINO-TERREUX (AES) Développées à la fin des années 1980, Commercialisées début des années 1990, Utilisées pour les applications domestiques, pour la protection incendie et dans les applications industrielles, Faible biopersistance, Peuvent être utilisées jusqu à 1200 C

7 LES LAINES POLYCRISTALLINES (PCW) Commercialisées au début des années 1970, Propriétés uniques mais coûts de production élevés, Produites en quantités relativement faibles pour des applications très spécifiques, Les principaux avantages sont dimensionnels, stabilité chimique et thermique, Utilisées en général pour des températures allant de 800 C to 1800 C

8 LAINES D ISOLATION HAUTE TEMPERATURE En résumé LAINE DE SILICATE D ALCALINO- TERREUX (AES) FIBRES CERAMIQUES REFRACTAIRES (FCR) LAINES POLYCRISTALLINES (PCW) LAINES DE SILICATE DE CALCIUM ET DE MAGNESIUM LAINES DE SILICATE DE CALCIUM LAINES DE SILICATE DE MAGNESIUM LAINE DE SILICATE D ALUMINIUM LAINE DE SILICATE D ALUMINIUM ET DE ZIRCONIUM LAINE ALUMINE LAINE MULLITE

9 LAINES MINERALES ARTIFICIELLES LES LIHT NE REPRESENTENT QUE 2 % DE LA PRODUCTION DES LMA Laines polycristallines FCR AES Laines minérales (Verre et roche) La largeur des cônes indique la fréquence d utilisation de l isolant à la température Indiquée

10 LES INDUSTRIES UTILISATRICES 10

11 Les LIHT ont un impact très important Les industries utilisant les LIHT pour Chimie et pétrochimie Sidérurgie et métallurgie Métaux non-ferreux Energie/cogénération Verre et céramiques Industrie automobile Construction navale Aéronautique Nucléaire Chaudières à condensation Isolation haute température Filtration de gaz à haute température Support mécanique Contrôle de la pollution Protection incendie

12 12 LES BENEFICES APPORTES PAR LES LAINES D ISOLATION HAUTE TEMPERATURE L EXEMPLE DES FOURS INDUSTRIELS

13 Les fours industriels sont parmi les applications consommant le plus d énergie dans l industrie. Les coûts de l énergie augmentant ils deviennent un élément crucial en terme de compétitivité. Améliorer l efficacité énergétique a pour effet de réduire de manière significative les émissions de gaz à effet de serre.

14 LA MISE EN OEUVRE DES LIHT PERMET DE REDUIRE L UTILISATION DE MATIERES PREMIERES Coûts d investissement inférieurs Poids de l isolant et épaisseur des cloisons inférieurs Installation, maintenance et réparation plus rapides Contrôle des fours cycliques amélioré Productivité et qualité du produit accrues Consommation d énergie et émission de CO 2 réduites

15 COMPARAISON DE DIFFERENTES CLOISONS DE FOUR REFRACTAIRES TRADITIONNELS ET MODERNES

16 Perte d'énergie / an- GJ/ m² POURQUOI UTILISE T ON LES FCR? CAS D UN FOUR INTERMITTENT 4 3,5 3 2,5 2 1,5 1 0,5 0 Briques isolantes Modules en FCR Température paroi intérieure - C Réduction de la durée des cycles Réduction des émissions de gaz à effet de serre

17 LES OPERATIONS D ENLEVEMENT DE REVÊTEMENT FIBREUX HAUTE TEMPERATURE QU EN EST-IL DE LA SILICE CRISTALLINE?

18 SILICE CRISTALLINE Lorsque les produits réfractaires sont chauffés les atomes de silicium présents peuvent être réarrangés sous différentes formes de silicates cristallins y compris la silice cristalline (SC) tels que la cristobalite. (Note: Les PCW ne forment pas de SC lorsqu elles sont chauffées) L IARC a classé certaines formes de SC comme cancérigènes chez l homme. Un doute existe donc quant à la dangerosité des LIHT après avoir été chauffées au-delà de 900 C dans les applications haute température. Des tests sur l animal et les tests in vitro ont démontrés que la toxicité des fibres dites «après-service» n était pas plus élevée, probablement parce que la silice cristalline prise dans la matrice vitreuse de la fibre n est pas biologiquement disponible.

19 Silice cristalline Dans le cas général l expérience montre que le contrôle du niveau d exposition aux laines d isolation haute température permet aussi de maintenir le niveau de silice cristalline à des niveaux inférieurs aux valeurs limite d exposition professionnelle.

20 REGLEMENTATION 25

21 La classification des laines minérales de silicate vitreuses sous REACH Oxyde de silicium AES Laines de verre FCR Possibilité d exonération totale de la classification (CLP C2 ) cancérogène par tests additionnels sur le rat. Laines de roche CLP2 CLP Ligne 18% d oxydes alcalins et alcalinoterreux Oxydes alcalins et alcalinoterreux 1B Oxydes d aluminium et de zirconium

22 LES FICHES DE DONNEES DE SECURITE (FDS) Les FDS sont règlementaires pour les substances listées dans l article 31 du règlement REACH (classées comme dangereuses, biopersistantes ou substances considérées comme particulièrement préoccupantes pour l homme ou l environnement) Les FDS sont fournies aux clients depuis de nombreuses années pour tous les produits contenant des FCR, des AES ou des PCW. Les FDS continueront à être fournies volontairement pour les AES et les PCW.

23 ETIQUETAGE L étiquetage des substances et mélanges dangereux est basé sur le règlement CLP (CE) No 1272/2008. Les FCR sont étiquetées conformément à la réglementation CLP.

24 Etiquetage officiel

25 Etiquetage des articles ECFIA recommande que les articles contenant des FCR soient étiquetés volontairement en utilisant une étiquette Attention. Plus d informations sur la politique d étiquetage d ECFIA peuvent être obtenues sur le site Internet:

26 Etiquetage volontaire

27 RESTRICTION DE MISE SUR LE MARCHE DES FCR La directive 76/769 CE interdit la vente au public des substances listées dans l annexe 1 de la réglementation sur les substances dangereuses. Cette restriction a été transférée dans l annexe XVII du règlement REACH. Les FCR ne peuvent être vendus qu aux professionnels!

28 LA REGLEMENTATION SUR LA PROTECTION DES TRAVAILLEURS Pour les FCR les principales obligations résultant de la directive 2004/37 CE (Directive cancérigènes) sont: La substitution Eviter l exposition Réduire les expositions

29 OBLIGATION DE SUBSTITUTION (ART. 4 DE LA DIRECTIVE CANCERIGENE) Remplacer autant que techniquement possible Par une substance, une préparation ou un procédé Qui dans ces conditions d utilisation n est pas dangereux ou est moins dangereux pour la santé et la sécurité des travailleurs. NOTE: REACH définit un substitut comme moins dangereux ou non dangereux dans la mesure ou il est techniquement et économiquement utilisable.

30 UNE REGLEMENTATION DE PLUS EN PLUS SEVERE Exemple de la France: Le décret du 27 octobre 2007 institue une valeur limite réglementaire et contraignante pour les FCR de 0,1 f/ml en moyenne sur 8 heures. N.B.: Cette réglementation ne s applique pas aux AES ni aux PCW qui ne sont pas classées. Pour ces dernières une valeur limite de 1 f/ml s applique.

31 UNE REGLEMENTATION DE PLUS EN PLUS SEVERE Exemple de la France Contrôle des expositions La circulaire DGT 2010/03 du 13 avril 2010 précise que: Les contrôles de conformité avec le décret sont à faire par un organisme accrédité indépendant au moins annuellement. Cet organisme est pleinement responsable de la stratégie de prélèvement. La stratégie de prélèvement et les conditions de la reconnaissance de la conformité sont données dans la circulaire. En cas de dépassement, l employeur doit arrêter le travail impliquant l utilisation de FCR jusqu à la mise en œuvre de mesures propres à assurer la protection des travailleurs.

32 LES FCR La recherche de substituts

33 LA RECHERCHE DE SUBSTITUTS AUX FCR La réglementation requiert que les FCR soient remplacées là où cela est techniquement et économiquement possible. L AFSSET* dans son rapport d avril 2007 précise que la substitution ne doit être effectuée qu avec des produits dont la toxicité et les risques ont été évalués. * L AFFSET est aujourd hui intégrée dans l ANSES

34 LES AES Les fibres AES (Alkaline Earth silicates) contiennent plus de 18% d oxydes alcalino-terreux. Elles appartiennent au groupe des laines minérales tel que défini par la réglementation européenne. Toutes les AES sont exonérées par l intermédiaire de tests de biopersistance ou long terme sur l animal réalisés conformément à la réglementation européenne. Elles sont une alternative possible aux FCR 1200 C dans des applications où les conditions d utilisation ne sont pas trop sévères.

35 LES BRIQUES ET CIMENTS REFRACTAIRES ISOLANTS: SUBSTITUTS POSSIBLES AUX FCR La tenue en température est bonne Leur capacité isolante est toutefois moindre La souplesse d utilisation est réduite La mise en œuvre plus coûteuse Besoins énergétiques accrus Augmentation des émissions de gaz à effet de serre

36 LES LAINES POLYCRISTALLINES: SUBSTITUTS POSSIBLE AUX FCR Ces fibres ont une bonne tenue en température (900 à 1800 ) Elles ont de bonnes caractéristiques isolantes. Leurs propriétés mécaniques sont toutefois moins adaptées Leur coût est 10 à 20 fois supérieur aux FCR Les capacités de production actuelles sont d environ 2500 tonnes / an sur l Europe.

37 AUTRES SUBSTITUTS AU FCR POSSIBLES MAIS DANS DES CAS LIMITES Il existe d autres substituts possibles utilisés en quantité moindre en raison de leur caractéristiques chimiques et physiques moins adaptées ex: Mousses céramiques Microporeux Silicate de calcium

38 Quelques exemples d applications ou les FCR ne sont pas encore substituées

39 ETUDE DE CAS: CSP-Four à rouleaux THYSSENKRUPP TEMPERATURE: C (FACE CHAUDE), 80 C (FACE FROIDE) Réduction des coûts /an Réduction des coûts de l énergie Réduction des coûts de maintenance Réduction des temps d arrêt Productivité accrue

40 TyssenKrupp Roller Hearth Furnace

41 Application typique Température = 1,200 C (Face chaude) - 80 C (Face froide)

42

43 Réchauffage de lingots

44 Four de réchauffage de lingots

45 Blocs de brûleurs

46 L état d avancement de la substitution en 2007 (1) (1) Les règles de concurrence et de confidentialité des données ne nous permettent pas de communiquer des informations plus récentes.

47 Progression de la substitution dans l industrie des métaux ferreux (données 2007) (La couleur verte indique que la substitution a commencé à se faire) INDSUTRIE DES METAUX FERREUX (Fer et acier) APPLICATION 1970s 1980s 1990s 2000s Isolation réfractaire de fours de recuit Isolation réfractaire de fours de détensionnement Isolation réfractaire de fours de carburation Isolation réfractaire de fours de nitruration Isolation réfractaire de fours de galvanisation Isolation réfractaire de four de forge Isolation réfractaire de fours de réchauffage Joints de porte de four à coke Joints d'expansion de haut-fourneaux Isolation de wagon torpille et de couvercle Manchon protecteur de thermo-couple Tube de prélèvement d'acier liquide Manchons supérieurs de moules pour aciers spéciaux Garnissage de moules (superalliage) Garnissage de couvercle de préchauffeur de poches acier Sous-couche de poches acier Joints de stopeur Sous-couche des couvercles de tundish Protection de boucliers de préchauffage Joints de fosse de réchauffage Joints de fond de fours de recuit Hottes de refroidissement lent Creusets pour fusion par induction Joints de dilatation

48 Lingotières

49 Progression de la substitution dans l industrie des métaux non ferreux (données 2007) (La couleur verte indique que la substitution a commencé à se faire) INDUSTRIE DES METAUX NON FERREUX APPLICATION 1970s 1980s 1990s 2000s Joints de dilatation de fosses de cuisson de carbone Garnissage de couvercles de cuisson de carbone Préchauffage de blocs anode carbone Joints de cellule de réduction Isolation de cellules de réduction Dessus de poches d'aluminium fondu Garnissage de portes de fours de maintien, de fusion et de refusion Garniture de fours Joints d'expansion de fours Systèmes de transfer de métal fondu y compris les canaux de coulée et leur couvercle, poches de distribution et tubes de coulée. Manchons supérieurs de moules pour l'aluminium Pièce de réglage de débit et caissons d'extrémité (Header Boxes) Garnissage de four de recuit pour feuilles d'aluminium Garnissage réfractaire des fours de bains de galvanisation Protection du tube pour coulée de moulage basse pression Cône de bouchée pour four de maintien

50 Application en traitement thermique 1150 Application dans un four de distillation à 830

51 Progression de la substitution dans l industrie du verre et de la céramique (données 2007) (La couleur verte indique que la substitution a commencé à se faire) VERRE ET CERAMIQUE APPLICATION 1970s 1980s 1990s 2000s Garnissage réfractaire de fours de première cuisson (biscuits) Garnissage réfractaire de four d'émaillage Garnissage réfractaire de fours de porcelaine Garnissage réfractaire de four pour réfractaires Garnissage réfractaire de four pour tuiles Garnissage réfractaire de four de carrelage Garnissage réfractaire de four pour équipements sanitaires Garnissage réfractaire de four pour briques Intérieur et joints pour wagons de fours tunel Joint d'expansion de fours et de portes Isolation de voutes de four de verrerie Isolation externe des murs de four de verrerie Joints bourrage et joints de dilatation pour fours de verrerie

52 Progression de la substitution dans la chimie et la pétrochimie (données 2007) (La couleur verte indique que la substitution a commencé à se faire) Chimie et pétrochimie APPLICATION 1970s 1980s 1990s 2000s Isolation réfractaire de réchauffeur tubes cylindriques verticaux Isolation réfractaire de distilateurs Garnissage réfractaire de fours cabine Isolation réfractaire de vapo-craqueurs Isolation réfractaire de fours d'éthylène Isolation réfractaire de "reformers" de méthanol Isolation réfractaire de "reformers" d'hydrogène Isolation réfractaire de "reformers" primaire d'amoniac Garnissage réfractaire de conduits et de sorties de fumées Remplissage de caissons d'extrémités (Header Box) Calorifugage de tuyauteries haute température Protection incendie de vannes Manchons pour tubes

53 Chaudière murale

54 Applications spéciales dans l automobile Filtre à particules Diesel Airbags Renforcement de pistons Mat de support pour les pots catalytiques Ecrans thermiques

55 Chaudière au sol

56 Creuset (procédé de coulée à cire perdue: Roues turbo compresseur)

57 Revêtement

58 Aluminium (Casting tips)

59 Exemple d aide à la substitution au-delà de 1000 C Extrait ED6085 Fibres céramiques réfractaires. Isolation et protection thermique en milieu industriel (Annexe 3) Briques / masses Composition des Produits Conditions requises Légères denses laine AES laine FCR 1. Température d'utilisation jusqu'à 1900 jusqu'à à à Température de Class. jusqu'à 1900 jusqu'à à à Conduct. Therm. [W/mK] 0,2 jusqu'à 15,0 à 1100 C ex. 0,31 à 1000 C avec un densité de 128 kg/m3 4. Point de fusion[ C] > 1400 > Densité [kg/m³] Tenue mécanique 6.1 Requis +/ Résilience a) Etat neuf non disponible + ++ b) Après traitement thermique non disponible - ++ c) Joints de dilatation requis non requis 6.3 Vibrations Vitesse des gaz > 40 m/s /+ +/- 7. Tenue aux changements de T. +/- -/+ + ++

60 En résumé La réglementation impose la substitution là où c est techniquement faisable pour la mise en œuvre et pour l utilisation. (Voir aussi rapport détaillé de l AFSSET 04/2007) A ce jour il reste encore des applications (plus de 50% en Europe, 20% en France) où la substitution n est pas encore faite. L industrie de production travaille au développement de fibres exonérées encore plus performantes qui devraient dans l avenir étendre encore les possibilités de substitution des FCR.

61 REFERENCES SUPPLEMENTAIRES

62 CARE INFORMATION DE BASE Les membres de l ECFIA ont développé et mis en œuvre le programme CARE Controlled and Reduced Exposure comme partie intégrante du programme de suivi des produits en1996. Le programme CARE consiste en: des prélèvements aux postes de travail, une évaluation de la concentration et une étude visant à réduire les concentrations aux postes de travail. Le programme CARE est gratuit pour les clients des membres de l ECFIA et pour les utilisateurs finaux. Consulter ECFIA ou votre fournisseur pour plus d information

63 Les guides d utilisation Plusieurs guides d utilisation sont disponibles: INRS: Exposition aux fibres céramiques réfractaires lors de travaux d entretien et de maintenance. ED 6084 INRS: Fibres céramiques réfractaires: Isolation et protection thermique en milieu industriel. ED 6085 Codes ECFIA: Code de bonnes pratique (en anglais): Travailler avec les laines d isolation haute température (LIHT) Une évaluation de risque efficace (en anglais): _working_with_htiw.pdf Exposition aux fibres durant les opération de mélange et de formage:(en anglais): Bonnes pratiques de nettoyage et de manipulation des LIHT(en anglais): _good_housekeeping_and_handling.pdf Systèmes locaux d aspiration pour les laines d isolation haute température (LIHT) (en anglais): Pour plus d informations vous pouvez visiter le site Internet :

64 MERCI DE VOTRE ATTENTION.