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MEMOIRE DESCRIPTIF déposé à l'appui d'une demande
D'UN BREVET DE PERFECTIONNEMENT par : La Société dite: UNITED STATES METALS REFINING COMPANY, Demeurant: à Carteret. Middlesex Country, State of New Jersey ETATS-UNIS D'AMERIQUE pour: Pièces en matière réfractaire et leur procédé de fa- brication.
Se rattachant au brevet belge N 331,438 du 10 décembre 1925.
Convention Internationale de 1883 en égard aux demandes de brevets déposées aux Etats-Unis d'Amérique le 6 Mai 1926, sous le N de série 107.307 et le 8 Juin 1926, sous le N de série 114.566.
La présente invention concerne le moulage des matières réfractaires à base de magnésite, (carbonate de magnésium impur), c'est-à-dire la fabrication des pièces réfractaires en matière magnésitique, composées
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en tout on partie de magnésite et la méthode que l'on va décrire est un perfectionnement de la fabrica- tion exposée dans le brevet Belge N 331.438 du 10
Décembre 1985.
Les briques et autres pièces réfractaires en magnésite sont généralement fabriquées en mélangeant intimement de la magnésite calcinée et broyée avec de l'eau, après quoi on procède au moulage et à une culs- son prolongée dans on four. Ces briques présentent un grand nombre de qualités avantageuses., mais sont affec- tées du sérieux inconvénient de se craqueler et effriter aux hautes températures, tout en absorbant d'assez con- sidérables quantités des métaux en fusion. Ces briques exigent d'ailleurs une exposition au t'eu du four, avant de pouvoir être manipulées, transportées ou utilisées de manière efficace, pour la construction d'un 'four, etc..
La description du brevet belge Ni 331.438, déjà cité, décrit une matière réfractaire perfectionnée à base de magnésite et une méthode de fabrication em- ployant l'huile de lin ou tout autre huile siocative animale ou végétale, comme moyen de liaison, établissant un liant et lien permanents entre les fines particules de magnésite.
Le présent brevet de perfectionnement concert ne différentes modifications avantageuses de cette pre- mière invention.
Une première particularité desdits perfection** nements consiste à se servir de matières magnésitique broyées à des degrés de finesse variée, de manière à
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obtenir un produit plus dense absorbant moins les mé- taux fondus,
Une autre caractéristique desdits perfection- nements est de sécher les briques ou pièces moulées,, tout d'abord dans une atmosphère humide, à chaleur douce, pour réduire progressivement l'humidité, en aug- mentant petit à petit la température pendant le séchage,
D'autre part, l'huila siccative sera soumise à un traitement préliminaire par chauffage et séchage partiel au cours d'une phase convenable du procédé.
La Demanderesse dans Inapplication pratique du procédé décrit dans le brevet belge N 331.438, déjà cité, a pu constater la nécessité de certains changes ments qui augmenteront son efficacité.
A cet effet, la ratière réfractaire qu'on appelle magnésitique et qui est en tout ou partie prin- oipalement composée de magnésite, sera obtenue par le mélange d'une magnésite autrichienne et d'une magnésite américaine. Cette magnésite sera calcinée " à fond ", c'est-à-dire chauffée jusqu'à une température voisine de 1700 C, de manière à la calciner en premier lieu et ensuite réduire son MgO à la forme cristalline. Puis, la matière sera pulvérisée à un degré de finesse conve nable.
Elle pourra alors être mêlée à d'autres substances réfractaires, telle que le chrome, mais cependant pour des briques de la plus haute qualité réfractaire, il sera préférable d'utiliser uniquement la magnésite cal cinée à fond, out tout au moins de ne lui mélanger que 10% d'ingrédients étrangers.
La magnésite est donc broyée à une finesse lui permettant de traverser très sensiblement en entier un
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tamis à 8 ou. la mailles par cm., environ la motité de la matière pouvant même traverser le tamis à 40 mailles par cm. Pour obtenir le meilleur résultat, il est préférable que les particules broyées présentent ane certaine divers site dans leur grosseur, afin que les particules les plus fines puissent pénétrer dans l'intervalle entre les particules plus grosses, ce qui assure le plus haut degré de densité, de résistance et de durée de la brique. Ce résultat peut être obtenu en mélangeant ou échantillon-* nant des magnésites de finesse différente; ou. bien il peut être assuré par les méthodes bien connues de broyage,, pourvu que l'opération soit bien conduite à cet effet.
L'analyse typique au. tamis de la matière la plus appro- priée à la mise en oeuvre du présent perfectionnement, laissera passer presque tonte entière la substance réfrac- taire à travers un tamis à 8 mailles par cM, alors qu'en** viron 40% de la matière réfracgaire ne pourront pas tra- verser le tamis à 24 mailles par cm., et que 45% environ traverseront le tamis à 40 malles par cm., le reste étant constitué par des particules de grosseur intermédiaire.
L'huile utilisée devra être une huile siccative à bonne propriété, grasse et lubrifiante, L'huile de lin est à préférer et l'on peut utiliser cette huile crue ou. bouillie, à volonté, comme on le dira plus loin. On peut aussi se servir d'antres huiles végétales à propriété siccative parentesde 1 'huile de lin et même certaines huiles animales ayant des propriétés siccatives similaires, pourraient convenir, mais cependant.. ces autres huiles seront avantageusement mélangées d'une certaine proportion d'huile de lin. On peut utiliser certains siccatifs oxy- dants ou. catalygiques, comme les oxydes de plomb., de cobalt
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de manganèse, etc.., qui accélèrent le séchage.
En géné- ral, tous bons produits de remplacement de l'huile de lin "\1...en1; servir et on en connaît un certain nombre dans la
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techâ*que qui tous contiennent, et ce sont les meilleurs, une considérable proportion d'huile de lin.
Il est inutile
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de songer aux huiles minérales an pétrole cru et aux dé- rivée de distillation du pétrole comme le goudron, été..,
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amie, leu huiles minérales boa plus 1 égares peuvent être utilisées modérément pour rendre l'halle plus fluide,$ ce qui toutefois est inutile quand 1 huile est de bon choix.
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La propretion de l'haile utilisée est de la plus grande importance.
La quantité la plus avantages * de l'huile variera avec sa nature et qualité, avec la
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finesse de broyage de la magnesite, et la qualité on origine de cette dernière, Pour une substance magnÓs1ti- que, de la nature et finesse ci-dessus spécifiées, la Demanderesse trouve que 100 kg. de cette mat1" exigent Pour on bon résultat entre 6 et 7 kfe. d'huile de lin, le rapport le plus avantagent étant voisin de 60,5% , Avec d'autre huiles on avec d'attirés sortes de substances magnesitiqties, rapport doit être modifia oonfoind nt anx circonstances pour assurer le meilleur résultat que a# peut déterminer que l'expérience. la général, le résultat ..t.w. 008 si l'on se sert de moins de 3 à 4% ou de plus do 8 à 9% d'huile.
Avec trop peu d'huile, la matière de base est insuffisamment liée pour on bon mou- lage et les pièces moulées ne peuvent pas être convena-
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blen nt transportées vers le four, les pièces cuites manquant d'ailleurs de résistance et de densité. D'un astre cote, en appliquant trop d'huile, la osasse plas-
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tique est trop visqueuse pour Idnoulage et susceptible de perdre sa forme, marne avant la caisson, et de se gon-
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fier pendant la cuisson.
Une fois l'huile ajoutée à la magnésite, tous les engredients doivent être très intimement mélangés jus- qu'à production diane masse plastique homogène. Ce mélan- geage est avantageusement exécuté dans un mélangeur dit humide, de type bien connu. Cette opération aéra évidem- ment plus longue que pour une magnésite gâchée à l'eau et suivant les circonstances, elle durera bien deux à trois fois aussi longtemps pour assurer un mélange homogène.
Le moulage des briques et autres pièces,peut se faire à l'aide des moules usuels, ou d'une presse. Bien que le travail à la main donne de bons rédultats, il vaut mieux se servir d'une presse, de préférence, une presse hydraulique travaillant à une pression de 85 à 105 kg., par cm . Cest cette pression de moulage qui assure la plus grande densité, la moindre porosité et la plus faible absorption de la pièce réfractaire ainsi obtenue.
. Les briques on autres pièces quittant les mou- les seront séchées à une dureté convenable. Il serait mauvais de cuire des briques mal séchées. Le séchage peut s'effectuer de différentes façons, mais il est préférable d'exposer les briques et autres pièces moulées à l'air libre, en les empilant pour qu'elles soient séparées l'une de l'autre et exposée à l'air, de toute part, hors le fond ou dessous de la pièce, Pendant le séchage, la brique se durcit progressivement par l'action siccative de l'huile jusqu'à ce que la brique soit bien sèche et dure de part en part.
Dès que les briques sont fermes et denses et apparaissent bien sèches, elles peuvent aussi- tôt être passées au four pour la cuisson; et cependant, on obtiendra un résultat encore meilleur en soumettant les
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briques à une période de séchage prolongée pendant toute une semaine et même plus, aussi longtemps que le magasinage des briques n'importunera pas, Pendant oe long séchage, il s'effectue un durcissement de la brique par action siccative complète de l'huila,de telle sorte que la brique sera bien sèche et dure, de part en part; à ce moment, elle paraîtra aussi dure et dense qu'une brique ordinaire gâchée à l'eau et ayant déjà passé au four, Dtailleurs l'essai prouve qu'elle présente déjà une résistance de valeur presque égale à celle desdites briques en magnésite.
Pour effectuer de la façon la plus avantageuse ce séchage préliminaire, on peut se servir d'un appareil sécheur dans lequel l'air est humidifié au cours de la phase initiale et devient progressivement de moins en moins humide, au fur et à mesure de la progression du séchage, le séchage final étant assuré par l'air sec. La température sera également augmentée peu à peu au cours du séchage. Un sécheur en forme de tunel comportant des chariots qui font passer lentement les briques à travers le tunel est l'ap- pareil le mieux approprié; ces sécheurs sont d'ailleurs bien connus dans l'industrie. On peut prévoir des moyens convenables pour régler l'humidité de l'air dans les régions ou zones successives du sécheur, et pour régler la chaleur qui y régne, indépendamment de son humidité.
On citera comme exemple d'une opération de séchage don- nant toute satisfaction, en supposant un sécheur à trois chambres qui se suivent et où les briques sont exposées à tour de rôle, les conditions du séchage ayant été les suivantes : Chambre N Heures ampoule ampoule saturation en % sèche. humide.
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1 <SEP> 20 <SEP> 38 C <SEP> 32 C <SEP> 68
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Dans cet exemple de réalisation, les briques subissent le séchage pendant 75 heures. Elles sont ensuite enlevées du sécheur et empilées de champ,séparées l'une de l'autre de manière à être exposées à l'air sur tous les côtés, sauf leur base.
Les briques non cuites mais séchées dur, peu- vent servir de revêtement ou garnissage d'un four ou con- vertisseur et donneront aisni la plus-part du temps un revêtement aussi bon qu'en briques ordinaires de magnésite, gâchée à l'eau et cuite. En effet, les briques sont ex- posées au feu de mise en marche du four ou convertisseur, et ainsi cette méthode assure un excellent résultat.
Il semble que le succès assuré par ces briques non cuites appliquées au revêtement d'un four on conver- tisseur, conformément à la présente invention, est dû an fait que l'utilisation de l'huile de lin ou de toute autre huile siccative comme liant à la place de l'eau, supprime pendant le séchage et chauffage toute possibilité de for- mation de gaz et vapeur qui pourraient faire éclater la brique en cherchant à s'échapper; en outre, il ne se forme pas non plus d'hydrate de magnésium ni d'autres hydrates alcalins qui gonflent au séchage et chauffage, ce qui détermine forcément une action disruptive amorçant des fentes, ce qui finalement fait éclater et s'effriter la briqne.en service.
Les propriétés qu'on demande à se liant hui- leux sont les suivantes
1 - L'huile doit être grasse, sa caractéristi- que étant de pénétrer aisément/les pores des substances sèches de manière à graisser toute la superficie de leurs particule* et c'est ainsi que l'huile couvre les grains
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comme une pellicule.
2 - L'huile doit avoir une propriété lubrifiante efficace, de manière à permettre le glissement des parti- cules les unes sur les autres, dans la cave de mélangeage, aussi bien que sous la pression du moule, et de cette façon, la pression comprime les particules et les serre les unes contre les autres, pour assurer à la masse la densité: maxima et le minimum de porosité.
Lorsque la ma- tière est broyée à des degrés de finesse variée, comme on l'a déjà dit, cela obligera les particules plus fines à pénétrer dans les intervalles subsistants entre les particules plus grosses de manière à bien remplir tous les vides,
3 - L'huile doit donner de la plasticité à la magnésite qui par elle môme n'est pas plastique, et devient ainsi susceptible d'être travaillée à peu près comme l'aggile, ce qui facilitera grandement le mélangeage et moulage*
4 - L'huile doit avoir une propriété siccative
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c'est-à-dire pouvoir sécher 4talle&me pour constituer un liant à durcissement automatique entre les particules afin que les briques après avoir été moulées et avant d'aller à la cuisson, puissent sécher graduellement.
Il est à supposer que toute huile présentant une propriété siccative assez considérable, présentant en marne temps les autres propriétés en premier lieu mentionnées,
5 - L'huile doit entrer en réaction avec les constituants de la matière de base magnésitique, ce qui assure un lien efficace et permanent. La Demanderesse a pu constater que cette réaction se produit bien entre l'huile de lin et la magnésite calcinée à fond, donnant des pièces dans lesquelles les particules de magnésite
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sont pour ainsi dire cimentées par les combinaisons chi- miques qui s'y produisent.
Quand les briques en magnésite séchées, durcies mais crues, ne servent pas au garnissage réfractaire d'un brûleur ou convertisseur, etc.., on pourra les cuire dans un four à la manière usuelle Cette exposition au feu des briques n'exige aucun traitement différent de ceux appli- qués aux briques ordinaires en magnésite gâchées à l'eau.
Cette fabrication, à partir de la première cusson jusqu'au refroidissement final et au détournement, demande comme d'ahbitude dix à douze jours, La température nécessaire est à peu. près la même que celle appliquée aux briques en magnésite gâchée? à l'eau et s'élève graduellement jus- qutà un maximum compris entre 1400 et 1500 C, pour fixer les idées.
Lorsqu'on se sert de l'huile de lin, il est avantageux de la traiter et conditionner. En prenant de lthuile brute, le traitement peut se faire après le mé- langeage de la masse plastique qu'on laissera quelques haures ou. toute une journée dans un bac réservoir, après quoi elle peut.être moulée à la manière usuelle*
Des résultats avantageux sont obtenus en se servant d'un mélange d'huile brute et d'huile bouillie et alors un quart ou un tiers d'huile bouillie suffira pour produire, au. mélangeage avec la magnésite, une masse plas- tique susceptible d'être presque immédiatement moulée, quoiqu'il soit préférable de laisser le mélange murir pen- dant un court laps de temps, avant le moulage.
Une autre méthode pour permettre l'utilisation avantageuse de l'huile bute ou crue, est de réchauffer au préalable cette huile pendant quelques heures à une température comprise
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entre 85 et 100 C, oe qui l'amène à un état assez voisin de l'huile bouillie pour produire aussi qne masse plastic que,pas trop visqueuse pour le moulage immédiat. Ce con- ditionnement toutefois est mieux assuré après le mélange avec la magnésite, en laissant le mélange mûrir ou bien en le réchauffant modérément; dans les deux cas, l'huile brute aura acquis les propriétés de l'huile cuite ou bouillie; un même résultat de conditionnement ou de mise en état peut être obtenu après moulage en chauffant les briques moulées admises dans le sécheur.
Ceci n'est qu'une question de choix ou de convenance de fabrication et on peut tout aussi bien bouillir ou traiter de toute autre manière l'huile de lin, avant le mélangeage,ou la mélanger à l'état brut avec la magnésite, et laisser reposer en*-* suite la masse plastique un temps suffisant, ou bien enctre échantillonner convenablement les huiles crues et cuites, mais quel que soit le procédé utilisé pour ame- ner la masse plastique en bonne condition de moulage, son état de conditionnement sera amélioré par le chauffage des briques moulées.