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Procédé pour l'obtention d'un produit alumineux fondu.
L'objet de la présente invention est un procédé pour l'obtention de produits alumineux fondus qui contiennent en proportion importante des oxydes de chrome et dans lesquels on ne trouve en même temps qu'une quantité aussi faible que possible d'impuretés telles que fer, silicium et magnésium, si bien que le produit possède les qualités réfractaires et autres propriétés intéressantes de l'oxyde de chrome, en présentant en outre une structure
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cristalline homogène.
On sait que l'oxyde de chrome constitue une matière réfractaire très appréciée; par exemple, le or 203 n'est pas miscible avec l'aoide silicique, mais, en général, son prix en empêche l'application comme matière réfractaire courante du commerce.
Or, on a trouvé que les matières ci-dessus mentionnées, savoir l'oxyde de chrome et l'oxyde d'aluminium, pouvaient être fondus avantageusement dans des fours du genre des fours électriques à arc, en fournissant une matière cristalline homogène d'intéressantes propriétés. Une matière fondue obtenue conformément à l'invention constitue après le refroidissement un produit granuleux, tout à fait homogène entres cohérent; ses propriétés cristallines sont sensiblement celles de l'alumine cristalline et de l'oxyde de chrome cristallin, dont les formes cristallines sont indentiques. La cristallisation trigonale est caractéristique pour ces deux oxydes.
Quant à la couleur, on constate une variation progressive du rouge au vert, suivant l'augmentation de la teneur en oxyde de chrome; au microscope, les grains cristallins présentent séparément une structure particulière en grille ou en zones telle que celle caractéristique dans beaucoup de cas pour les minéraux isomorphes qu'on trouve dans la nature, mais qu'on n'avait pas encore observée toutefois dans les minéraux artificiels. Cette structure en grille présente à l'examen microscopique un tracé géométrique qui se répète symétriquement dans les différents grains, et peut être examinée de façon particulièrement aisée du fait de la forte coloration; cette structure provoque une double
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réfraction du cristal.
On constate une augmentation de l'index de réfraction lorsqu'on augmente la teneur en oxyde de chrome. Mais aucune matière, outre celle qui présente cette proportion d'alumine et d'oxydes de chrome dans la masse fondue et refroidie ne se compose entièrement de particules cristallines à double réfraction.
Pour la mise en pratique de l'invention suivant un procédé reconnu particulièrement convenable, on utilise de manière générale une matière alumineuse de la série à géodes d'une teneur de 95% de Al 0 ,et pratiquement exempte d'acide silicique; les impuretés se composent principalement d'oxyde de fer et de titane. Dans le cas où ces dernières impuretés ne se présentent pas dans une proportion supérieure à 5% du mélange total, elles peuvent être également re- prises dans 1'alumine,en solution solide, l'homogénéité et le caractère cristallin de la matière fondue ne se trouvant pas modifiés. On a également employé cependant une alumine d'une teneur en Al 0 de 99%. L'oxyde de chrome était ajouté sous forme d'oxyde vert du commerce.
Le rapport de quantités entre l'oxyde de chrome et l'oxyde d'aluminium, dans la matière fondue, dépend du degré désiré de qualités réfraotaires du produit final.
On a constaté qu'on obtenait un produit présentant de hautes qualités réfractaires et une résistance aux scories nota- blement augmentée si l'on ajoutait une petite quantité de 2 3 Or 0 , par exemple 10%.
Un autre problème se pose lorsqu'on désire une addition de minerais de chromite. On peut obtenir un bon produit en adoptant un rapport de quantités déterminé en minerais
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2 de chromite, qui présentent une haute teneur en Cr, lorsque
2 la teneur en MgO et SiO de ces minerais est faible ; utilisant de telles matières de départ pour l'oxyde de chrome, la partie ajoutée doit être maintenue inférieure à une proportion qui dépend de la pureté du minerai de chromite. Lorsqu'on apporte des quantités suffisantes dLimpuretés par addition de trop de minerais, ou par
2 3 addition d'un minerai pauvre en Or 0 , le produit final ne oristallise pas suivant un système trigonal, lequel, précisément, est caractéristique pour la présente invention;
on constate au contraire une forme isométrique de cristaux de spinelle, la matière présentant une dureté moindre et une résistance moins grande à l'acide silicique.
Pour la mise en pratique du procédé faisant l'objet de la présente invention, on utilise convenablement un four électrique analogue à ceux habituellement employés dans la fabrication d'alumine fondue pour abrasif s. En général, un tel four se compose d'une enveloppe réfrigérée à l'eau, sans autre garniture que celle constituée par la matière en fusion, lorsque celle-ci est introduite dans le four.
La matière fondue est liquéfiée grâce à la chaleur fournie par un arc électrique formé entre deux ou plusieurs élec- trodes montées dans l'enveloppe métallique, Après cependant que de la matière fondue a donné naissance à un bain, la résistance électrique de la matière fondue est utilisée en vue de la production de la chaleur. Le mélange est chargé progressivement, et les électrodes sont soulevées suivant l'élévation du niveau de la masse fondue.
Lorsqu'on emploie une matière de départ d'une pureté
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suffisante pour l'oxyde de chrome, comme par exemple l'oxyde vert du commerce, celui-ci est mélangé à l'alumine avant la fusion, les particules ou grains devant être au moins d'un diamètre de 1/4", comme minimum de grosseur. Afin d'empêcher une réduction de l'oxyde de chrome en chrome métallique, on évitera autant que possible la création de conditions réductrices lors de la fusion. Dans le cas où, toutefois, on utiliserait des minerais de chromite comme
2 3 matière première de Or 0 ,on peut procéder à une réduction sélective des différentes impuretés, d'une manière qu'on décrira plus loin.
Pendant la fusion, on ne peut éloigner qu' une petite proportion de magnésie, soit par sublimation soit par réduction et sublimation subséquente, on n'est pas bien fixé à ce sujet, et par conséquent la proportion de magnésie contenue du fait de l'addition des minerais de chromite doit être limitée faute de quoi il ne se forme pas de solution solide d'oxyde de chrome et d'oxyde d' alùminium.
La teneur maximum de la matière fondue en FeO peut être fixée à environ 5% de la quantité totale, et la teneur maximum en magnésie à environ 1,5% de la quantité totale. Ces limites sont à donner comme plus ou moins fixes, en raison de l'effet des impuretés en question sur la cristallisation de la matière fondue, au refroidissement.
Un excès en oxyde de fer provoque une cristallisation du type spinelle, au lieu de la cristallisation trigonale dé- sirée, caractéristique pour l'oxyde d'aluminium et l'oxyde de chrome.
La teneur admissible en acide silicique dépend de la destination envisagée pour le produit final. L'acide silicique n'est pas contenu dans la solution solide et se
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trouve situé dans les intervalles des cristaux, sous forme d'une substance analogue au verre, peut être comme silicate.
Ceci n'est pas désirable pour les objets réfractaires, attendu que ces impuretés entre les cristaux peuvent empêcher le contact étroit.de ceux-ci. Lorsqu'une quantité suffisante d'acide silicique est présente, si bien que son effet devient sensible, le point d'amollissement de la pièce se trouve correspondre à une basse température. Des objets réfractaires de valeur ne doivent donc pas com- porter dans les intervalles existant entre les cristaux de matières contenant de l'acide silicique, pouvant être expulsé à hautes températures, et c'est ainsi que pour des objecte très réfractaires, on limite la teneur en acide silicique à 1,5% au plus de la quantité totale.
D'un autre côté, toutefois, l'acide silicique n'aura en général qu'une influence relativement faible, lorsque la masse refroidie sera brisée en vue de la production d'une ma- tiere abrasive à grain.Lorsque le rapport entre Al 0 et Or 0 est grand, le produit constitue généralement une masse granuleuse, les cristaux étant absolument homogènes et intimement mélés.
Il peut aussi être désirable d'établir un produit présentant une proportion plus grande de Cr2O3. Au fur et a mesure que la proportion en Or 0 augmente, l'index de réfraction s'élève, comme mentionné plus haut. En outre, le produit devient plus réfractaire ; la dureté augmente jusqu'à un maximum, puis semble retomber et arriver à une valeur plus faible que le maximum,lorsque la teneur en
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23 2 3 Or 0 à Al 0 ,il ne parait pas possible d'augmenter la proportion de minerai de chromite ajoutée @ à la matière fondue dans une mesure telle que la teneur en MgO de la masse totale s'élève au-dessus de 1,5%;
il est alors né-
2 cessaire d'ajouter au moins partiellement le Or 0 , sous
2 3 forme de Or 0 pur du commerceo
On donnera ci-dessous l'exemple d'une analyse d'un minerai qu'on peut se procurer dans le commerce: Or 2 03 45
SiO2 8
Al2O3 15 Fe203 15
MgO 15
Jusqu'à environ 10% de la quantité de minerai de chrome ci-dessus désigné, on peut mélanger à un minerai d'une forte teneur en alumine, et fondre au four électrique en vue de la production de la matière réfractaire faisant l'objet de l'invention.
Lorsqu'on utilise plus de 10% de ce minerai, la cristallisation suivant le type caracté- ristique du corindon ne se manifeste pas,
Lorsqu'on dispose d'autres minerais, on donnera des limites différent en conséquence, comme proportions, et dépendant de la teneur en MgO du minerai, suivant la règle générale. Le tableau ci-dessous donne des analyses de minerais, et les limites des pourcentages de chaque minerai, limites entre lesquelles on peut fondre avec de l'alumine, conformément à la présente invention.
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Valeur <SEP> limite.
<tb>
23 <SEP> 2 <SEP> 3
<tb> Or <SEP> 0 <SEP> FeO <SEP> AlO <SEP> CaO <SEP> SiO <SEP> MgO <SEP> %
<tb> 51. <SEP> 40 <SEP> 16.71 <SEP> 17.26 <SEP> trace <SEP> 4. <SEP> 20 <SEP> 6. <SEP> 60 <SEP> 23%
<tb> 46. <SEP> 45 <SEP> 13.88 <SEP> 26. <SEP> 00 <SEP> d <SEP> 6. <SEP> 60 <SEP> 7.89 <SEP> 19%
<tb> 42. <SEP> 25 <SEP> 13.37 <SEP> 13.40 <SEP> 1,00 <SEP> 6. <SEP> 84 <SEP> 13,02 <SEP> 11,5%
<tb> 34.27 <SEP> 11.05 <SEP> 11,90 <SEP> --- <SEP> 21.70 <SEP> 21.30 <SEP> 7%
<tb>
On peut réaliser des économies, dans certaines conditions, par le fait qu'on fera tout d'abord fondre dans le four électrique un minerai qui représente la matière de départ pour l'un des oxydes, après quoi on ajoute aux constituants fondus la matière de départ pour l'autre mine- rai.
Par exemple, on pourra fondre de la bauxite en suivant le procédé le mieux approprié en vue de l'éloignement des impuretés, puis, y ajouter les oxydes de chrome ou les minerais de chromite courants. Un autre procédé consiste à fondre tout d'abord les oxydes de chrome ou les minerais de chromite du commerce, au four électrique, puis à y ajou- ter la matière de départ pour l'alumine, de préférence de :L'alumine fondue, ou des minerais de bauxite. Ce dernier moyen n'est toutefois pas a préférer, car il y a tendance à réduction de l'oxyde de chrome, en mêm-e temps que celle des impuretés.
Pour obtenir des blocs réfractaires, et autres objets, on coule généralement la matière. fondue dans des moules appropriés,matière que l'on prélevé latéralement du four, ou par basculage, de façon que la masse fondue coule dans le moule; il est toujours désirable, en particulier dans ce dernier cas, de prévoir des moyens s'opposant à la une chute ou à une projection de/matière fondue dans le
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système d'eau de refroidissement. Ceci peut être obtenu en utilisant des écrans métalliques convenablement disposés,
La matière fondue est chauffée jusqu'à une température notablement supérieure au point de fusion,puis couléedans les moules.
Ces moules peuvent se composer d'une matière réfractaire granuleuse combinée à un liant de noyau connu dans la pratique de la fonderie, ou encore de plaques de matière réfractaire cuite, de charbon ou d'un métal approprié. Si nécessaire, ces moules sont préalablement chauffés; ils peuvent aussi, afin d'empêcher un refroidissement trop rapide, être isolés du fait qu'on les placera dans une fosse de coulée à l'intérieur de laquelle ils seront environnés de sable ou d'autres matières isolantes.
Les moules doivent être pourvus de réserves largement dimensionnées, afin de permettre un remplissage complet de ceux-ci, sans qu'une immobilisation de la matière qui se solidifie puisse se manifester dans les parties hautes.
Lorsque la réserve est disposée avec son extrémité de section la plus faible immédiatement contre le moule, présentant ainsi une forme en coin, l'éloignement de la matière en excès, qui forme la tête de coulée, est notablement facilité. Lorsqu'un moule est rempli, on l'éloigne et l'on procède alors, de manière correspondante, à la garniture d'autres moules.
Les pièces moulées peuvent être laissées dans le moule en vue de traitement thermiques ultérieurs ou peuvent aussi, dans le cas où l'on utilise des moules en fer, être retirées du moule, peu de temps après que les parties extérieures de la pièce coulées se sont solidifiées, et
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être ainsi abandonnées au refroidissement. Les têtes doivent alors être séparées par choc des pièces moulées, car cellesci sont à cette phase de la fabrication plus résistantes qu'à froid ; on risque moins de les briser par les chocs. Lorsqu'on a prévu une tête de coulée de forme conique, et dont la plus petite section se trouve immédiatement sur la pièce moulée, sa séparation est plus simple et sensiblement plus nette, ainsi qu'il en est d'ordinaire.
Pour le refroidissement, on peut procéder de la façon habituelle, en plaçant les pièces moulées dans un four et en réduisant progressivement la température,en entourant les pièces de sable chaud ou d'une autre matière isolante, ou en n'isolant les pièces que légèrement, et en les laissant ainsi se refroidir, pour perdre leurs propres calories-, ou encore en leur transmettant celles d'autres blocs avec les quels elles se trouvent en contact étroit. La courbe duréetempérature est ici très variable, selon.la forme et la nature des pièces, et suivant la composition de la matière coulée. En général, il convient d'observer que lorsqu'on remarque des cassures dans une période de temps déterminée, il est judicieux d'augmenter soit cette période déterminée de refroidissement ou toute la durée du refroidissement.
Après que les pièces sont refroidies, on peut éloigner les restes de la tête de coulée éventuellement subsistants, ou autres minimes irrégularités, par chocs ou aussi par meulage, pour les petites irrégularités.
Après que le mélange oxyde de chrome-alumine est fondu, on peut aussi, au lieu de le couler dans des moules, le laisser se refroidir dans le four. Le four fait alors
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lui-même office de moule ; est alors judicieux de le revê- tir d'une mince garniture, de la matière réfractaire, de façon que la matière fondue s'étende jusqu'aux parois latérales, en formant un bloc lisse. Le chargement est effectué de la même manière; les électrodes sont progressivement retirées, et l'on forme ainsi un bloc de l'épaisseur désirée. Ce procédé de moulage présente l'inconvénient que l'on ne peut remplir seulement qu'un moule à la fois.
Cet inconvénient est toutefois compensé par le fait que l'on n'a pratiquement aucune perte de matière, du fait de têtes de coulées, etc.....ainsi qu'il en est pour les autres procédés de coulée. Dans beaucoup de cas, il est également judicieux d'établir les fours de moulage de ce genre de manière à présenter une légère dépouille, afin de faciliter l'extraction des blocs hors du moule. En général, ceci ne sera toutefois pas nécessaire, du fait du retrait important se manifestant après solidification.
Lorsque la coulée est froide, on peut la sortir en une seule pièce, et la briser ou la séparer en petits morceaux de la grosseur désirée. Ces morceaux, lorsqu'ils sont réduits ou divisés jusqu'à la grosseur convenable, sont parfaitement appropriés à la fabrication d'objets réfractaires liés. Des particules de grosseur convenable sont également propres à l'utilisation comme matière abrasive granuleuse. Les objets réfractaires liés peuvent, de la manière habituelle, être obtenus en choisissant des mélanges de sable appropriés, avec addition de liants correspondants, moulage et chauffage subséquent à hautes températures dans des fours céramiques. De préférence, la matière première du liant approprié doit présenter une
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composition analogue à celle du grain lui-même.
Les objets réfractires obtenus de cette manière sont très utiles dans différentes branches de la métallur- gie,tant pour des coulées de matières ferreuses que pour celles de matières non ferreuses, les coulées électriques, les opérations chimiques etc. Leur résistance à l'action des scories les rend utilisables très largement dans l'in- dustrie des matières réfractaires, partout où l'on utilise des matériaux très résistants.
Les matières fondues à base d'oxyde de chrome et d'oxyde d'aluminium, suivant la présente invention, pré- sentent encore différents autres avantages qui les rendent intéressantes dans leur utilisation comme abrasifs. Leurs cristaux se présentent de telle manière que ces matières offrent un grain favorable. La cassure montre, au lieu de la forme conoide, comme dans l'alumine ordinaire fondue, un aspect plus rugueux. La dite matière est plus tenace et plus dure que l'alumine pure fondue.
On a exposé dans ce qui précède, succintement, quelques-unes des différentes possibilités d'application et de réalisation de matières coulées contenant Or 2O3
2 3 et Al 0 . Tout homme du métier en trouvera naturellement d'autres encore. On a d'autre part mentionné certains détails en vue de l'élimination au moins partielle d'im-
2 3 puretés telles qu'on en rencontre pour le Or 0 , dans les matières premières de ce corps.
On a en outre décrit des procédés avantageux en vue de la réduction de la teneur en impuretés, jusqu'à la plus faible mesure possible, dans des produits obtenus par fusion de ces matières premières
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avec de l'alumine. Naturellement, la présente invention n'est en aucune façon limités à ces formes de réalisation décrites et peut au contraire être convenablement réalisée de toute autre manière.
R e v e n d i c a t i o n s : -----------------------------
1.) Procédé d'obtention d'un produit alumineux pour matières réfractaires, matières abrasives, et autres applications, caractérisé en ce qui: on fond de l'oxyde de chrome et de l'oxyde d'aluminium pour former une solution solide, ou bien on introduit de l'oxyde de chrome dans de l'oxyde d'aluminium fondu.