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Perfectionnements aux briques isolantes et réfractaires, et à leur procédé de f abrication.
@ Cette invention se rapporte à des perfectionnements aux articles céramiques de faible poids, de haute résistance, perméables, et poreux, ainsi qu'à leur fabrication, et a particulièrement pour objet ceux de ces produits qui peuvent être utilisés comme isolants thermiques, et qui possèdent également de bonnes propriétés acoustiques grâce auxquelles des bruits, par exemple ceux qui accompagnent la mise en route et la propagation de la flamme dans un four, peuvent être atténués d'une façon appréaiable.
Dans la fabrication de tels produits céramiques, on a déjà proposé d'utiliser des procédés et on a fabriqué avec succès des produits en combinant dans des proportions variables de la matière argileuse, des particules de bois, ou d'autres particules combustibles ou pouvant être éliminées, et de l'eau, les matériaux solides étant tout d'abord mélangés entre eux à sec, l'eau étant ensuite ajoutée au
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mélange, et l'ensemble malaxé et agité, jusqu'à un tel point que des bulles gazeuses en grand nombre ae répartissent à l'intérieur ;
le mélange est ensuite jeté en moule, le corps moulé est séché, et enfin, les éléments ou corps séchée sont chauffés ou soumis à une cuisson en vue de brûler les particules combustibles ou d'enlever les particules pouvant être éliminées du mélange dans des conditions telles que la désintégration du corps formé soit empêchée, que la structure poreuse créée par les bulles d'air entraînées et par l'élimination des particules précitées soit conservée et qu'en même temps le produit soit rendu poreux,
Afin de faciliter la manipulation avant cuisson des pièces moulées, on a déjà ajouté aux mélanges du type indiqué ci-dessus, et après traitement, une faible quantité d'un agent de prise ou d'un liant hydraulique, tel que du gypse calciné ou analogue.
Néanmoins, avec de tels mélanges, la vitesse de fabrication était nécessairement lente, étant donné que dans la fabrication de briques de dimensions ordinaires, telles que 4,5 x 9 x 2,5 pouces anglais (11,5 x 22,9 x 6,3 cms.) on avait jugé nécessaire d'employer l'opération de séchage, dans le but d'éliminer l'humidité avant la cuisson, les ébauches ou éléments de briques subissant un séchage pendant une période de 12 heures à une température d'environ 107 C.
Cette opération de séchage avant la cuisson présente l'inconvénient d'exiger une dépense supplémentaire de combustible et des espaces importants pour le stockage des ébauches non cuites, afin de pouvoir disposer d'un stock approprié ou suffisant d'ébauches ou de pièces moulées sèches pour alimenter en quantités appropriées des fours à briques de grandes dimensions à fonctionnement économique, ce qui entraîne, comme
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conséquence, une augmentation sérieuse des, rais généraux de la fabrication,
Un objet de la présente invention est un procédé et un produit dans lesquels l'opération de séchage est supprimée,
Un autre objet est un procédé et un produit dans les- quels la stabilité de la masse, une fois le mélange effec- tué, eat telle qu'elle permet de supprimer l'opération u- auelle de moulage,
si cela est désirable, et permet de fai-, re passer la masse à travers une filière, ainsi que l'em- ploi d'un moyen approprié de découpage permettant de divi- aer la boudin débité en briques ébauchées.
Suivant la présente invention, le procédé de fabrica- tion de produits céramiques consiste à former un mélange humide pouvant être jeté en moule à partir de constituants solides secs et d'eau, à façonner les corps désirés avec le mélange pouvant être jeté en moule avant que la prise n'ait pu ae faire, et à soumettre les corps moulés encore humides à une cuisson. une façon commerciale de mettre en oeuvre l'invention consiste à former un mélange sec répondant à la formule suivante ;
Plâtre de Paria (SO4 CaO,1/2 H2O)..... 17 Kgs.
Sciure de bois traversant un tamis de 4-8 mailles.. 17Kgs
Kaolin pulvérisé provenant de Georgia.., 46 Kgs.
Les matières préoitées destinées à former le mélange sont techniquement sèches, c'est-à-dire qu'elles ne con- tiennent que l'humidité normale provenant de leur stockage à l'air libre,
Ces matières sèches sont mélangées ensemble avec agita- tion, dans un récipient, pendant un laps de temps suffisant pour assurer un contact intime entre les particules de la masse.
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'La composition sèche est alors malaxée d'une façon similaire, dans un autre récipient avec addition d'eau dont la quantité est suffisante pour conditionner le mélange en vue de l'opération de façonnage dea corps ébauchés. Les ébauches ou corps façonnés peuvent aussi être obtenus en faisant passer la masse à travers une boudineuse et en la découpant au moyen d'un fil métallique, ou peuvent être obtenus par coulée qui leur donne la forme voulue, ou en coulant une plaque et en la découpant au moyen d'un fil.
Pour former au moyen de la composition ci-dessus un mélange pouvant couler et être jeté en moule, on ajoute généralement de l'eau en une quantité égale à 100% en poids, mais les conditions atmosphériques, le type, la quantité et l'état des matières premières ainsi que le caractère du mode de façonnage qui est à utiliser, déterminent la proportion réelle entre la quantité d'eau ajoutée et les matières sèches.
En façonnant le mélange indiqué ci-dessus pour obtenir des briques réfractaires standards, après les avoir cuites et définitivement dimensionnées, le mélange ayant une consistance qui lui permet de couler et d'être jeté en moule, est coulé dans des moules, après avoir été malaxé pendant 30 secondes à l'état sec et 30 secondes à l'état humide, le temps de transfert du mélangeur à l'état sec au mélangeur à l'état humide étant de 20 secondes.
Dans le mode opératoire particulier indiqué, la mise en moule était effectuée par coulée dans un moule dont chacun avait des dimensions de 30 x 10 x 5 pouces anglais (760 x 254 x 127 mm). On découpait les plaques ainsi obtenues au moyen d'un fil pour former 9 éléments prêts à la cuisson. Après la coulée, on laissait reposer, en vue de la
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prise, les moules remplis pendant un temps juste suffisant
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pour permettre la reoriatalliaation du plâtre de Parie
Au lieu du découpage au moyen d'un fil, on peut utili- ser des plaques de séparation ou des cloisons disposées dans le moule.
Lorsque l'on fait passer le mélange à travers une filière au moyen d'une boudineuse ou analogue, deux des dimensions désirées sont déterminées par la tête de la filière, tandis que la troisième est obtenue en réglant la vitesse du débit à travers la boudineuse et le découpa- ge au moyen d'un fil métallique qui a lieu à des interval- les réguliers. Un autre procédé de façonnage désigné d'une façon générale par repoussage et qui peut également être employé, consiste à couler les corps à former dans un moule d'où ils sont enlevés et transportés sur des supporta en boia huilés au moyen de blocs, poussoirs, qui font contact avec l'une des faces du corps façonné pendant que le moule et le bloc poussoir sont mis en mouvement, l'un par rapport à l'autre,pour déplacer le corps façonné formant la brique.
Il résulte de ce qui précède que la manière de jeter en moule ou de façonner la matière humi- de n'est pas limitée à un mode opératoire quelconque, mais que tous les procédés usuels peuvent être employés.
Après la formation des corps façonnés prêts à la cuis- son et après la recristallisation du plâtre de Paris, on trouvera que tout en étant encore humides, ils sont néan- moins en état d'être facilement transportés et placés dans le four à briques.
Les corps humides sont alors placée à l'entrée du four à tunnel où ils sont immédiatement soumis à l'action de gaz chauds à une température de 650 C, cette tempéra- ture étant progressivement augmentée jusqu'à 925 C pendant un certain temps,au cours duquel les particules oombuati-
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blea sont complètement distillées et carbonisées, les gaz et la vapeur qui se dégagent du corps ébauché empêchant les surfaces d'atteindre trop rapidement une température supérieure à celle régnant à l'intérieur, et concourant à assurer la pénétration uniforme de la chaleur et par conséquent de la température, ce qui a pour résultat de permettre une plus grande liberté dans le réglage du four à briques,
et de diminuer la cause de la formation de fissures superficielles ou autres dans le corps façonné fini.
Des vapeurs d'eau et des gaz provenant de la distillation des particules combustibles sont plusieurs centaines de fois plus importantes en volume que le volume original d'eau ou de combustible, et leur échappement se fait grâce à une faible rupture des parois cellulaires ce qui augmente ainsi la porosité de la structure ; mais ces ruptures sont tellement faibles dans le produit fini, qu'elles opposent une résistance considérable au passage des gaz à travers la brique finie.
Au moment où la carbonisation des particules combustibles est approximativement complète. dans l'ensemble de l'élément de brique façonné et lorsque le danger d'une combustion incontrôlable de ces particules qui viendrait augmenter la température du four ne subsiste plus, l'atmosphère réductrice est remplacée par une atmosphère oxydante et la température est élevée pendant un temps approprié jusqu'à 1388 C ; les particulede carbone sont ainsi complètement éliminées en laissant des pores ou des vides très petits qui constituent en volume plus de 70% du volume du corps façonné.
Le produit en résultant est une brique cuite isolante,
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de poids faible, réfraotaire jusqu'à 1205 C, ayant une conductibilité thermique faible, une stabilité inusitée, pouvant être ooupée et dimensionnée à l'aide de soies à bois ordinaires, pouvant recevoir des via, des boulons ou des cloua, et ayant la propriété d'être un isolant aonore très remarquable. A l'usage, elle apporte une économie sensible dans le fonctionnement des fours industriels en réduisant le temps et le combustible ou l'énergie électri- que nécessaires pour atteindre l'équilibre thermique.
Dea essais officiels de conductibilité thermique et de fusion effectués dans les laboratoires du Massachussets Inatitute of Teohnology avec. des briques exécutées suivant la formule et le procédé donnée ci-dessus ont fourni les résultats suivants :
Densité globale... 13.6 Kgs. par pied cubique anglais (0,028 m.o.)
Porosité (air) ....81,6%
Ramollissement initial... 1475 0
Température de fusion.,.. 1507 C
Température à laquelle la brique devient fluide ..1527 C
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<tb>
<tb> Temp, <SEP> de <SEP> la <SEP> Surface <SEP> Temp. <SEP> de <SEP> la <SEP> surface <SEP> Temp. <SEP> moy. <SEP> Kf.
<tb> plue <SEP> chaude. <SEP> la' <SEP> 'Plus <SEP> froide.
<tb>
3750 <SEP> C <SEP> 43 <SEP> C <SEP> 2100 <SEP> C <SEP> 1. <SEP> 47
<tb> 478 <SEP> 151 <SEP> 315 <SEP> . <SEP> 1.57 <SEP>
<tb> 773 <SEP> 263 <SEP> 518 <SEP> 1.83
<tb> 1015 <SEP> 371 <SEP> 693 <SEP> 2.19
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Un autre avantage résultant du fait que l'on utilise la cuisson humide au lieu de soumettre les corps façonnés à une cuisson après séchage réside en ce que le retrait en volume au cours de la cuisson des corps façonnés sèches est notable-) ment plus grand. on a trouvé, qu'avec des corps réalisés au moyen de la même composition, la matière qui eat séchée avant cuisson, se transforme dans le feu en une brique cuite - @
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qui est de 0,3 pouce anglais (7mm) plus courte qu'une brique qui a été cuite sans avoir été séchée.
Il en résulte, que la densité de la matière séchée et cuite, eat de 16% supérieure à la densité de la matière non séchée et cuite, et que le retrait en volume de la matière séchée et cuite est d'environ le double du retrait en volume de la matière non séchée et cuite ; par exemple, on a constaté sur des éprouvettes mesurées, que le tetrait en volume de la matière non séchée et cuite était de 16,7 tandis que celui de la matière séchée et cuite, était de 32,6%, le poids d'un échantillon cuit et non séché ayant la taille d'une brique terminée était de 1,98 livres an- laiaes (898 grs. environ), tandis que celui d'un échantillon séché et cuit était de 2,29 livres anglaises (1039 grs, environ).
Il eat un fait bien connu, qu'avec des matières de même composition, la conductibilité thermique augmente proportionnellement avec le poids d'un volume donné, ce qui démontre nettement la supériorité du produit conforme à cette invention par rapport à ceux obtenus par des procédés employés jusqu'à présent.
Un autre fait, contribuant également à rendre le produit supérieur, réside en ce que les matériaux de départ ne contiennent pas une quantité de plâtre de Paris juste suffisante pour provoquer la prise, mais en contiennent une quantité supérieure à celle requise pour la prmse. Avec des quantités aussi faibles que celles requises uniquement pour obtenir la prise, on obtient au cours de la cuisson, des retraita inadmissibles, mais en utilisant 21% du mélange sec, comme dana le cas de la présente invention, on obtient un réel avantage pour la raison suivante :
le corps façonné devient plus poreux, et par conséquent, plus léger, par l'incorporation dans la matière de départ d'une quantité
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suffisante de plâtre de Paria et d'eau, le plâtre de Paris perdant au coure de la cuisson du corps façonné toute sa teneur en eau de constitution, de même que la totalité de l'eau présente et introduite par des phénomènes physiques, et le groupe sulfate étant décomposé en laissant simplement le CaO se combiner avec la silice pour donner dea composés stables.
Cette perte de l'eau de constitution aubie par le plâtré de Paris, et la décomposition du groupe 'sulfate laissant subsister de très faibles vides ou pores en grand nombre qui viennent s'ajouter à ceux dûs à l'aération et à la combustion des particules de buis, par exemple, une livre de plâtre de Paria ayant fait prise, est réduite après une cuisson totale jusqu'à 0,3 livre anglaise (135 gra, environ) approximativement. Dans le corps façonné cuit, conforme à la formule indiquée ci-dessus, chaque bloc contient à l'origine approximativement 0,8 livre anglaise (360 grs. environ) de plâtre de Paria qui, après avoir été cuit, est réduit en poids jusqu'à environ 0,22 livre anglaise (99 grs. environ), la perte en poids produisant des.pores ou cellules supplémentaires.
REVENDICATIONS
1 - Un procédé de fabrication de'produits céramiques, caractérisé en ce qu'il consiste à former un mélange humide pouvant être jeté en moule à partir de constituants solides secs et d'eau, à former, avant que la prise n'ait ,lieu, dea corps façonnés voulus au moyen de ce mélange pouvant être jeté en moule, et à soumettre ces corps à la cuisson pendant qu'ils sont humides.