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" Procédé de production de matière réfractaire siliceuse et produits obtenus avec cette ma- tière. "
La présente invention a pour objet un procédé industriel de production de matière réfractaire en partant de matériaux na- turels contenant du silex.
La présente invention a aussi pour objet l'obtention de produits industriels .par .ledit procédé.
La présente invention a en outre pour objet l'utilisa- tion pratique d'un principe scientifique qui permet, comme résul- tat industriel immédiat, la fabrication des produits susindiqués.
Le principe scientifique susdit se base sur le fait que, comme il résulte de l'expérience, un produit à très haut pourcent ge de silex comme la quartzite, la pierre Dinas, le Ganister, les
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sables quartsifères, trituré si nécessaire au moyen d'un broyeur lourd et rapide et en présence d'environ 25 à 35% d'eau, donne lieu, sans la présence de matières de liaison, après environ une heure de trituration, à une boue oui s'amalgame c'est-à-dire de- viant visqueuse. Celle-ci, déposée dans un silo et laissée à con- ditionner pendant une période non inférieure à un mois \durée plus ou moins longue suivant les conditions ambiantes), continue à s' a,- malgamer, au fur et à mesure que le pourcentage d'eau se réduit.
Si, à plusieurs reprises, la boue (ou la pâte) est exposée au feu (à 1000 - 1500 C) elle donne naissance à une matière qui supporte des températures très élevées, c'est-à-dire jusqu'au point de ra- mollissement, sans se décomposer.
Ceci est un phénomène tout à fait nouveau car, jusqu'à présent, on croyait que les produits à base de quartz à très haut pourcentage de silice (SiO) ne pouvaient pas s'amalgamer sans ma- tières de liaison :au contact du feu ou à l'état sec, ils se trans formaient en poudre.
D'ailleurs, tous les producteurs de matières réfractaires à base de silice ajoutent des matières de liaison au quartz, ce qui a comme désavantage de réduire le pouvoir réfractaire des pro- duits obtenus quelquefois même de 50 à 100 C, alors que le pro- duit obtenu sur la base du principe scientifique susdit permet d'atteindre des températures maxima. Celles-ci, de l'ordre de 1200- 1800 C, qui ne modifient ni la structure ni la constitution du produit n'ont jamais été atteintes avec les réfractaires à base de silice.
Le procédé industriel pour la production de la matière réfractaire suivant la présente invention est caractérisé par le fait qu'un produit naturel comme susdit, ayant de préférence un très haut pourcentage de silice (SiO2) comme par exemple 98;., est trituré sans matières de liaison, au moyen d'un broyeur lourd et rapide ou avec un moulin à billes de quartzite de qualité très ré- sistante - en présence d'environ 25 à 35% d'eau ; après environ
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une heure de trituration, on obtient une boue qui s'amalgame, c'est-à-dire commence à devenir visqueuse ; celle-ci est laissée à conditionner pendant un mois au moins dans un silo; pendant cette opération, la boue perd une partie de son eau et se trans- forme en pâte .
Après cela, on peut l'utiliser, grâce.à un traitement thermique, permettant l'obtention de la matière réfractaire, soit dans des constructions monolithiques, soit dans des constructions à blocs, soit enfin dans des constructions en briques, en soumet- tant la matière même à l'action de la chaleur.
Pour la construction de briques, il convient, après le conditionnement et avant la mise sous forme de la brique, d'ad- joindre jusqu'à 50% environ de fragments de quartz de grosseurs pouvant varier de la dimension moyenne du millet à la dimension moyenne du pois.
En outre, le procédé peut être avantageusement réalisé en prenant environ 50% de pisé ou/et de récupérations de briques à base siliceuse provenant de la démolition du revêtement d'un four après la fin d'une campagne, et en les moulant avec 50% de quartzite, pierre Dinas, Ganister, sables quartzifères comme sus- dit et en procédant avec ledit mélange à la disposition du pisé pour un nouveau revêtement d'un four. On obtient l'avantage ulté- rieur de diminuer fortement les dotations.
Il sera aussi possible d'uttliser des matières de liai- son ayant une légère caractéristique basique, cornue de la chaux, de l'oxyde de fer, etc..
Les produits industriels suivant la présente invention comprennent tous ceux pour lesquels on peut utiliser le procédé susdit et, en particulier, les revêtements réfractaires des fours ou d'autres installations quelconques ou dispositif, ou objet des- tiné à supporter de très hautes températures comme des récipients de coulée, plaques et paliers pour couler à source, installations, dispositifset appareils pour traitements thermiques, blocs de
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matière réfractaire et éventuellement. aussi briques.
Suivant l'utilisation, le procédé pourra être complété, toujours en se basant sur la conception fondamentale susdite, par des opérations subsidiaires comme prisa et durcissement gra- duels de la. boue ou de la pâte plus sèche ou tout à fait sèche, par des opérations successives, immersion dans un bain de graphi- ment etc. te, ou recouvre avec la même composition, comme il sera, spécifié par après.
Four permettre à un technicien de réaliser l'invention, on indiquera par la suite les règles iondamentales à suivre et la planche de dessins annexée montre quelques réalisations pra- tidues à titre purement exemplatif.
La fig. 1 représente la section transversale d'un four acide monolithique.
La fig. 2 concerne le procède de construction d'une voûte monolithique (avec flancs) d'un four basique ; à gauche, et:!. sur la figure, on voit la voûte et l'armature prêtes à tre sou- mises à l'action de la chaleur, la partie droite montre une réa- lisation de prise de la boue ou de la pâte plus sèche .
La fig. 3 montre schématiquement en plan, la marche à suivre pour la construction de la voûte d'un four électrique.
La fig- 4 représente en section verticale transversale le revêt.;ment d'un four électrique avec la voûte @abriquée d'une seule pièce avec le revêtement de la chambre .
La fig. 5 montre d'une manière analogue un four électri- que avec la partie du creuset,qui est léchés par le métal, pourvue d'un revêtement basique, tandis que le ciel et la partie restante du creuset ont un revêtement acide suivant la présente invention.
La fig. 6 montre schématiquement en section verticale axiale un four à manche (cubilot).
La fig. 7 représente d'une manière analogue un four Martin-Siemens avec ses chambres de récupération.
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La fig. 8 représente un récipient de coulée.
La fig. 9 représente un convertisseur Bessemer et la fig. 10, toujours en coupe comme les figures précédentes, un ga- zogène.
On prend de la quartzite pure à environ 98% de silice (plus le pourcentage de silice sera élevé, d'autant plus réfrac- taire sera le produit résultant) ou bien une autre pierre ou au- tre produit naturel ayant toujours néanmoins un très haut pourcen- tage de silice car des impuretés constitueraient une cause de ré- duction sensible du pouvoir réfractaire du produit. Le matériau sans produits de liaison, est moulu au moyen d'un broyeur lourd et rapide ou bien au moyen d'un moulin à billes qui sont consti- tuées de blocs de quartzite de qualité très résistante dans le but d'éviter que la matière triturée ne puisse s'enrichir de ses- quioxyde de fer.
Si on adopte le moulin à billes constituées par des blocs de quartzite, on constatera une usure des billes mais la matière triturée résultante sera toujours constituée par de la quartzite pure à très haut pourcentage de silice. Pendant la tri- turation, l'humidité du quartz ou quartzite doit s'élever ou doit être amenée et maintenue à 25-35% environ. Après environ une heure de trituration, la boue commence à s'amalgamer, c'est-à-dire à de- venir visqueuse ; quelques minutes suffisent alors pour que la boue soit prête. On la dépose alors dans un silo en la laissant à conditionner pendant une période non inférieure à 30 jours envi- ron et on obtient, outre une réduction de l'humidité et la trans- formation de la boue en pâte, une mmélioration de l'amalgamation.
Avec la boue ou la pâte ainsi obtenue, on peut effectuer des revêtements réfractaires ou éléments de tels revêtements, de types quelconques ) dapables de résister à des températures s'éle- vant même jusqu'à 1800 . Avec ladite boue ou pâte, on peut cons- truire des fours acides monolithiques (fig. 1) dans lesquels le creuset 1, les parois 2 et la voûte 3 sont constituera d'une seu- le pièce. Dans lesdits fours., la sole résultante est acide.
Les- dits fours présenteront extérieurement des dispositifs connus de
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retenue comme des tôles ou analogues 4 ; le tout est retenu par des tirants usuels : dont les écrous 6 seront manoeuvres d'une ma- nière connue en vue de permettre la dilatation des divers maté- riaux pendant les augmentations de température. L'augmentation de température (jusqu'à environ 1000 - 1500 ) de ces l'ours, instal- lations, etc. fait évaporer l'humidité résiduaire de le, pâte ou boue ettransforme celle-ci, d'une manière énergique, en un puis- sent matériau réfractaire.
Pour c ons truire les diverses 'parties du four, on peut procéder, par exemple, de la manière représentée à la fig. 2 qui illustre le cas d'un four basique dont le creuset 1 est construit d'une manière quelconque (four basique) tandis oue les parois et la voûte 3 sont constituées de matières acides, suivant la, pré- sente inveni,ion. Dans cette figure, on remarque que la partie de droite 8 du mur et une partie de la voûte jusqu'à la ligne ont déjà été construites.
Le procédé consistera à disposer une tôle 10 de manière qu'elle s'appuie sur l'armature 11 en fer dis- posée d'une manière quelconcue à l'intérieur du four ; la boue ou la, pâte conditionnée se dispose en 12 entre la face 9 de la par- tie 8 déjà finie et la tôle 10 et est comprimée avec les pilons de manière à atteindre la ligne 13. Cela fait, on déplacera la tôle 10 en 14 et on poursuivra le travail. La 'éfrence 25 indique la sole ou bassin, par exemple en dolomie ou magnésite ; les référen- ces 23 indiquent des briques en magnésite et 24 des briques de type quelconque.
Lorsque le revêtement du creuset est terminé avec de la matière basique, comme précédemment indiqué, il faudra mettre, entre le bord supérieur de celui-ci et le bore inférieur du revê- tement acide de la partie restante des parois et du ciel, au moine une rangée 27 de briques réfractaires neutres ou bien un pisé d'une matière neutre comme chromite d'une épaisseur d'environ G cm.
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On pourra procéder d'une manière analogue pour la préparation de la voûte d'un four électrique (fig. 3) en utili- sant un bord de retenue périphérique 15 et les trois conduits 16 pour le passage des électrodes. On commencera le travail en disposant par exemple une tôle 17 et d'autres t'oies le long du bord 18 pour disposer et faire prendre la boue en 19 ; on déplacera la tôle de 18 en 20 pour disposer et iaire prendre la boue en 21 et ainsi de suite en utilisant également des tôles disposées entre les trous 16 comme indiqué en 22.
Il est évident qu'avac le même procédé que ci-dessus et avec l'adjonction d'environ 50% de quartzite triturée de manière telle que les plus gros grains aient des dimensions variant de celles du millet à celles du pois, on pourra fabriquer des briques qui, mises en oeuvre et soumises à l'action de la chaleur jusqu'à 1400-1500 , se transformeraient en matériau fortement réfractaire.
Dans le cas de fabrication de fours, après avoir effec- tué le pisé entre l'armature intérieure 28 (de préférence en fonte ou en fer) et l'armature extérieure 29 (de préférence en fonte); on pourra en général éliminer l'armature intérieure en la faisant fondre lors du premier fonctionnement du four, durant lequel le revêtement se transforme en un bloc monolithique qui présente un pouvoir réfractaire élevé.
Il est encore évident qu'avec la même boue ou pâte, on peut revêtir toutes les parties nécessaires des fours, installa- tions-fours Martin-Siemens et leurs récupérateurs (fig. 7), cubi- lots (fig. 6), convertisseurs Bessemer-(fig.9), fours à induction à basse et à haute fréquence, gazogènes (fig. 10) etc.- ou autres dispositifs pour traitements thermiques dans des industries quel- conques, aussi bien que les accessoires comme les récipients de coulée (fig. 8) etc.
En particulier,on pourra fabriquer aussi le revêtement réfractaire intérieur des plaques et des colonnes pour couler à
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source ; mais, dans ce cas, il sera recommandable d'immerger les parties constituantes de la construction dans la composition ha- bituelle à base de graphite ou d'enduire avec ladite composition pour éviter que les scories ne s'attachent à la construction et que, lors de la première coulée, de la poudre de quartzite ne puisse tomber dans le bain métallique.
Le four électrique, illustré par la fig. 4, a toute la partie en maçonnerie 30 construite avec de la. matière suivant la présente invention. La charge du four se fera par la porte 31.
Dans le four électrique, représenté à la fig. b, la par- tie du creuset, léchée par le métal, a un revêtement 32 en dolo- mie ; en dessous est prévue une couche 33 de briques de magnésite et, extérieurement à celle-ci, est encore disposée une couche 34 de briques silico-alumineuses. Les références 27 indiquent des bri ques de matière neutre qui séparent la partie basique inférieure de la partie acide supérieure. Dans ce four, la voûte 35 peut être soulevée et la charge peut aussi être effectuée par le haut ; les références .36 indiquent deux tôles avec interposition de circula- tion d'eau.
Bien que, pour des raisons descriptives, la. présente invention ait été basée sur ce que l'on a précédemment décrit et illustré, à titre d'exemple, dans les dessins annexés, plusieurs modifications et adjonctions peuvent être apportées dans la réa- lisation de 7'invention ai, plusieurs nouvelles applications peuvent être adoptées, comme par exemple la substitution de la matière si- liceuse par de la magnésite et/ou de la chromite, l'utilisation du pisé dont il a été question, au lieu des briques employées dans les récupérateurs des fours -La construction de la voûte seule pièce avec le creuset dans les fours électriques ;
de même on peut utiliser une armature 26 (fig. 1) en tôle de fer
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qui fond par l'action de la chaleur de cuisson du pisé ou de la pâte, la matière de cette tôle est, ainsi, récupérée ; on peut en- core mélanger au pisé des matières de liaison à caractéristiques neutres ou acides comme par exemple celles habituellement utilisées pour les soles et les revêtements réfractaires des fours, dans ce cas cependant, alors que les opérations de cuisson sont rendues plus faciles, le pouvoir réfractaire du revêtement est diminué. Il sera encore possible d'incorporer dans la pâte ou pisé une petite quan- tité de matières de liaison comme,,par exemple, de l'acide basique, dans le but de donner à la coulée une consistance suffisante qui permettra l'extraction de l'armature intérieure avant la cuisson.
Toutes ces modifications et d'autres encore,adjonctions, utilisations, doivent être comprises dans les conceptions-fondamen- tales de la présente invention qui sont reprises dans les revendi- cations suivantes.
REVENDICATIONS --------------
1) Application technique du principe scJientifique carac- térisé par le fait qu'une masse naturelle, en poudre de par sa na- ture ou pulvérisée et contenant un très haut pourcentage de silice, si elle est triturée en présence de 25 à 35% environ d'humidité sans matières de liaison, donne lieu à une boue qui devient vis- queuse et ensuite s'amalgame, perd une partie de son humidité et se transforme en pâte grâce à un conditionnement, ladite boue ou pâte soumise à l'action de la chaleur à environ 1000 - 1500 C donnant naissance à une matière réfractaire qui supporte, sans mo- dification, de sa conformation et de sa constitution, des tempéra- tures très élevées même jusqu'à 1800 .