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PROCEDE DE FABRICATION DE MATIERES REFRACTAIRES. @
La présente invention est relative aux .matières réfractaires basiques et plus particulièrement à une méthode de production de ces matières réfractaires à basse température par réaction in situ de matières choisies.
Dans un brevet belge antérieur de la demanderesse, le n 488.796 du 2 mai 1949, couvrant l'emploi de silicate préformé ou naturel, à point de fusion bas, pour l'agglomération de matières granuleuses consistant essen- tiellement en :
1 ) chaux, magnésie et silice, et
2 ) magnésie, alumine et silice respectivement on a fait re- marquer que dans la pratique de l'invention on doit éviter soigneusement tou- te réaction entre des parties fines de la matière réfractaire et le silicate non réfractaire, avant la fusion de ce dernier et formation d'une quantité appréciable de liquide, qui est requise, pour obtenir le rétrécissement de la masse et l'agglomération des particules réfractaires entr'elles d'une ma- nière solide.
On fait remarquer que cette difficulté peut être) évitée soit en supprimant les particules plus fines du constituant réfractaire, soit en ajoutant le constituant non réfractaire lui-même sous forme de grains.
Il a été maintenant trouvé assez curieusement qu'en agglomérant les grains de la dite matière réfractaire, on peut profiter de la tendance même que les grains fins ont de réagir entr'eux beaucoup plus rapidement que les grains gros. Il a été, en effet, trouvé qu'on--obtient des avantages techniques et économiques appréciables en formant le constituant non réfrac- taire "in situ" dans les grains.
L'invention est essentiellement une méthode simplifiée de fa- brication de masses et formes réfractaires, qui-comprend le chauffage d'un mélange intime de deux types de matériaux très différents l'un de l'autre.
Le premier type consiste en grains relativement gros, contenant un.alcalino- terreux mais avec ou sans magnésie (oxyde basique réactif), comprenant plus particulièrement
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1 ) de la chaux, substantiellement sans alumine, et @
2 ) de la magnésie substantiellement en l'absence de chaux et avec ou sans alumine.
Tous les alcalino-terreux (magnésie, chaux, oxydes de strontium et baryum) forment des orthosilicates aussi bien réfractaires que non-ré- fractaires ou des silicates eutectiques qui fondent en-dessous de 1550 C.
L'oxyde basique réactif doit toujours être présent dans la matière en forme de grains en quantité représentant au moins 6% en poids en excès de celle requise pour former, lors de l'équilibre final, avec toute la silice pré- sente, l'orthosilicate ne contenant que l'oxyde basique en question. Le deuxième type consiste en matières premières pour le silicate non réfrac- taire, et la formation in situ du silicate non réfractaire est assurée en prévoyant dans le mélange général des grains de réactifs de dimensions telles que l'étendue en surface de la silice libre et combinée représente au moins 42% de l'étendue totale en surface des constituants non-volatils de toutes les particules, c'est-à-dire que le produit initial de la réac- tion est un silicate non-réfractaire contenant au moins 42% de silice.
Les deux types de matières sont proportionnés et mélangés de telle manière que la quantité de silice dans le mélange ne dépasse pas celle qui se combinera lors de l'équilibre final pour former l'orthosilicate ne contenant que l'oxy- de basique en question. Le mélange est alors chauffé, et la réaction a lieu en deux phases distinctes, dont la première est essentiellement la formation et la fusion in situ du silicate non-réfractaire.
Le liquide couvre alors les grains réfractaires, et en continuant le chauffage, la seconde phase a lieu, dans laquelle la réaction se produit entre le liquide et l'oxyde ba- sique réactif en excès dans les grains, le liquide lui-même étant de cette manière substantiellement éliminé par conversion en le silicate réfractaire correspondant et les grains sont liés en une masse bien agglomérée et très - réfractaire.
Non seulement il a été ainsi possible d'une manière facile de former et de fondre in situ le silicate non réfractaire, mais par un contrô- le approprié des dimensions des grains, on peut comme on le désire faire varier entre des limites étendues le cours des réactions et les propriétés de la masse ou forme mixte, par exemple la température à laquelle l'agglo- mération ou le tassement commenceront, la composition et la quantité de li- quide formé, la viscosité du liquide, les limites de la température endéans lesquelles l'état plastique de la masse composée persistera et même la den- sité et autres propriétés physiques du produit final.
Afin d'expliquer la méthode par laquelle la présente invention peut être appliquée commercialement à une grande variété de matières ré- fractaires avec des résultats saisissants, il est désirable d'expliquer d'abord aussi complètement que possible les principes fondamentaux sur lesquels l'invention est basée. Ces principes sont en partie bien connus, mais en ce qui concerne leur rapport avec l'agglomération des matières réfractaires il a souvent été exprimé comme résultat d'expériences réali- sées pendant plusieurs années en essayant toujours d'expliquer les résul- tats obtenus en se reportant aux diagrammes d'équilibre de phases impliqués.
Qu'ils soient entièrement exacts ou non, ces principes serviront de guide adéquat dans la pratique de l'invention à ceux qui connaissent celle-ci.
Ils seront plus tard expliqués par de nombreux exemples illustrant les applications particulières de ces principes.
1. Lorsque la silice et un oxyde basique avec lequel elle peut réagir à l'état solide, sont mélangés et chauffés, le taux de la réaction se produisant dans les phases initiales dépend de l'étendue des surfaces de contact réel entre les réactifs. C'est pour cette raison que des grains fins réagissent beaucoup plus rapidement que les grains gros.
2. Pour deux réactifs solides quelconques chauffés au contact l'un de l'autre, les surfaces de contact sont égales et avant la formation de liquide il y a par conséquent une tendance de leur part à réagir en proportion des poids qui correspondent à des surfaces égales; cette tendance
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cependant peut être sur-équilibrée à l'état solide par la chaleur de for- mation plus forte d'un certain composé formé des deux réactifs de manière préférentielle.
3. Quand deux oxydes, qui constituent des réactifs potentiels, sont mélangés et soumis à une température qui s'élève, ils tendent à former du liquide à la plus basse température possible, qui peut être le point de fusion de l'eutectique ayant le point de fusion le plus bas dans le système binaire. Si cependant un composé a déjà été formé, la température de forma- tion initiale de liquide peut être celle du point de fusion de quelqu'autre eutectique.
Par exemple, dans le cas de la chaux et de la silice, il y a une 'forte tendance pour le silicate bicalcique très réfractaire à se former pen- dant une longue période de chauffage à une température relativement 'basse; puisqu'il y a plusieurs composés et eutectiques dans ce système, le liquide eutectique qui se forme dans la suite dépend de la nature de l'oxyde qui se trouve présent en excès et de la quantité de cet oxyde.
4. Le cours de la réaction entre deux oxydes peut dépendre du taux du chauffage. Un chauffage lent et prolongé au dessus du point de fusion de tout eutectique du système tend à faciliter la formation d'un composé, tandis qu'avec un chauffage très rapide, la fusion de l'eutectique a géné- ralement lieu avant que la formation du composé puisse continuer dans une mesure appréciable et dans ce cas la quantité de liquide existant à une tem- pérature donnée quelconque est normalement plus grande qu'avec un chauffage lento 5 Dès que du liquide s'est formé en partant des deux oxydes, il commence à réagir avec, ou à prendre en solution, autant des solides restants qui peuvent être absorbés à la dite température, et le cours de la réaction ou absorption est déterminé en grande partie par les étendues de surface relatives des dits solides.
Si, par exemple, de la chaux en très gros grains est mélangée avec une petite proportion de silice broyée si finement que son étendue en surface dépasse largement celle de la chaux, la réaction tend à se produire vers la formation d'un liquide plus silicieux aus- si longtemps que l'étendue en surface de la silice prédomine ; quand la silice a presque disparu et que l'étendue en surface de la chaux prédomine à son tour, le cours de la réaction est renversé et le liquide devient plus basique jusqu'à ce que du solide ne puisse plus être absorbé à la température en question.
Dans le cas général qui dépend des conditions du moment, l'un quelconque des faits suivants peut se produire a) Fusion complète, b) Augmentation de la quantité de liquide sans fusion complète, c) Solution de l'un des solides et précipitation simultanée d'un autre dont la limite de solubilité a été atteinte, d) Solidification complète, e) Les faits b et c, ou b, c, d, se produisent en succession plus ou moins rapideo
60 Avec trois réactifs ou plus, le cours de la réaction est similaire, excepté qu'il est plus probable que la sélectivité jouera une part. Lorsque la chaux, lamagnésie et la silice sont les réactifs, la réac- tion préférentielle de la chaux et de la silice a lieu aussi bien dans la phase initiale que dans la phase finale et la sélectivité est de deux types différents.
Quand la silice fine réagit avec de la dolomie à gros grains, l'eutectique qui fond à 1321 C (contenant 61,5% de silice, 30,5% de chaux et 8,0% de magnésie) se forme d'abord, même si cela implique l'extraction sélective de la chaux hors du matériau complexe formé de chaux et magnésie.
Finalement, lorsque cet eutectique réagit avec un grand excès de dolomie, toute la magnésie est transformée, en périclasse avec en même temps du si- licate tricalcique et de la chaux libre, tandis que la magnésie qui se trou- ve en combinaison est libérée dans le procédé. Avec trois réactifs, la précipitation hâtive d'un produit intermédiaire ou final relativement ré- fractaire se produit plus fréquemment que lorsque deux produits seulement sont présents.
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7. Lorsque la réaction a lieu entre des solides en forme de grains à une température telle qu'il ne se forme pas ou seulement 'peu de liquide à un moment donné quelconque, le produit n'est pas fortement aggloméré, ni à l'état chaud, ni après refroidissement.,
8 Lorsque du liquide en quantité considérable se forme dans une masse de matériaux en grains, la masse refroidie possède une forte co- hésion et est bien agglomérée. Il a été trouvé que les limites utiles sont de 6 à 30% en poids de la matière réfractaire à agglomérer.
9. En chauffant des matières à l'état de grains du type décrit ici, le cours normal des réactions, tel que déterminé par l'examen pratique de la masse chauffée avec un ringard ou autre instrument aigu, est comme suit a) production d'un état collant et d'une plasticité à mesure que le liquide initial se forme,principalement en partant des composants plus fins de la masse. b) Etat collant plus fort avec formation de plus de liquide. c) Etat collant plus faible et dureté plus grande à mesure que le liquide réagit avec les grains réfractaires plus gros et est lui-même trans- formé en composés réfractaires solides à la température en question. d) Développement final d'une masse très réfractaire qui même à 1600 - 1700 G est dure, résistante et ne présente aucun liquide.
Cette ré- sistance est normalement conservée lorsque la masse est refroidie à la tem- pérature ambiante. Dans le cas de la formation de silicate bicalcique, il peut se produire de la poussière et une désagrégation lors du refroidisse- ment, à moins qu'on n'ajoute un agent stabilisant tel que de l'acide borique pour empêcher l'inversion de la forme beta à la forme gamma.
10. Quoique l'importance des surfaces relatives des oxydes en réaction apparaîtra d'une manière claire de ce qui précède, une méthode pratique de calcul le ces surfaces est encore requise pour l'application de la présente invention.
La détermination des surfaces relatives des réactifs est basée sur leur analyse de criblage. Toute échelle de criblage pourra être employée, mais à titre d'exemple on adoptera l'échelle Tyler qui est très employée, et qui est basée sur le principe d'ouvertures carrées dont chacune présente une surface égale à deux fois la surface de la dimension plus petite qui suit. On assumera que le diamètre moyen des particules qui ont traverse une crible donnée et qui ont été retenues sur la crible plus petite suivante de la série est plus grand que le diamètre de l'ouverture plus petite, d'un tiers de la différence entre les deux. Tandis qu'on reconnaît que ce rapport varie- ra un peu avec chaque analyse de criblage, il s'est montré d'une approximation suffisamment grande pour l'objet en vue.
De plus, la méthode est satisfai- sante si les cribles des séries Tyler sont toutes employées ou bien si chaque seconde crible est supprimée. En fait, si grande est la surface relative de fractions très fines, qu'en négligeant toute grande précision il a été trou- vé satisfaisant de prendre le diamètre moyen de toute la matière traversant le 100 mesh comme étant de 0,0020" ( 0, 05 m/m).
Dans le tableau ci-joint on a inscrit les dimensions de mailles les plus fréquemment employées pour les matières réfractaires et les mesures linéaires correspondantes des ouvertures Tyler proprement dites. De celles- ci,le diamètre moyen a été calculé pour les particules traversant l'une des cribles de la série et retenues par la crible suivante en faisant les hypothèses mentionnées ci-dessus. Dans la colonne finale, on a montré les surfaces relatives par unité de poids de particules d'une dimension donnée, ces surfaces étant inversement proportionnelles aux diamètres en question, rapport qui est d'application stricte pour des particules de toute forme donnée.
Pour la facilité, la dimension qui traverse le 3/811 (9,42 m/m) et qui est retenue sur le 3 mesh a été prise comme étant l'unité.
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<tb> 150 <SEP> 0.0041 <SEP> 0.104
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<tb> 200 <SEP> " <SEP> 0.0029 <SEP> 0.074
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<tb> - <SEP> 200 <SEP> mesh <SEP> 0.00097 <SEP> 308.25
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A cause des nombreuses applications pratiques pouvant être fai- tes de la méthode décrite et de la nécessité de distinguer clairement entre la technique requise dans la réalisation pratique de l'invention et les mé- thodes qui ne réalisent pas une agglomération satisfaisante, il est désira- ble de choisir un nombre considérable d'exemples parmi les essais encore plus nombreux qui ont été faits.
Trois cas assez typiques seront d'abord exposés dans lesquels pour avoir négligé l'enseignement de l'invention il ne s'est pas produit in situ de liquide ou il ne s'en est produit,que très peu et la consolida- tion de la matière réfractaire ne s'est pas effectuée. Ces cas seront suivis
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d'exemples des nombreuses variations permises endéans la portée de l'inven- tion.
Pour faire ressortir davantage la différence de technique dans les trois exemples où les principes de l'invention n'ont pas été appliqués et dans les neufs premiers exemples de méthodes ayant conduit à des succès, on a utilisé partout les mêmes matières premières dans les mêmes proportions en poids, mais à cause des variations des dimensions des grains et par con- séquent des étendues relatives de surface, les réactions qui ont lieu sui- vront un certain nombre de chemins différents.
Les matières premières choisies sont la dolomie très cuite (dite doublement cuite) et le quartzite. Ces deux matières sont disponi- bles à bon marché à une pureté d'au moins 95%., et pour la simplicité toutes impuretés seront négligées, la dolomie étant considérée comme contenant 58, 2 CaO et 41,8% MgO, et le quartzite étant considéré comme étant du SiO2 à 100%. Les deux matières sont utilisées broyées à une dimension maximum d'environ 3/8" (9,42 m/m) et elles doivent être employées dans les propor- tions en poids de 92,6 parties de dolomie et 7,4 parties de quartzite.
Si ces matières réagissent complètement, elles formeront dans chaque exemple environ 28,1% de silicate tricalcique et laisseront 33,2% de chaux libre et 38.7% de magnésie libre sous forme de périclase.
Exemple 1.
Pour l'emploi comme matière de garnissage dans un four Martin, la dolomie et la silice sont broyées pour passer à travers 3/811 (9,42m/m) et sont ensuite mélangées intimement et jetées dans un four chaud dans la position désirée. Puisque les deux matières ont des analyses de criblage presque identiques, la quantité de dolomie d'une fraction quelconque de criblage est en moyenne 12,5 fois plus grande que celle de la silice (92,6/7,4) et leurs surfaces sont dans les mêmes proportions.
A mesure que la réaction se poursuit il se forme des traces de liquide à point de fusion bas autour de chaque particule de silice grande ou petite, mais à cause de la grande quantité de dolomie en grains fins qui est immédiatement disponi- ble, la réaction avec celle-ci pour donner des silicates réfractaires est presque instantanée et il n'y a pas de quantité appréciable de liquide à n'importe quel moment. A cause des grains assez gros des réactifs, l'équili- bre n'est atteint,s'il l'est vraiment, qu'après une longue période de chauf- fage et en ce moment des zones de silicate tricalcique (probablement entou- rant un peu d'orthosilicate) sont réparties dans toute la masee, mais il n'y a pas eu de rétrécissement appréciable et il ne s'est pas formé une agglomé- ration générale.
A cause de l'inobservance des enseignements de l'invention, les objectifs en vue n'ont pas été atteints.
Exemple 2.
Dans ce cas la silice est laissée en grains gros et la dolomie est broyée finement. Ceci rend la situation pire puisqu'il y a maintenant plus de dolomie en grains fins qu'avant, pour réaction immédiate avec tout liquide à point de fusion bas qui aurait pu se former. Le résultat est même pire que celui de l'exemple 1.
Exemple 3.
Les deux réactifs sont maintenant broyés pour traverser 100 mesh et sont chauffés lentement à 16500C qui est la plus haute température du four Martin,, et sont maintenus à cette température pendant une heure.
Comme dans l'exemple 1, les étendues en surface des deux constituants sont de nouveau proportionnelles à leur poids respectifs. Puisqu'il y a un grand excès de chaux disponible pour se combiner avec la silice, ces oxydes réa- gissent d'une manière sélective, de préférence à la magnésie et silice comme expliqué ci-dessus, et la tendance est vers la formation d'un silicate ayant un rapport chaux et silice élevé.
Pour des raisons qui ne sont pas entière- ment claires, l'ortho-silicate commence en fait à se former en premier lieu,
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et cela même à une température beaucoup en-dessous du point de fusion de n'importe lequel des eutectiques possibles binaires ou ternaireso Cepen- dant, au contact de la chaux en excès à 1650 C, la silice réagit finale- ment pour donner du silicate tricalcique, laissant toute la magnésie et une grande partie de la chaux encore à l'état libre, comme déjà expliqué, et quoiqu'il n'y ait pas eu à n'importe quel moment une quantité appréciable de liquide, la masse est en général molle, friable. Les résultats seront évidemment similaires si on emploie tout autre produit de broyage direct des deux réactifs.
Exemple 4..
Dans ce cas la dolomie est d'abord broyée à environ 3 mesh, soit une grosseur de grains appropriée pour garnissage de parois de fours à acier, et la matière ayant moins 8 mesh est enlevée par tamisage et est broyée de manière à traverser 100 mesh comme l'est aussi la silice. On a décidé d'employer comme liant l'eutectique chaux-magnésie-silice qui fond à 1321 C et qui contient 30,5%, 8,0%, et 61,5% des trois oxydes, respec- tivement. Il est alors nécessaire de calculer les étendues en surface re- quises de la dolomie et de la silice. Puisque lorsqu'on emploie la dolomie il y a nécessairement un excès de magnésie au-dessus de celui de la compo- sition eutectique, on ne doit considérer que la chaux et la silice comme réactifs initiaux.
Leurs proportions en poids sont de 30,5-et 61,5 et dans le cas idéal ces chiffres représentent également leurs,étendues relatives en surface. Puisque, dans le tableau ci-dessus, la silice à moins 100 mesh présente une étendue en surface de 155 unités par unité de poids, la surface totale est de 7,4 x 155, c'est-à-dire 1147 unités, et 1147 (13,5/ 61,5) unités sont requises pour la chaux, ou de la dolomie (1147/0,582) (30,5/61,5) c'est-à-dire 976 unités. Le tableau qui suit montre comment la surface de la dolomie en gros grains est calculée en partant de son analyse de criblage.
Analyse de criblage.
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Chaque unité de dolomie à gros grains a par conséquent 1.9 unités de surface, tandis que chaque unité de dolomie broyée pour passer 100 mesh a 155 unités Un simple calcul algébrique montre qu'afin de four- nir 976 unités de surface, on a besoin de 87,37 parties de dolomie à gros grains et de 5,23 parties de dolomie à fins grains; celles-ci fournissent 166 et 810 unités de surface respectivement.
Le calcul ci-dessus a été donné en détail comme illustration de la méthode employée, mais puisque les 5,23 parties de dolomie fine four- nissent 83% de la surface requise de dolomie, il est évident qu'un calcul précis de la surface de la dolomie à grains très gros n'est pas nécessaire.
En fait, les résultats sont tout à fait satisfaisants si on néglige entiè- rement la fraction à gros grains et quon emploie 6,3 parties de dolomie à petits grains pour fournir les 976 unités de surface. Ce procédé peut être employé lorsque comme c'est le cas ici les grains gros sont en moyenne de l'ordre de 100 fois le diamètre moyen des grains de la fraction fine et que l'objectif en vue est un liquide très silicieux.
Quand le mélange de dolomie à gros et fins grains et de silice à fins grains est soumis à une température qui s'élève; comme dans un essai de laboratoire ou sur les parois d'un four Martin, il y a formation de li- quide qui peut être observée facilement comme étant le frittage initial à
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presque exactement 1321 Co, qui est le point de fusion de l'eutectique dont la composition a été le but poursuivio Le liquide formé (7,4/0,615 en poids soit approximativement 12%) couvre rapidement tous les grains plus gros, et à mesure que la température s'élève, une série de réactions se produit jus- qu'à ce que la masse pâteuse devienne dure et forte, même à la plus haute température du four. Cette condition persiste lors du refroidissement.
Exemple 5.
Dans ce cas une dolomie plus fine, broyée pour traverser 6 mesh, doit être agglomérée à une température aussi basse que possible. Puis- que la grosseur moyenne de particules d'approche de la moitié de celle de l'exemple précédent, on peut tout simplement enlever la,fraction moins 16 mesh et la broyer ainsi que la silice, afin de traverser le 200 mesho Les grosseurs de grains et surfaces'relatives sont alors substantiellement les mêmes qu'auparavant et les réactions se produisent d'une manière similaire.
L'agglomération peut se faire en effectuant la cuisson à 1350 C. mais une température un peu plus haute est désirable si les réactions doivent être continuées jusqu'à ce qu'elles soient achevées.
Un mélange de ce genre peut être employé pour le garnissage de fours comme dans l'exemple 4. Il y a cependant des différences réelles entre les deux cas. D'un point de vue pratique, il est désirable qu'il se forme peu de poussière lorsque les matières réfractaires sont introduites dans un four, car la poussière peut dans certains cas être enlevée avec les gaz du four comme dans un four Martin ou bien. elle peut se décomposer au milieu du four au lieu de se déposer sur les parois où elle est requise, comme ce sera le cas dans un four électriqueo La matière à grains plus gros présente par con- séquent un avantage pratique.
D'autre part, des matières à grains très gros ne se déposent pas aussi rapidement ou en une masse aussi dense que les matières qui renferment un pourcentage appréciable de fines et par conséquent le.,second type de matière peut être choisi pour cette raison.,
De plus, les matières à gros grains mettront plus longtemps pour réagir complètement et pour éliminer tout liquide et par conséquent reste- ront plus longtemps à l'état plastique ou pâteux. Ces exemples montrent comment le degré de tassement, les limites de la température entre lesquel- les l'état plastique persistera et la densité du produit final peuvent être contrôlés en faisant varier les grosseurs de grains des matières qui forment les réactifs.
Exemple 6.
Cet exemple est similaire à l'exemple 5, mais le diamètre moyen des grains de la fraction à gros grains est de nouveau réduit de 50%, c'est- à-dire jusqu'à environ 0,04" (1,016 m/m). Alors qu'un tel exemple est peu fré- quent dans l'industrie, la même méthode que celle précédemment décrite peut être appliquée si la fraction fine est broyée de manière à maintenir des rapports similaires des diamètres moyens et des étendues totales de surface des fractions à gros et fins grains.
Exemple 7.
Cet exemple est une modification de l'exemple 6 et pour des rai- sons économiques peut être préférable au broyage extrêmement fin qui est re- quis dans l'autre exemple. Dans ce cas, il n'est pas nécessaire de broyer à plus de 100 mesh mais le contact entre les fractions fines qui doivent être les réactifs initiaux est amélioré par mélange et transformation de ces matières en boulets. Les constituants réagissent alors dans l'ordre requis.
La conversion en boulets n'est pas à recommander lorsqu'on doit fabriquer des briques mais est satisfaisante pour la préparation de compositions pour le garnissage du four.
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Exemple 8.
Il existe encore une autre méthode permettant de tenir compte des conditions de lexemple 6 et qui souvent sera le plus économique. Au lieu de broyer la silice et une partie de la dolomie à un degré de finesse très élevé pour le mélange avec la dolomie en gros grains, la dolomie à fins grains est supprimée et la silice est laissée en grains suffisamment gros pour four- nir le rapport d'étendue de surface désirée entre ce constituant et toute la dolomie.
Puisque, comme dans l'exemple 4, on désire produire l'eutecti= que qui fond à 1321 C, les surfaces nécessaires de silice et dolomie sont de nouveau 1147 et 976. Les poids relatifs sont de 7,4 et 92,6 et c'est pour cela que lorsque toute la dolomie est prise en considération, le diamètre moyen des grains de silice est de 0.,04 x 976 x 7,4, ou bien 0,0027" (0.069 m/m) 1147 x 92,6 ce qui est un peu moins que la grosseur des grains qui traversent 150 mesh et qui sont retenus sur 200 mesh. Plutôt que de produire une dimension étroi- te de grains de ce genre,il est aussi satisfaisant et beaucoup plus facile de préparer, par exemple, les proportions exactes de moins 65'--.Plus 100 et moins 100 mesh.
Dans ce cas, le calcul montre que les proportions de 16,5% et 83,5% donneront l'étendueen surface désirée. Cette modification qui impli- que une réaction entre la silice et la surface seule de la dolomie présente au lieu de dolomie broyée spécialement et extrêmement fine comme constituant plus ou moins indépendant, ne nécessite ainsi aucun broyage très poussé de la silice. En moyenne cependant la silice est encore beaucoup plus fine que la dolomie, le rapport étant approximativement de 15 à 1.
Exemple 9.
En employant un mélange de dolomie et de silice, au lieu de cri- - bler la partie à grains plus gros et de soumettre les fines à un broyage sup- plémentaire comme dans l'exemple 4, la méthode de broyage peut parfois être modifiée de manière à fournir la proportion désirée de fines.
Par exemple, de la dolomie réduite à 3 ou 4 mesh dans un broyeur à mâchoires ou un broy- eur rotatif peut être transférée dans un broyeur à tubes ou à billes de pe- tit diamètre, dê'préférence avec la proportion désirée de silice fine et y être broyée sans l'addition d'un agent de broyage lourd, jusqu'à ce que les particules soient corrodées par usure graduelle et toute proportion désirée de matière fine est formée.Simplement en arrêtant le broyeur lorsqu'une analyse du produit montre la proportion désirée de fines, on obtiendra un mélange de gros et fins grains qui se tassera de lui-même. Dans une opéra- tion continue, le taux de l'alimentation est simplement contrôlé de manière à obtenir dans le produit le pourcentage désiré de fines, qui est facilement calculé comme ci-dessus.
Il importe peu que la silice ait une finesse plus grande que la dolomie fine, du moment que -..
1 / le rapport de la grosseur de grains des fractions de grains gros et de grains fins de la dolomie est suffisamment grand pour les faire réagir presque indépendamment, ou
2 / que la surface totale des deux fractionà de dolomie, à grains gros et à grains fins, se trouve dans le rapport désiré par rapport à celle de la silice.
Exemple 10
Dans les exemples 4 à 9, l'objectif était dans chacun de ces exemples la formation d'environ 12% de l'eutectique chaux-magnésie-silice fondant à 1321 C et ce résultat a été substantiellement atteint dans tous les cas. En employant cependant les mêmes matières premières dans exacte- ment les mêmes proportions, il est parfaitement possible en réglant les dimensions des grains des constituants de former une proportion différente de quelque autre substance à bas point de fusion qui devra agir comme li- ant. Par exemple, il peut être désirable de produire une plus grande quan- tité de liquide de basse viscosité.
En se reportant aux diagrammes d'équilibre
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de phases chaux-magnésie-silice, on voit que dans ce système il y a un eu- tectique fondant à 1359 C et ayant la composition 29,7% CaO, 20,3% MgO et 50,0% SiO2 A cause de sa teneur plus basse en silice, cet eutectique présen- te une viscosité beaucoup plus basse que celle de l'eutectique 1321 C et lorsqu'il est formé de 7,4% de silice et dolomie, il produira évidemment 14,8% de liquide contre les 12% des exemples précédents. Ces proportions sont toutes les deux endéans les limites les plus désirables.
En employant la même méthode de calcul que celle exposée dans l'exemple 4, la propor- tion de dolomie de moins 100 mesh a simplement augmenté jusqu'à ce que sa surface (qui en parlant strictement comprend également la surface de la dolomie à grains plus gros) soit dans le rapport désiré à celle de la si- lice. Puisque dans ce cas il n'y a pratiquement aucune action sélective en- tre chaux et magnésie il est correct de prendre la surface totale de la dolomie au lieu de prendre celle de la chaux seulement, et la silice étant 50% du poids total, des surfaces égales seront requises.
Par chauffage, un peu de l'eutectique 1321 sera sans doute formé d'abord, mais dès que la température s'élève suffisamment, il se transformera rapidement en eutec- tique¯ 1359 , à cause de la chaux fine et magnésie supplémentaire qui sontprésentes, et l'agglomération effective se produira ultérieurement.
Exemple 11.
Cet exemple a été choisi pour définir une limite approximative endéans laquelle la présente méthode peut être employée d'une manière satis- faisante pour l'agglomération de dolomie granuleuse avec de la silice. Cette limite cependant n'est pas inhérente de-la méthode de réaction pour former in situ du liquide mais est plutôt déterminée par le fait signalé dans les exemples précédents, que le constituant à bas point de fusion doit lui-même être substantiellement entièrement du liquide à 1500 C afin de constituer un liant satisfaisant pour les grains réfractaires de dolomie.
Dans le cas présent cela demande une teneur en silice d'environ 42% dans le constituant à bas point de fusion.Un tel liant peut être formé in situ en employant avec 7,4 parties de moins 100 mesh silice, 92,6 parties de dolomie d'une dimension de grains telle que la surface soit de 58/42. de 1147 unités ou de 1584 unités. Les essais ont montré que tandis que la réaction de ces constituants a facilement lieu de la manière désirée, l'agglomération n'est pas aussi parfaitement produite qu'avec le constituant à bas point de fu- sion à teneur plus élevée en silice, et ce cas est par conséquent considéré comme étant un cas limite. La méthode est applicable jusqu'à 42% de silice mais pas plus bas.
Cette limite est évidemment la même que celle de la surface de la silice par rapport à la surface totale de toutes les parti- cules dans le mélange finale Exemple 12.
Il reste à examiner dans la série des combinaisons dolomie- silice un cas très important qui représente l'extrême limite dans l'autre direction. Cet extrême limite est l'emploi de 7,4% de silice fine libre avec de la dolomie à gros grains très cuite de toutes dimensions de grains commerciales ayant pas ou peu de fractions à fins grains présentes. En fait, si on emploie n'importe quelle proportion de 5 à 15% environ de silice fine et si la dolomie fine est substantiellement absente, on atteint une bonne agglomération. Ce résultat surprenant est expliqué par une étude du dia- gramme d'équilibre de phases èhaux-magnésie-silice.
Cette étude permet de constater que lorsque la silice fine ayant une grande surface réagit avec la dolomie à gros grains ayant une petite surface (c'est-à-dire lorsque une grande proportion de silice réagit avec une proportion relativement faible de dolomie) il se forme encore un peu de l'eutectique 1321 Co A toute température plus élevée que celle-là, la dissolution des solides res- tants commence et la base et l'acide réagissent à tout moment donné en proportion des valeurs instantanées de leur étendues de surface. A cause de la prépondérance de la surface de la silice fine, la masse de fusion devient de plus en plus-silicieuse à mesure que la température augmente, jusqu'à ce que la silice ait été fortement absorbée, comme expliqué dans
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l'exemple 5 ci-dessus.
Ensuite le cours de la réaction est renversé et à mesure que la masse fondue silicieuse recouvre les gros grains de dolomie, elle continue à réagir avec ces grains jusqu'à ce que sa composition soit passée, pour une quantité de liquide qui augmente, par les régions à bas point de fusion dans lesquelles se trouvent les eutectiques 1321 et 1359 et enfin dans la région dans laquelle le caractère.réfractaire augmente rapidement vers l'équilibre final. Quand on emploie 7,4% de silice les pro- duits finaux sont exactement comme auparavant.
Cela fait ressortir le principe qui est un principe d'appli- cation générale, que même lorsqu'on part de silice pure ou de silicates fortement réfractaires, si les dimensions des grains sont contrôlées de telle manière que la tendance à la formation d'un liquide après dispari- tion de la silice ou du silicate comme tel soit vers une région de compo- sitions ou eutectiques à bas point de fusion, il y aura toujours formation d'une série continue de masses de fusion d'acidité décroissante et en un ou plusieurs points de cette série, les conditions seront très favorables au développement de liquides qui constituent des agents de consolidation effectifs pour les matières granuleuses basiques réfractaires.
L'emploi de ce principe particulier quoiqu'en général évi- tant la nécessité d'une estimation autre qu'une estimation approximative des étendues de surface des réactifs, n'est pas dans tous les cas supérieur aux techniques décrites dans les exemples précédents, car lorsqu'on em- ploie une quantité relativement grande de matière réfractaire basique à grains gros et une petite quantité de réactif acide à grains fins, il en résulte ordinairement un produit ayant une porosité plus forte qui pour certains buts rend moins de service que la matière plus dense primiti- vement obtenue'de limites plus étendues de dimensions de grains.
Exemple 13.
Dans tous les exemples précédents l'une des matières premiè- res a été une dolomie très cuite telle qu'utilisée généralement pour le gar- nissage de fours Martin et de fours électriques à aciero La méthode d'agglo- mération par réaction et formation in situ,de liquide est également appli- cable de la même manière aux mélanges contenant de la dolomie crue, la- quelle lorsqu'elle est pure, contient 30,4% de chaux., 21,9% de magnésie et 48,7% d'anhydride carbonique.
En employant la méthode de calcul exposée dans l'exemple 4, il est évident que pour former le même eutectique 1321 C et le même produit final, on doit employer avec 7,4 parties de silice fine, 92,6/0,513 ou 180,6 parties de dolomie crue, dont 170,4 parties peuvent être moins 3 plus 8 mesh et 10,2 parties devraient être broyées à la finesse de la silice de moins 100 mesh. En d'autres mots, on considère seulement les oxydes non volatils présents.
La dolomie crue et la silice furent for- tement agglomérées après chauffage à 1400 C et refroidissement à la tempé- rature ambianteo Le produit avait une porosité indésirable, mais les par- ticules à gros grains étaient si complètement vitrifiées que lorsque la masse était tenue sous l'eau pendant 48 heures, la quantité d'extinction qui se produisait était presque négligeable sa haute teneur en chaux libre.
Il est évident que si on le désire on peut former une grande quantité d'un mélange de 7,4 parties de silice fine et de 10,2 parties de dolomie crue fine, qui se conservera indéfiniment sans détérioration et on pourra employer ce mélange suivant les nécessités en mélange avec de la dolomie fortement cuite à grains plus gros. D'autres proportions peuvent parfois être avantageuses.
Exemple 140
Pour certains fours à acier, la dolomie crue'dont on a enlevé les fines est très employée comme matière de garnissage pour fours Martin, mais d'elle-même cette dolomie ne se tasse pas en place et par conséquent ne fournit, d'ordinaire qu'une protection temporaire des parois, car elle
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est enlevée par la scorie et doit être remplacée à la fin de chaque mise à feu. On peut obtenir une stabilité beaucoup plus grande en utilisant le même principe que dans l'exemple 12 et en incorporant dans cette dolomie environ 5 à 10% de silice fine.
Afin de réduire la ségrégation et la formation de poussière, il peut être désirable : (1) d'appliquer le mélange à l'état hu- mide avec ou sans liant temporaire, afin de provoquer le recouvrement par les fines des grains plus gros ou bien (2) transformer la silice en boulets.
Si on adopte cette dernière méthode, il est préférable d'em- ployer un mélange de 7,4 parties de silice fine et 10,2 parties de dolomie crue fine afin de former in situ l'eutectique 1321 avant la réaction avec la dolomie à gros grains comme dans l'exemple 13.
Exemple 15.
Dans tous les exemples ci-dessus on a employé de la silice libre comme la substance silicieuse. Pratiquement cependant, il est plus approprié ou plus économique d'employer d'autres matières premières. Par exemple on trouve dans la Province de Québec deux produits de déchet dont aucun ne constitue la composition idéale comme constituant à bas point de fusion, mais qui lorsqu'ils sont finement broyés et mélangés ensemble en proportions ap- propriées, forment d'excellentes matières premières pour la formation in situ d'eutectiques à bas point de fusion.
Ces matières et leurs compositions appro- ximatives sont comme suit :
EMI12.1
CaO Mg0¯ SiO2 A1203 FeO P205 ho0Ia
EMI12.2
<tb> Ao <SEP> Scories <SEP> phosphoreuses
<tb>
<tb> de <SEP> fours <SEP> 47.4 <SEP> 0.5 <SEP> 44.1 <SEP> 4.0 <SEP> 0.2 <SEP> 1,2 <SEP> 0.0
<tb>
<tb> Bo <SEP> Déchets <SEP> d'asbeste
<tb>
<tb> (serpentine <SEP> dans <SEP> la
<tb>
<tb> plupart <SEP> des <SEP> cas). <SEP> 1.0 <SEP> 38.0 <SEP> 3800 <SEP> 1,5 <SEP> 800 <SEP> - <SEP> 13.5
<tb>
<tb>
<tb> Mélange <SEP> de <SEP> 55% <SEP> de <SEP> A <SEP> et
<tb>
<tb> 45% <SEP> de <SEP> B <SEP> (calculé <SEP> sur <SEP>
<tb>
<tb> la <SEP> base <SEP> de <SEP> produits
<tb>
<tb> cuits <SEP> à <SEP> mort).
<SEP> 28.7 <SEP> 18.8 <SEP> 4407 <SEP> 3.1 <SEP> 4.0 <SEP> 0.7
<tb>
On obtient comme produit de la réaction de 55 parties de scorie (essentiellement du métasilicate de calcium) et 45 parties da déchets d'as- beste in situ une composition à bas point de fusion qui sur la base de ces constituants principaux seuls, contient 31,1% chaux, 20,4% magnésie et 48,5% silice, proportions très voisines de celles de 1-'eutectique 1359 qui pré- sente la composition 29,7%, 20,3% et 50,0% respectivement.
La présence des oxydes inférieurs produira la fusion à une température légèrement plus basse, cependant ils ne sont pas présents en quantité suffisante pour affecter d'u- ne manière appréciable la composition du produit final lorsque par exemple 5,5 parties de scorie et 4,5 parties de déchets d'asbeste sous forme de con- stituants à moins 100 mesh sont mélangés avec 90 parties de dolomie cuite à grains relativement gros. Une agglomération excellente en résulte lorsque ces substances sont cuites ensemble. La dolomie crue peut également être employée comme la matière granuleuse réfractaire.
D'autres silicates magnésiens tels que l'olivine, le talc, la forsterite et l'enstatite peuvent être substitués aux déchets d'asbeste.
Lorsqu'on les emploie avec du métasilicate de calcium en proportions substan- tiellement égales, on produit des compositions à bas point de fusion.
Exemple 16.
Si on le désire, au lieu de former in situ l'eutectique de 1321 en employant les mêmes matières premières, il est nécessaire d'ajouter éga- lement un peu de silice et, ainsi que le calcul l'a montré, l'emploi de 58 parties de scorie, 20 parties de déchets d'asbeste et 22 parties de silice
<Desc/Clms Page number 13>
donne un produit contenant les trois constituants principaux dans la propor- tion de 30,5% chaux, 8,7% magnésie et 60,8% silice, ce qui est assez-près pour tous les buts pratiques, de la composition de l'eutectique, avec 31,5, 8,0 et 61,5 respectivemento Le mélange général peut alors consister en 5,8 parties de scories, 2,8 déchets d'asbeste et 2,2 de silice tous broyés à 100 mesh ou plus finement et 90 parties de dolomie cuite à grains relativement gros.
L'agglomération développée par la cuisson est tout aus- si bonne que celle de l'exemple 15.
Le même eutectique est également bien formé in situ par l'emploi de 40 parties de scorie, 42 parties de silice et 18 parties de dolomie, tous sous forme de fines qui par la réaction produiront du liquide contenant les trois oxydes principaux dans les proportions de 30,4% chaux, 8,0% magné- sie et 61,6% de silice,illustrant de nouveau combien il est facile de pro- portionner des matières premières appropriées de manière à produire substan- tiellement une composition eutectique, Exemple 17.
De bons résultats sont également obtenus lorsque la dolomie fine de l'exemple 16 est supprimée et qu'on emploie les mêmes proportions de sco- rie fine et de silice. Ces deux constituants commencent alors à réagir entr' eux et avec la dolomie à gros grains à 1321 C ou en-dessous et continuant à réagir jusqu'à ce qu'ils aient absorbé assez de chaux et de magnésie pour atteindre de nouveau la composition eutectique. Tout comme dans les exemples 12 et 14, on réussit à former in situ un eutectique, parce que la composition du réactif initial est dirigée à travers une région de composition à bas point de fusion par réaction avec les surfaces des particules granuleuses réfractaires elles-mêmes.
Exemple 18.
La formation in situ de liquide se fait aussi bien dans un sys- tème binaire tel que celui constitué par la chaux et la silice, quoique ces exemples soient d'ordinaire d'un intérêt commercial moindre. Par exemple, la chaux cuite à gros grains mélangée avec la silice fine et avec assez de chaux à grains fins pour donner par chauffage un liquide de la composition eutectique 1438 ayant 36% de chaux et 64% de silice, réagit pour former le liant pour la chaux à grains plus gros.
Exemple 19.
La réaction et la formation in situ de liquide sont d'intérêt au moins égal dans le champ magnésie-alumine-silice où il est possible d'uti- liser la méthode décrite dans le but d'agglomérer la magnésie à l'état de grainso Par exemple, une matière de dammage peut être obtenue pour les fonds permanents de fours Martin à acier en combinant avec la magnésie à grains un mélange de 42 parties de serpentine fine et 58 parties d'argile en bou- lets ayant les compositions suivantes-. g
EMI13.1
CaO Ugo- S'02 Al20] Fe Alc L. 0. 1.
A. Serpentine l00 41.5 4105 0.5 l2 - 14.3 Bo Argile en boulets 0.5 0.2 6209 28.1 1.0 200 503
EMI13.2
<tb> (essentiellement <SEP> du <SEP> silicate <SEP> d'alumine).
<tb>
<tb>
<tb>
Mélange <SEP> de <SEP> 42% <SEP> A <SEP> et
<tb>
<tb> 58% <SEP> B <SEP> (calculés <SEP> sur
<tb>
<tb>
<tb> la <SEP> base <SEP> de <SEP> produits
<tb>
EMI13.3
cuits à mort) 003 19a3 5903 1801 1.2 7 03 - Dans ce mélange la magnésie, la silice et l'alumine sont pré-
EMI13.4
sents dans les proportions 20, 0, 613 et 18,7 contre 20,3, 61,, et 1,3 respectivement pour l'eutectique 1347 qui est peut-être la composition la plus favorable dans le système.
Si les constituants crus ne peuvent pas
<Desc/Clms Page number 14>
être facilement équilibrés au pourcentage requis de silice, on peut ajouter d'un côté un peu de silice libre ou bien on peut employer d'un autre côté des argiles moins silicieuses. On dispose comme matière à gros grains (en- viron moins 10 plus 20 mesh) des grains cuits à mort de brucite obtenue des rochers près de Wakefiels, Québec, et 80 parties de.ces substances sont combinées avec 20 parties du mélange plastique serpentine-argile et sont dammées pour former le fond du four. Si on le désire, on peut également ajouter une petite proportion de silicate sodique ou autre liant chimique approprié, mais avec une bonne argile liante cela n'est pas essentiel.
Par séchage il se développe une résistance considérable et par la cuisson l'eutectique 1347 est d'abord formé in situ, et il réagit ensuite avec la magnésie des grains pour former un mélange très réfractaire de périclase, forsterite et de spinel d'aluminate de magnésium., Exemple 20
Il existe un autre eutectique désirable dans le système magnésie- alumine-silice qui fond à 1362 C et qui renferme 25%, 21% et 54% respecti- vement de ces trois oxydes.
Il peut se former in situ d'une manière similai- re à celle de la formation de l'eutectique 1347 de l'exemple 19, en combinant des parties à peu près égales d'olivine fine et de kaolin avec de la magnésie en grains provenant de l'eau de mer, ou autre matière de composition simi- laire broyée à grains de grosseur appropriée (toujours des grains relative- ment gros). Cependant, lorsque l'eutectique 1347 est formé et que celui-ci réagit ensuite avec la magnésie, une proportion considérable de l'eutecti- que 1362 est toujours produite et c'est pour cela que ce dernier constitue rarement l'objectif principal.
Il est clair d'une étude du diagramme d'équilibre de phases magnésie-alumine-silice que les liquides désirables à bas point de fusion peuvent être formés in situ par la réaction d'autres matières premières que celles des exemples 19 et 20. On peut remplacer la serpentine contenant de la magnésie de l'exemple 19 par de la forsterite, enstatite ou du talc, et l'argile en boulets contenant de l'alumine, par des argiles calcinés ou grog de briques. Substantiellement, des proportions égales de chaque type de silicate produiront encore les compositions utiles à bas point de fu- sion et des réglages finaux peuvent être faits si on le désire par l'ad- dition de magnésie, de silice ou de matières alumineuses en proportions appropriées.
Il est à noter que dans les exemples 15 à 20 les matières pre- mières pour le silicate non-réfractaire doivent être si fines qu'elles réa- gissent entr'elles d'une manière pratiquement indépendante de l'agrégat à gros grains.
Exemple 21.
Afin d'obtenir des renseignements, on a réalisé une série d'es- sais de laboratoire sur de la silice moins 100 mesh et sur de la dolomite cuite à mort à broyage direct dans lesquels dans des essais successifs, les proportions de dolomie et de la silice ont été maintenues constantes mais une fraction de dolomie à gros grains a été supprimée; l'étendue en surface a été par conséquent grandement augmentée.
Les résultats suivants furent obtenus :
<Desc/Clms Page number 15>
EMI15.1
<tb> Essai <SEP> N .... <SEP> 1 <SEP> 2 <SEP> 3 <SEP> 4 <SEP> 5
<tb>
<tb>
<tb> Dolomie <SEP> ....... <SEP> -3/8" <SEP> -3 <SEP> M <SEP> -4 <SEP> M <SEP> -8 <SEP> M <SEP> -20 <SEP> M
<tb>
<tb>
<tb>
<tb> (9.42mm)
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb> Sufaces <SEP> Relatives
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb> 84% <SEP> Dolomie <SEP> 736 <SEP> 953 <SEP> 1300 <SEP> 2156 <SEP> 4080
<tb>
<tb>
<tb>
<tb> 16% <SEP> Silice <SEP> 2480 <SEP> 2480 <SEP> '2480 <SEP> 2480 <SEP> 2480
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb> Pourcentage <SEP> de
<tb>
<tb>
<tb> silice <SEP> au <SEP> point
<tb>
<tb>
<tb> initial <SEP> de <SEP> la
<tb>
<tb>
<tb> réaction <SEP> (=%
<tb>
<tb>
<tb>
<tb> total <SEP> surface)
<SEP> 77.1 <SEP> 72.2 <SEP> 65.6 <SEP> 53 <SEP> 05 <SEP> 37.8
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb> Observations <SEP> très <SEP> bonne <SEP> très <SEP> bonne <SEP> Cohésion <SEP> Cohésion <SEP> Tient <SEP> en-
<tb>
<tb>
<tb>
<tb> lors <SEP> de <SEP> la <SEP> cuis- <SEP> cohésion <SEP> cohésion <SEP> modérée,
<SEP> modérée <SEP> semble
<tb>
<tb>
<tb> son <SEP> à <SEP> 1400 C <SEP> et <SEP> et <SEP> vitri- <SEP> vitrifica- <SEP> vitrifica- <SEP> pas <SEP> aussi <SEP> mais <SEP> fa-
<tb>
<tb>
<tb> refroidissement <SEP> fication <SEP> tion <SEP> moins <SEP> tion <SEP> mode- <SEP> bonne <SEP> que <SEP> cilement
<tb>
<tb>
<tb>
<tb> à <SEP> la <SEP> température <SEP> sévère <SEP> sévère <SEP> que <SEP> rée <SEP> relati- <SEP> le <SEP> n 3 <SEP> friable.
<tb>
<tb>
<tb> ambiante <SEP> très <SEP> po- <SEP> le <SEP> n 1 <SEP> po- <SEP> vement <SEP> non <SEP> mais <SEP> meil-
<tb>
<tb>
<tb>
<tb> reuxo <SEP> reuxo <SEP> poreux,
<SEP> leure <SEP> que
<tb>
<tb>
<tb> le <SEP> n <SEP> 5 <SEP>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb> Observations <SEP> très <SEP> bonne <SEP> très <SEP> bonne <SEP> très <SEP> bon- <SEP> aussi <SEP> friable
<tb>
<tb>
<tb>
<tb> lors <SEP> de <SEP> la <SEP> cohésion <SEP> cohésion, <SEP> ne <SEP> cohé- <SEP> bonne <SEP> co- <SEP> -mais <SEP> moins
<tb>
<tb>
<tb> cuisson <SEP> à <SEP> vitrifica- <SEP> vitrifica- <SEP> sion <SEP> modé- <SEP> hésion <SEP> qu'à <SEP> 1400
<tb>
<tb>
<tb>
<tb> 1500 G <SEP> et <SEP> re- <SEP> tion <SEP> sévère <SEP> tion <SEP> sé- <SEP> rée <SEP> à <SEP> sé- <SEP> vitrifi- <SEP> des <SEP> grains
<tb>
<tb>
<tb> froidissement <SEP> vère <SEP> vère <SEP> cation <SEP> lé- <SEP> peuvent <SEP> ê-
<tb>
<tb>
<tb> à <SEP> la <SEP> tempéra- <SEP> gère <SEP> tre <SEP> enlevés
<tb>
<tb>
<tb>
<tb> ture <SEP> ambiante <SEP> par <SEP>
frotte-
<tb>
<tb>
<tb> ment.
<tb>
Ainsi que le diagramme de l'équilibre des phases chaux-magné- sie-silice le montre, les deux premiers de ces produits étaient'excellents, parce que les compositions initiales traversaient une région à point de fusion bas, le troisième et le quatrième étaient satisfaisants parce qu'ils étaient près des compositions eutectiques à 1321 et 1359 C respectivement,, et le cinquième était un échec parce qu'il avait tant de dolomie fine qu'il y a- vait formation de trop peu de liquide, une température de 16500C étant requi- se pour la fusion complète des réactifs initiauxo Exemple 220
Dans une autre série d'essais de laboratoire on a formé sept mélanges, dans ehacun desquels on a employé 7,4% de silice à moins 100 mesh avec des combinaisons de dolomie cuite a moins 3 plus 8 mesh et moins 100 mesh,
les deux derniers constituants s'étendant respectivement du 0 à 92,6% et de 92,6 à 0. Les conditions de l'expérience et les résultats obtenus sont donnés dans le tableau qui suit :
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EMI16.1
<tb> Essai <SEP> N oooo <SEP> 1 <SEP> 2 <SEP> 3 <SEP> 4 <SEP> 5 <SEP> 6 <SEP> 7
<tb> Pourcentage
<tb>
EMI16.2
-3+8m dolomie 0.0 ô7a5 76.9 8603 87-17 9035 92.6
EMI16.3
<tb> Pourcentage
<tb>
<tb>
<tb> dolomie
<tb>
<tb>
<tb> - <SEP> 100 <SEP> mesh <SEP> 92.6 <SEP> 25.1 <SEP> 15,7 <SEP> 603 <SEP> 5043 <SEP> 2025 <SEP> 0.0
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb> Pourcentage
<tb>
<tb>
<tb>
<tb> silice
<tb>
EMI16.4
- 100 mesh 7 04 ? 04. 7 a4 7 a4 7 04 7 0. '7 04
EMI16.5
<tb> Surfaces <SEP> relatives.
<tb>
<tb>
Dolomie <SEP> -3+8
<tb>
<tb>
<tb> mesh <SEP> 0 <SEP> 130 <SEP> 148 <SEP> 166 <SEP> 167 <SEP> 173 <SEP> 178
<tb>
<tb> Dolomie <SEP> -100
<tb>
<tb>
<tb> mesh <SEP> 14350 <SEP> 3890 <SEP> 2433 <SEP> 976 <SEP> 842 <SEP> 349 <SEP> 0
<tb>
<tb> Silice <SEP> -100
<tb>
<tb>
<tb> mesh <SEP> 1147 <SEP> 1147 <SEP> 1147 <SEP> 1147 <SEP> 1147 <SEP> 1147 <SEP> 1147
<tb>
<tb>
<tb> Pourcentage
<tb> silice <SEP> au
<tb>
<tb>
<tb> point <SEP> initial <SEP> de <SEP> la
<tb>
<tb> réaction <SEP> (=
<tb>
<tb>
<tb> au <SEP> pourcen-
<tb>
<tb> tage <SEP> de <SEP> la
<tb> surface <SEP> to-
<tb>
EMI16.6
tale)
7.4 2202 30.8 50.1 53az 6807 8606
EMI16.7
<tb> Observation <SEP> de <SEP> argile <SEP> Cohésion <SEP> Cohé- <SEP> Bonne <SEP> Encore <SEP> Bon- <SEP> Meil-
<tb>
<tb>
<tb> la <SEP> cuisson <SEP> à <SEP> molle <SEP> faible <SEP> sion <SEP> cohé- <SEP> bonne <SEP> ne <SEP> leure
<tb>
<tb> 1400 C <SEP> et <SEP> re- <SEP> séchée <SEP> insuf- <SEP> sion <SEP> cohé- <SEP> cohé- <SEP> cohé-
<tb>
<tb> froidissement <SEP> fisante <SEP> sion <SEP> sion <SEP> sion
<tb>
<tb>
<tb> à <SEP> la <SEP> tempéra- <SEP> de
<tb>
<tb>
<tb> ture <SEP> ambiante <SEP> toutes
<tb>
Les résultats des trois premiers essais étaient très mauvais, parce que les proportions et dimensions des grains étaient telles que tout liquide à bas point de fusion était éliminé substantiellement aussi rapide- ment qu'il s'était formé,
par réaction avec de la dolomie fine ayant une surface beaucoup plus grande que celle de la silice. Tous'les résultats mon- trent les mauvais résultats qui sont obtenus lorsqu'on ne tient pas compte des enseignements de 1-'invention. Les essais 4 et 5 réussirent tous deux par- ce que la silice dans les silicates non réfractaires formés en premier lieu était comprise entre 50,1% et 53,2% et qu'en conséquence, ces silicates non réfractaires étaient complètement fondus bien au-dessous de 1400 Co N 6 et 7 étaient agglomérés au moins aussi bien quoique les températures de liqué- faction complète des silicates primaires étaient d'environ 1650 et 1710 C respectivement, car après que le liquide initial s'est formé à 1321 C, les deux solides restants (silice et dolomie)
continuèrent à entrer en solution jusqu'à ce que la quantité de silice-fût épuisée (à une température de 1400 la masse de fusion comprend environ 62,5% de .silice), et après quoi l'ab- sorption de la dolomie continua à traverser les régions de compositions à bas point de fusion des eutectiques 1321 et 1359 jusqu'à une teneur en silice d'environ 48% et en ce point la solidification complète eut lieu à 1400 C A une température de 1500 C employée dans un essai parallèle, l'élimination du liquide ne.se fit que jusqu'à ce que la teneur en silice fût réduite à environ 42%.Ces exemples correspondent par conséquent à l'exemple 12.
Il est à observer que l'essai 7 a été décrit comme ayant la meilleure.cohésion de toutes; à cause cependant de sa faible teneur en fi- nes, le produit final était très poreux. Les essais 4 et 5 avaient la meil- leure densité. On a réussi à obtenir ample preuve de l'action sélective de
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la silice avec la chaux de préférence à la magnésie;
si cette dernière avait réagi en proportion complète de la quantité présente, beaucoup moins de li- quides eutectiques auraient été formés et l'agglomération à 14000 aurait été moins satisfaisanteo
Les exemples ci-dessus des conditions qui mènent ou qui ne mè- nent pas à l'agglomération satisfaisante de grains de matière réfractaire ainsi que la discussion des principes en jeu indiquera aux techniciens de la partie comment faire pour obtenir le meilleur résultat.
Les limites de l'invention cependant ne doivent pas être indiquées d'une manière plus préci- seo
Les particules granuleuses ou discrètes de matière réfractaire sont celles normalement employées dans la pratique industrielle de la fa- brication de briques,, de garnissage de fours à acier, etc., les limites des dimensions étant depuis un produit dont tout traversera substantiellement 8 mesh jusqu'à un produit dans lequel les particules les plus grandes ont des dimensions de 0,75 à 1,0'r (19,05- 25,40 m/m).Du côté de grains .plus gros, il n'y a pas de limite spécifique au-delà de laquelle la méthode est inapplicable, mais du côté des grains fins la limite pratique est l'em- ploi de matières granuleuses dont au moins 50% seront retenus sur un tamis de 20 mesh.
Ces matières granuleuses doivent contenir un ou plusieurs alqa- lino terreux réactifs, dont les principaux sont la chaux et la magnésie. De celles-ci, la chaux est la plus basique et elle sera par conséquent l'oxyde réactif lorsqu'elle est employée seule, ou bien comme dans le cas de la do- lomie et de la magnésie cuite à mort de Québec., il y a au moins 10% en poids de chaux présente et au moins 6% de chaux en excès par rapport à celle qui est nécessaire pour se combiner avec toute la silice sous forme d'ortho- silicate calcique. Substantiellement toute la magnésie est.alors présente sous forme de périclase inerteo Lorsque de la chaux en quantité appréciable est présente, l'alumine est indésirable, car elle forme.des composés à bas point de fusion qui ne sont pas éliminés par réaction avec une quantité additionnel- le.
Dans la plupart des magnésies. commerciales il y a plus de 80% de magnésie, un peu d'alumine et moins de 5% en poids de chaux, et c'est la magnésie qui forme alors l'oxyde basique réactif. Par réaction avec la sili- ce et l'alumine éventuellement présente dans le silicate non réfractaire, ces matières sont transformées en orthosilicate de magnésium et aluminate de magnésium réfractaires et doivent par conséquent être présentes dans le mélange final dans un rapport de poids au moins substantiellement égal à 1,34 fois celui de la silice et 0,40 fois celui de l'alumine.Lorsqu'on emploie une plus faible proportion de magnésie (ou bien d'une manière analo- gue une plus grande proportion de silice), une partie de la magnésie, lors de l'équilibre final,
sera présente sous forme de cordierite qui est du silicate de magnésium et aluminium non-réfractaire (2 MgO.2A12O3.5SiO2) plutôt que sous forme d'orthosilicate réfractaire constitué par la forste- rite (2 MgO.SiO2) Pour la meilleure application de....l'invention lorsque la magnésie est l'oxyde réactif, 10% ou plus de magnésie libre dans les grains sont nécessaireso
La préparation d'un silicate non-réfractaire en prévoyant une matière de départ appropriée sous forme réactive a déjà été discutée.
Une forme réactive appropriée peut être obtenue par un broyage fin et mélange des réactifs initiaux afin de produire une grande surface de contact entr'eux, soit des constituants solides eux-mêmes, soit entre le liquide initial et les particules plus fines, comme par exemple dans le cas de silice fine en contact avec de la dolomie cuite à mort à gros grains seulement. La dite préparation peut être réaliséé sans un broyage extrêmement'fin par trans- formation en boulets, par briquetage ou par une méthode améliorant d'une autre manière le contact entre les constituants de la matière première des silicates non-réfractaires,, de sorte que la réaction entre ces constituants a lieu presque indépendamment d'autres solides présents, qu'il soient à
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grains gros ou fins.
L'expression "silicates non-réfractaires" s'applique aux eutec- tiques, et plus spécialement aux eutectiques ternaires, et comprend égale- ment quelques composés à bas point de fusion tel que la diopside (CaO.MgO.
2Si02) et akermanite (2 CaO.MgO.2Sio2), mais non la monticellite (CaO.MgO.
Si02), qui a une teneur trop basse en silice pour être efficace. Les eu- tectiques les plus utiles sont ceux qui fondent endéans les limites 1300-1400 C, mais ainsi.que les diagrammes d'équilibre des phases le montrent, il y a des limites' considérables de composition entre lesquelles une forte, proportion de liquide se forme à températures basses et l'invention comprend toutes ces limites ternaires dans lesquelles le silicate non-réfractaire est sub- stantiellement entièrement fondu à 15000C ainsi que les limites binaires correspondantes dans lesquelles des quantités substantielles de liquide sont formées à 1550 C Exprimés en termes de la teneur en silice,
les limites de la composition des silicates non-réfractaires de l'invention comprend toutes celles dans lesquelles la matière de départ prise globalement con- tient au moins 42% de silice sur la base d'une cuisson à mort ou sans perte de poids. En d'autres mots, la surface totale de tous les oxydes non volatils dans les grains du mélange global de grains et de matière silicieuse n'est pas plus que 2,4 fois la surface de la silice libre et combinée dans le mé- lange .
La matière granuleuse qui doit être agglomérée contient souvent un peu de silice combinée., Normalement, elle ne sera pas présente dans les grains gros en proportion suffisante pour affecter d'une manière appréciable la surface de la silice libre et combinée, mais comme dans le cas de la ma- gnésie calcareuse de Québec elle peut même fournir la plus grande partie de la silice dans le mélange final; il est alors essentiel de l'inclure lorsqu'on fait le calcul de la composition du produit final.
La matière de départ pour les silicates non-réfractaires com- prend les portions proprement dites des mélanges complets qui par réaction entrent dans les silicates non-réfractaires. Quand les étendues en surface et les dimensions des.grains sont contrôlées de manière à provoquer la fu- sion des fines presque indépendamment du réfractaire à gros grains, ces fractions fines constituent substantiellement toute la matière de départ, mais lorsqu'on se fie aux surfaces mêmes du réfractaire en grains pour former les silicates à bas point de fusion par réaction avec la silice ou avec les silicates introduits sous forme dé fraction fine, les grains sous ce rapport sont également de vraies matières de départ et doivent être in- terprêtés ici comme 1-'étant.
Il sera cependant évident que même dans ce dernier cas le réfractaire granuleux se trouve présent en grand excès, et seulement les parties de ce réfractaire qui deviennent un constituant des silicates non-réfractaires contenant au moins 42% de silice, constituent la matière de départ proprement dite pour ces silicates.
La présente invention comprend les mélanges de matières réfrac- taires granuleuses et de matière' de départ pour' silicates non-réfractaires qui lorsque la réaction est achevée, amènent l'élimination substantielle de liquides à bas point de fusiono Etant donnée la composition des réac- tifs, le calcul de la proportion minimum de réfractaire granuleux nécessaire est relativement simple, mais dans la pratique ordinaire la proportion em- ployée est beaucoup plus grande que ce minimum.
A titre d'exemples pour la fabrication de briques contenant 10-20% de chaux, il peut être désirable d'équilibrer la chaux et la silice précisément au silicate bicalcique, tandis que dans l'application de dolomie comme matière de garnissage on n'emploie qu'assez de silice pour bien agglomérer la masse, puisque l'in- troduction d'une grande quantité de silice dans les fours à acier basi- ques doit être évitée.
La-silice forme alors le silicate tricalcique avec une partie de la chaux, et toute la magnésie et la plus grande partie de la chaux sont 'laissées libres.Avec un excès de magnésie mais sans chaux, tou- te la siliçe- réagit pour 'former de la forsterite (2 MgO.Sio2) et toute l'a- lumine réagit pour former du spinel (MgO.A12O3). beaucoup'de la magnésie restant encore usuellement sous forme de périclaseo
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