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PERFECTIONNEMENTS AUX MATERIAUX REFRACTAIRES
La présente invention conceme des matériaux réfractaires, notam- ment des éléments cohérents en matières réfractaires d'une nouvelle compo- sition, pouvant être utilisés avantageusement sous- forme de briques dans la construction de fours à bassin pour la fabrication du verre. L'invention con- cerne également un procédé de fabrication de ces éléments cohérents.
Une des conditions importantes auxquelles doivent satisfaire les briques réfractaires servant à la construction de fours à bassin employés pour la fabrication du verre réside en ce qu'elles doivent résister aux atta- ques corrodantes du verre en fusion et du mélange de matières premières ser- vant à la fabrication de celui-ci et qui sont contenues dans le bassin pendant le processus de l'élaboration du verreo De plus, il est très souhaitable que ces briques présentent une faible porosité, afin de réduire au minimum la désintégration des briques due à la pénétration d'agents corrosifs sous leur surfacea Une autre condition que doivent remplir les briques pour fours à bassin est de résister, sans déformation notable, aux températures élevées auxquelles elles sont soumises pendant l'élaboration du verre.
Ces briques réfractaires pour fours à bassin sont généralement établies en matériaux composés principalement' de silicates d'aluminium, tels que l'argile ou la silimanite ces briques étant formées en moulant les ma- tières premières à la forme voulue et en les soumettant ensuite à la cuis- son à une température telle que l'argile ou autre matière silico-alumineusë présente à l'origine, soit déshydratée et transformée principalement en mul- lite, c'est-à-dire une substance silico-alumineuse de la composition 3A10203 2SiO2, avec libération'de silice Les briques réfractaires ainsi pro duites consistent donc essentiellement en cristaux de mullite liés ¯par un ré- seau ou liant vitreux, la proportion de ce liant étant déterminée en partie par les quantités d'impuretés.
présentes initialement dans la matière première et en partie par la quantité de silice libre présente à l'état vitreux par suite de la cuisson des briques moulées. Le liant vitreux peut former en-
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viron 50% de la matière des briques ainsi établies, ou même une proportion plus élevée.
Aux températures élevées auxquelles les briques pour fours à bassin sont soumises pendant l'élaboration du verre dans le four, le liant vitreux des briques réfractaires établies de la manière décrite ci-dessus présente une viscosité suffisamment faible pour être susceptible de fluer et, partant, dans les proportions généralement appliquées, de provoquer la défor- mation des briques. En outre, le liant vitreux est plus facilement atta- qué par le verre fondu ou ses constituants que ne l'est le constituant des briques formé par la mullite cristalline.
Il est connu de fabriquer des briques pour fours à bassin, qui comportent une teneur plus élevée en mullite, et donc une moindre proportion de liant vitreux, que celles décrites ci-dessus cela par le procédé du moula- ge avec fusion, c'est-à-dire, en faisant fondre les matières premières, qui comprennent l'argile et l'alumine, dans un four électrique par exemple, et en moulant la matière ainsi fondue dans un moule. On a également proposé d'incorporer de la zircone (oxyde de zirconium) dans les briques à bassin silico-alumineuses fabriquées par moulage avec fusion.
On a également proposé d'utiliser des briques établies à partir d'un mélange de zircon (silicate de zirconium) et de zircone pour la construc- tion de fours utilisés pour la fusion de verres spéciaux à des températures très élevées, de l'ordre de 2000 C. Toutefois, de telles briques sont très poreuses et sont attaquées par les verres du type chaux-soude et d'autres ty- pes de verres courants.
L'invention a pour objet un élément homogène en matière réfractai- re d'une composition nouvelle, qui peut être fabriqué par un procédé thermi- que n'impliquant pas la fusion des matières premières et peut être obtenu sous la forme de briques convenant parfaitement à la construction de fours à bas- sin destinés à la fabrication du verreo
Suivant l'invention, un élément homogène en matière réfractaire consiste essentiellement en cristaux de mullite et de silicate de zirconium, et en un liant silicieux vitreux qui assure la cohésion entre ces cristaux, la proportion de liant vitreux étant inférieure à 20% du poids de Isolément, tandis que la proportion du silicate de zirconium se situe entre 40% et 85% du poids. de cet élément.
La mullite peut être avantageusement produite "in situ" en chauf- fant de l'argile ou autre matière silico-alumineuse convenable : ainsi, on peut obtenir une composition réfractaire selon l'invention en chauffant un mélange de zircon et d'argile à une température d'au moins 1500 C, mais au- dessous de la température de fusion du mélange.
Dans le procédé de fabrication préféré d'une composition réfrac- taire et suivant l'invention, on chauffe à une température d'au moins 1500 C, mais inférieure à la température de fusion du mélange, un mélange sensiblement homogène d'argile et de zircon, le zircon étant dans une proportion comprise entre environ 37% et 83% du poids du mélange.
Une faible proportion d'alumine peut être ajoutée à l'argile et au zircon dans le but de se combiner avec une partie de la silice libre for- mée à la suite de la décomposition de l'argile lors du chauffage, comme dé- crit dans la demande de brevet belge de même date intitulée "Matériaux ré- fractaires".
La proportion de mullite formée se trouve ainsi augmentée, et la proportion de liant vitreux réduite, de sorte que la rigidité aux hautes températures et la résistance à la corrosion du nouveau produit sont plus élevées que dans le cas de matériaux préparés à partir d'argile et de zir- con seulement:
Toutefois, l'incorporation de quantités relativement impor- tantes d'alumine dans le mélange initial tend à provoquer la décomposition du zircon., avec formation de zircone et de silice, lorsque le mélange est
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chauffé à des températures allant jusque 1550 C à 1600 C Par conséquent, afin de conserver le silicate de zirconium tel quel comme constituant dans le produit finale la proportion d'alumine dans le mélange initial soumis au chauffage ne doit pas dépasser 10% environ; de plus, lorsque de 1'alumi- ne est incorporée dans ce mélange, la température de chauffage doit être inférieure à 1550 C et de préférence ne doit pas dépasser notablement 1500 C Lorsqu'on emploie de l'alumine, celle-ci est de préférence sous forme cal- cinée.
Les éléments réfractaires conformes à l'invention peuvent être obtenus sous une forme sensiblement moins poreuse que les briques établies en zircon et zircone mentionnées plus. haut, vu que la mullite et le liant vitreux contenus dans le produit servent à lier les cristaux de silicate de zirconium, cependant que les cristaux de mullite croissent dans le liant vitreux et remplissent les interstices entre les cristaux de silicate de zirconium. Ainsi, l'augmentation de la proportion de mullite dans le liant par l'addition d'alumine au mélange initial permet d'obtenir un élément ré- fractaire essentiellement non poreux, relativement rigide et résistant à la corrosion aux températures élevées, telles que les températures de service d'un four à bassin de verrerie.
De préférence, la matière silico-alumineuse employée pour la fa- brication de compositions réfractaires conformes à l'invention est du kaolin sensiblement pur, qui contient une proportion plus élevée d'alumine et une proportion moins élevée de silice libre et d'autres impuretés minérales, et donc une proportion plus élevée du constituant essentiel représenté par le silicate d'aluminium A12032SiO22H20 que ce n'est le cas avec d'autres ma- tières à base d'argile, lequel kaolin fournit, après le traitement thermique un produit contenant une plus forte proportion de cristaux de mullite et une plus faible proportion de liant vitreux. De plus, le liant vitreux formé par la décomposition du kaolin est plus visqueux que celui formé par la décomposition d'autres argiles contenant une plus grande proportion d'im- puretés.
Donc, l'emploi du kaolin favorise l'obtention d'un produit offrant une bonne rigidité aux températures élevées.,
Le zircon employé doit être sous forme finement broyé, de préfé- rence consister entièrement en particules passant par un tamis ayant 200 mailles au pouce anglais ; de plus, il est avantageux qu'une proportion du zir- con, par exemple 10% du mélange totale soit sous forme de particules capa- bles de traverser un tamis ayant 320 mailles au pouce anglais.
Pour donner la forme voulue à l'élément cohérent suivant l'in- vention, on peut mouler le mélange de matière première à la forme voulue avant de le soumettre au chauffagee
Le procédé préféré pour fabriquer des éléments cohérents sui- vant l'invention, par exemple sous la forme de briques convenant à la construction,de fours à bassin pour verreries, comporte les opérations con- sistant à mélanger dans les proportions requises le zircon, le kaolin et, éventuellement, l'alumine calcinée, réduits en poudre avec de l'eau contenant une faible proportion d'un ou plusieurs agents de défloculation, tels que le silicate de sodium et le carbonate de sodium, à. produire un coulis, à monter ce coulis à la forme requise, à sécher, et à cuire à une température convenable,
au-dessus de 15000C. Pour former les briques, on peut employer avantageusement le procédé du moulage en coulis, en versant le coulis aqueux constitué par les matières premières dans un moule en plâtre et, après que l'extérieur de la brique ainsi moulée a séché, on détache le moule et on laisse la brique durcir complètement, après quoi on la cuit à la températu- re appropriée.
On décrira maintenant à titre d'exemple un procédé de fabrication de briques en une composition réfractaire suivant l'invention, pour la con-
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struction de'fours à bassin pour verreriesa
Dans ce procédé, on prépare un mélange de la composition suivan- te, les matières étant sous forme de poudre, les pourcentages étant en .
poids @
Zircon (-200 mailles/pouce anglais) 75%
Kaolin (89,2% A1203.2Si02) 25%
Cette matière est mélangée avec une quantité suffisante pour former un coulis épais, d'eau contenant également du silicate de sodium et du carbonate de sodium dans des proportions respectives de 0,4% et 0,1% du poids de l'argiles Le coulis est ensuite versé dans des moules appropriés en plâtre et, lorsque les surfaces extérieures des briques ainsi moulées ont durci, on détache les moules. On laisse ensuite les briques au repos à la température ambiante pendant un temps suffisant pour que l'intérieur des briques sèche complètement et durcisse.
On chauffe ensuite les bri- ques lentement dans un four à une température de 1550 C et on les main- tient à cette température pendant une durée allant jusque deux jours, la du- rée effective dépendant des dimensions des briques soumises à la cuisson.
Le produit final consiste en un matériau réfractaire cohérent de haute den- sité et de très faible porosité, lequel offre une résistance très élevée aux attaques du verre en fusion.
REVENDICATIONS.
1.- Elément cohérent en matière réfractaire, caractérisé en ce qu'il consiste essentiellement en cristaux de mullite et de silicate de zir- conium et en un liant siliceux vitreux qui assure la cohésion entre les cris- taux, la proportion du liant vitreux étant inférieure à 20% du poids de la brique, tandis que la proportion de silicate de zirconium se situe' entre 40% et 85% du poids de la brique.
2.- Procédé de fabrication d'un élément cohérent en matière ré- fractaire, caractérisé en ce qu'on chauffe un mélange d'argile et de zir- con à une température d'au moins 1500 C mais inférieure à la température de fusion du mélange.