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La présente invention est 'relative aux articles ré- fractaires tels que ceux qui sont utilisés dans la voûte de l'avant-foyer ou l'avant creuset des appareils pour l'é- tirage du verre à vitres, et elle vise aussi des composi- tions pour la fabrication d'articles réfractaires.
Dans la fabrication du verre à vitrespar des opéra- tions d'étirage, une barre ou bloc d'interception ou d'arrêt est monté sur l'avant-creuset de l'appareil d'étirage.
Une partie de la voûte comporte deux blocs en L, c'est-à- dire des blocs allongés qui, en section verticale, sont, sensiblement en forme de L. Les blocs en L sont montés de telle manière que' la branche horizontale de chacun d'eux s'étende vers la feuille de verre étirée. Dans l'appareil d'étirage habituel, une .barre d'étirage est immergée dans le verre en fusion de la manière connue.
Jusqu'ici, pour commencer le fonctionnement, d'un appareil d'étirage du verre, on chauffait le four d'étirage ou avant-creuset avec le verre en fusion fourni par le four de verrerie à bassin associé, mais le bloc d'arrêt, les blocs en L et la barre d'étirage n'étaient pas dans leurs positions convenables dans le four d'étirage. En raison des composi- tions réfractaires de la barre d'étirage, du bloc d'intercep- tion et des blocs en L, il est nécessaire de les préparer à partid d'objets moulés secs dans un four de cuisson voisin de l'appareil d'étirage. On maintenait ensuite les articles ou objets dans le four à la température de travail du four d'étirage du verre.
On les enlevait ensuite du four de cuisson et, sans refroidissement appréciable, on les fixait en place dans le four d'étirage quand ce dernier avait at- teint sa température de travail. Le verre en fusion qui se
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trouvait alors dans le four d'étirage avait formé dans le four de verreirie à bassin associé au four d'étirage et s'é- coulait dans ce dernier. Cette opération était nécessaire pour éviter des craquelures importantes dues au choc thermi- que qui peut se produire si ces articles sont en place lors- que l'appareil d'étirage est amené à la température de tra- vail. La composition réfractaire des blocs en L était diffé- rente de la composition utilisée pour la barre d'arrêt et la barre d'étirage.
Lorsqu'on chauffait l'appareil d'étirage, la partie du sommet de l'avant-creuset qui, pendant l'opéra- tion, est occupée par les blocs en L et l'espace existant entre eux étaient recouverts par des plaques-couvercles ré- fractaires. La suite d'opérations précitée pour le démarra- ge d'un appareil d'étirage nécessite un temps considérable., pour la mise en place des blocs en L, de la barre d'étira- ge et du bloc d'arrêt chauds avant que l'opération d'étira'. ge puisse être amorcée.
Le choc .thermique subi par les.com- positions réfractaires des blocs en L utilisés jusqu'ici avait pour résultat de les briser ou de les faire éclater en menus morceaux dans une mesure indésirable, même si on : les déplaçait d'un four de cuisson chaud jusqu'au four d'é- tirage et si-on les mettait en place aussi rapidement que possible.
Les compositions réfractairos utilisées jusqu'ici. pour la fabrication des blocs en L pour un appareil d'étira- ge comprenaient unmélange de 38% dn poids d'argile- réfrac- taire plastique (dont' les particules avaient une dimension comprise entre 2,10 mm et la dimension des fines), de 22% en' poids d'une argile réfractaire cuite '(dont les particules avaient une dimension comprise entre il,,76 mm et la dimension des fines), de 20% d'une matière réfractaire cuite broy6e (d'une grosseur comprise entre 2,10 mm et la dimension des
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fines),
cette dernière matière étant préparée à partir de sable et d'argile cuite liés par une argile réfractaire plas- tique de 4% en poids de sable liant (dont les particules ont une dimension comprise entre 0,30 ùù et celle des fines) et de 16% en poids de sable d'agate (d'une dimension comprise entre. 0,149 mm et celle des fines). On utilisait cette com- position pour préparer les blocs en L par le procédé habitu- el de la boue épaisse. Dans ce procédé, on dame la boue épaisse dans le moule ayant la forme voulue.
On enlève le moule de l'objet moulé. On laisse sécher ce dernier à la manière habituelle et on le place dans un four de cuisson dans lequel il est porté très graduellement et uniformément à la température de cuisson, puis on le maintient à la tempé- rature de 1'avant-creuset ou four d'étirage jusqu'à ce qu'il doive être mis en place pour former une partie de la voûte du four d'étirage.
La présente invention a pour objet : - des compositions réfractaires qui peuvent être uti. lisées pour fabriquer des articles réfractaires ayant une résistance améliorée aux craquelures et à l'éclatement lors- qu'ils sont soumis à un choc thermique.; -.ides compositions réfractaires pour la fabrication de blocs en L pour appareils d'étirage du verre à vitres,. ces blocs pouvant être placés à la température ambiante dans l'appareil d'étirage, avant que celui-ci ait- été ameczé à la température de travail ;
- des blocs en L pour appareils d'étirage du verré à vitres, ces blocs pouvant être emmagasinés à la températu- re ambiante au lieu de l'être dans un four de cuisson, puis âtre mis en place dans le four d'étirage avant le chauf .-fage d'un avant-creuset pour verre à vitres lors du démar- rage de l'appareil d'étirage.
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La demanderesse a constaté que l'on pouvait préparer des articles réfractaires, tels que des blocs en L et des plaques-couvercles pour un appareil d'étirage du verre à vitres, ces articles ayant une résistance améliorée aux . craquelures ou à l'éclatement lorsqu'ils sont soumis à un choc thermique, en utilisant une composition qui comprend environ de 15 à 45% d'une argle plastique, environ de 10 à 65% d'un: argile cuite et environ de 20 à 70% d'une matière réfractaire qui a un coefficient de dilatation sensiblement uniforme jusqu'à une température de 1315 C au moins et moins de 0,4% de dilatation à la suite d'une élévation de tempé- rature depuis la température ambiante jusqu'à 1093 C environ, comme c'est le cas de la silice fondue.
Ces pourcentages sont donnés en poids du total de matières solides sèches de la composition. Lorsqu'on utilise cette composition pour fabri- quer des articles réfractaires par le procédé habituel de la boue épaisse, cette composition comprend environ de 28 à 45% en poids d'une argile plastique, environ de 10 à 52% en poids d'une argile cuite et environ de 20 à 70% en poids de la matière réfractaire. Lorsqu'on utilise la composition pour la fabrication d'articles réfractaires par le procédé habituel de coulée de la boue liquide, la composition com- prend environ de 15 à 45% en poids d'une argile plastique, environ de 10 à 65% en poids d'argile cuite et environ de
20 à 70% en poids de la matière réfractaire.
Dans les compositions précitées objet de l'invention, il est préférable que le rapport- de l'argile cuite ou calci- née à la matière réfractaire soit inférieur à 2. Par exemple les argiles cuites ou calcinées sont le silex calciné qui est une argile réfractaire cuite, le kaolin cuit, l'argile réfractaire cuite et l'argile figuline cuite. L'argile plas- tique des compositions objet de la présente invention peut être l'une quelconque des argiles qui sont bien connues pour
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avoir une plasticité suffisante pour servir comme agents de liaison pour la préparation de matières réfractaires.
Dans l'utilisation de ces composi.tions pour la fabrication d'objets réfractaires, on utilise les compositions avec de l'eau pour les techniques de la boue épaisse ou de la coulée de la boue liquide., four les deux[procédés, la quantité d'eau utilisée est comprise entre environ 10%1 et 21% en poids, sur la base du poids des matières solides totales. La quantité d'eau entre ces limites dépend de la technique utilisée ain- si que des caractéristiques et de la quantité de l'argile plastique qui sert d'agent liant. De plus, on peut utiliser des mélanges d'argiles plastiques pour obtenir le pourcenta- ge indiqua d'argile plastique et, de même, on peut utiliser des mélanges d'argiles cuites pour réaliser le pourcentage précité.
L'argile plastique de la composition utilisé,e dans le procédé de coulée de. la boue liquide est une argile, tel- le que le kaolin et l'argile figuline, qui est défloculée par un électrolyte ajouté à la composition avec de l'eau.
Un utilise des électrolytes habituels, à raison d'environ 0,1 à 0,25% en poids (sur la base au total des matières solide s ) . Un exemple d'un électrolyte est un mélange d'envi- ron 80% en poids de silicate de sodium et d'environ 20% en poids de soude caustique.
Dans les comppsitions précitées objet de la présente invention, l'argile.plastique [1 une diemnsion maximum de particule telle que la quasi totalité de ladite argile pas- se à travers un tamis dont les ouvertures ont 4,76 mm de diamètre. de préférence, la totalité de 1'argile plastique du mélange de matières solides passe à travers un tamis ay- ant des ouvertures de 2,1U mm. L'argile calcinée ou cuite et la silice fondue doivent également avoir des particules de petite dimension.
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L'invention sera facilement comprise par tout homme de l'art à la lecture de la description qui va suivre et à l'examen du dessin annexé sur lequel : - la figure 1 est une vue en plan par dessus d'un bl.oc en L préféré pour un appareil d'étirage de verre à vi- tres, bloc qui est fabriqué à partir de la composition réfrat -taire objet de la présente invention ; - la figure 2 est une coupe verticale par 2-2 de la figure 1 et montre un revêtement réfractaire d'une composi- tion différente sur ceux des côtés du bloc en L qui sont exposés aux fumées dans un four d'étirage.
Le bloc en L désigné dans son ensemble par la et ayant la composition réfractaire de la présente invention comporte des revêtements ou enduits 11, 12 et 13 sur les surfaces 15, 16 et 17 respectivement. Les revêtements sont faits d'une composition-réfractaire différente, comme il est décrit. On remarquera que le revêtement 13 dans l'exemple donné à titre d'illustration ne couvre qu'une partie infé- rieure de la surface 17 parce que la partie supérieure de cette surface n'est pas exposée aux fumées dans un four d'étirage. Les revêtements 11, 12 et 13 sont relativement minces, par exemple de 19,ù5 mm environ.
Ce qui suit est unexemple donné à titre-d'illustra- tion de la préparation du bloc en L des figures 1 et 2 à partir de l'une des compositions préférées objet de la prsel -te invention, en utilisant le procédé de 'la 'boue épaisse.
Un pr'pare Lui mélange de 33 1/3 % en poids di argile réfrac- taire (dont lesparticules ont une dimension, comprise entre 2,10 mm et celle des fines) de 33 1/3% en poids de silex cal ciné (dont les particules ont une dimension comprise entre 4,76 mm et celle des fines) et de 33 1/3% en poids de sili- ce fondue (dont les particules ont une dimension comprise
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entre 2, la mm et celle des fines). L'argile plastique est l'argile "MOuroe County Fire Clay" qui est une argile réfrac- taire obtenue daim l'état de monroe County, Missouri (Etats- Unis d'amérique).
Le silex calciné est connu sous le nom de "Calcined Flint Penssylvansi" La silice fondue telle qu'elle est disponible dans le commerce est sous la forme de mottes et on la place dans un broyeur classificateur pour obtenir une matière ayant la dimension de particules spéci- fiée ci-dessus. On mélange ensuite ce mélange avec 13% en poids d'eau, sur la base du poids des matières solides to- tales.
On dame dans un moule la. boue épaisse ainsi obtenue, pour former le bloc en L, et on lisse la surface supérieure du mélange damé.-On démonte le moule pmur enlever l'objet formé résultant. On laisse sécher ce dernier légèrement, après quoi on lisse toutes les surfaces du corps façonné.
On maintient ensuite ce dernier recouvert pendant 90 jours environ de toiles d'emballage, qui ont été mouillées, jus- qu'à ce qu'il soit sec. On place l'objet séché dans un four de cuisson qui est à la températureambiante. On amène ce four lentement et uniformément à une température d'enviro 1176 C et l'horaire de cuisson est tel que ce résultat est obtenu en environ 15 à 20 jours. L'objet suit est alors prêt à.8tre mis en place dans l'appareil d'étirage. Ceci peut se faire pendant que le bloc en L est encore chaud.
Dans une variante, on peut maintenir le bloc en L dans le four et laisser.refroidir graduellement ce dernier pendant un laps de temps de 7. à lU jours jusqu'à la température am- biante. Le bloc en L à la température ambiante peut être mis en place dans l'avant-creuset de l'appareil d'étirage lorsqu'on construit le four d'étirage ou l'avant-creuset.
Comme on le voit sur la figure2, plusieursdes .sur-
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faces du bloc, en L préféré ayant la composition réfractaire telle que spécifiée ci-dessus sont. revôtues d'une composi- tion réfractaire différence qui réaliste à l'attaque par des. fumées au-dessus du verre dans le .Pour d'étirage. En l'b- sence d'un tel revêtement réfractaire, certaines des surfa- ces du bloc en L ayant la compositiojn objet de la présente invention, de même que la composition utilisée jusqu'ici, seraient attaquées par les fumées et formeraient desproduits qui tomberaient goutte à goutte du bloc en L dans le verre en fusion, en souillant ainsi ce dernier.
La matière du re- vêtement réfractaire est de préférence une composition com- prenant de l'argile plastique, de la cyanite calcinée, de l'argile calcinée, connue le silex calciné, et uue matière réfractaire calcinée broyée contenant du sable et de l'ar-' aile calcinée liée par de l'argile plastique réfractaire. la cyanite calcinée donne la résistance à la corrosion à la composition réfractaire et on l'utilise en quantités appré- ciables telles que 50% environ en poids du mélange, et ses, particules ont une grosseur comprise entre 3,36 mm et la dimension des fines.
L'argile plastique est de préférence l'argile réfractaire "MOnroe County lire Clay" (de dimension comprise entre 2,38 mm et la dimension des fines), et, lorsqu'on utilise cette argile plastique, il est nécessai- re d'utiliser le procédé à la boue épaisse pour former le revêtement. Le silex calciné est utilisé à raison de 10% en poids. Le Quatrième ingrédient, qui est la matière réfractai= re cuite broyée, est utilisé, dans la composition préférée de revêtement, à raison de 5% en poids et sa dimension est '' comprise entre 5,70 mm et celle des fines. La composition précédente a été utilisée avec succès dans le procédé à la boueépaisse avec environ 17% en poids d'eau.
La quantité d'en est basée sur le poids des matières solides totales. L'avan- tage de l'utilisation de ce type de composition réfractaire
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contenant de la cyanite calcinée conjointement avec les com- positions objet de l'invention pour le procédé à la boue épaisse est que les surfaces appropriées du moule peuvent être d'abord pourvues, par le procédé à la boue épaisse, d'un revêtement relativement mince de cette composition ré- fractaire contenant de la cyanite calcinée, avant le damage dans le moule de la composition objet de l'invention sous forme de boue épaisse.
Ce qui suit est l'analyse au tamis,de la composition réfractaire utilisée avec de l'eau dans le procédé à la boue épaisse de l'exemple ci-dessus donné à titre d'illus- tration pour la préparation d'objets réfractaires tels que des blocs en L par le procédé à la boue épaisse.
. Refus avec un tamis à mailles de :
EMI9.1
4,76 rmn ............... 0, 3,fJ 3,3b mm............... z 2,38mm .............. 5,6% 2,00 mtn .. o o ....... o ... au 1,41 mm ............. ". 6,0 0,65'mm ...........' ...'.16,0% 0,30mm .............. 10,?% 0,149 mm ......... 7,5% 0,74 mm ......... 4,7% Passant au tamis à mailles de :
EMI9.2
0,074 mm .............. 37,9%
EMI9.3
Des analyses au tamis d'une argile réfractaire'ap- , propriée, d'un silex calciné et d'une silice fondue pour l'utilisation donnée dans l'exemple à titre d'illustration sont lessuivantes :
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EMI10.1
<tb> Argile <SEP> Silex <SEP> Silice
<tb>
<tb> réfractaire <SEP> calciné <SEP> fondue
<tb>
Refus avec un tamis à maillesde :
EMI10.2
<tb> 4,76 <SEP> mm- <SEP> 8,3%
<tb>
<tb>
<tb> 3,36 <SEP> mm <SEP> 19.9%
<tb>
<tb>
<tb> 2,38mm <SEP> - <SEP> 16,0% <SEP> -
<tb>
EMI10.3
2$00 mm - 13, o;%D
EMI10.4
<tb> 1,41 <SEP> mm <SEP> 0,25% <SEP> 10,0% <SEP> 1,3%
<tb>
<tb> 0, <SEP> 65 <SEP> mm <SEP> 0,36% <SEP> 16,5% <SEP> 30,3%
<tb>
EMI10.5
0,30 mm 0,20% 8,0flo zz,5ô
EMI10.6
<tb> 0,148 <SEP> mm <SEP> 0,23% <SEP> 4,3% <SEP> le,2%
<tb>
EMI10.7
0,074 mm 0, 4-1% z, 5 10,% Passant au tamis à mailles de :
EMI10.8
0,.074. mm 9,47J 1,5% 17,6% L'analyse chimique du mélange précédent d'un tiers de chacun de ces composés, avant addition d'eau, est typique. ment la suivante :
EMI10.9
3i02 ............................6$,25% A1203 .......................... 25,35% Fe 2 03 .... 0.................... 0,36%
EMI10.10
<tb> TiO2 <SEP> ........................... <SEP> 1,50%
<tb>
<tb> CaO <SEP> ............................ <SEP> 0,23%
<tb> MgO <SEP> ... <SEP> 0,22
<tb>
<tb> Oxyde <SEP> alcalin <SEP> .................. <SEP> 0,64%
<tb>
<tb> Perte <SEP> à <SEP> la <SEP> combustion <SEP> 3,29%
<tb>
Ce qui suit indique les propriétés de l'objet ré- fractaire de l'exemple donné à titre d'illustration :
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EMI11.1
<tb> Module <SEP> de <SEP> rupture, <SEP> avant <SEP> cuisson,
<tb>
EMI11.2
à la température ambiante, Kg/cm2 00.......... 11,45 Cône pyrométrique G .......................... 29+
EMI11.3
<tb> 1718+
<tb>
<tb> Porosité, <SEP> % <SEP> .......
<tb>
EMI11.4
Cône zoo ..e...ea.s...s.ea.oe..ae.s...e. 24e6 cène 4 ...............-.-..'....-.'..... 23,7 Retrait à la cuisson %
EMI11.5
Cône 08 O...Ô.....58eoeo............... 0,1 Cane 4..............o......e.......... 0,7 Module de rupture, après cuisson, au cône indiqué, à la température ambiante, kg/cm2
EMI11.6
C6ne 08 ............................... 28,05 cène 4' ................................ 39,65
On peut fabriquer les blocs en L objet de la pré- sente invention par utilisation du procédé coulé de la boue liquide utilisant les pourcentages appropriés des ingrédients spécifiés ci-dessus.
Il est préférable de s'assurer que la composition de revêtement peut aussi être coulée par ce
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procédé et, pour une telle opération, la coinposition-réfraJ- taire contenant de la cyanite calcinée utilise une argile plastique, telle que le kaolin ou l'argile figuline qui peut être défloculée par un -électrolyte, à la pla.ce de l'ar- gile réfractaire.
On a soumis à l'essai, dans des conditions de choc thermique, des blocs en L pour appareil d'étirage et des blocs réfractaires préparés par le procédé à la boue épaisse comme on l'a décrit ci-dessus et en utilisant la composi- tion réfractaire objet de l'invention. On a constaté qu'ils étaient satisfaisants, c'est-à-dire exempts de craquelures et d'éclatement dans les conditions d'utilisation. On a pla- cé les blocs en L dans un appareil d'étirage pendant qu'ils étaient tous deux à la température ambiante. Un a amené l'ap -pareil d'étirage à la température de travail et on a trans- féré le bloc d'obturation et la barre d'étirage chauds d'un four de cuisson au four d'étirage où on lesa mis en place.
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Pour insérer la barre d'étirage, il a été nécessaire dé déplacer momentanément l'un des blocs en pais de la rame- ner à sa position convenable. Dans chaque cas, l'apareil d'étirage a fonctionné de manière satisfaisante sans les craquelures et éclatements obtenus jusqu'ici avec les blocs réfractaires en L ayant la composition de la technique anté- rieure mentionnée ci-dessus. Les craquelures et éclatements des blocs en L antérieurs se produisaient dans une certaine mesure même lorsque ces blocs en L étaient maintenus à une température élevée dans le four de cuisson jusqu'à ce que' l'appareil d'étirage ait été amené à la température de tra- vail, les blocs étant mis en place ensuite dans ledit appa- .. reil.
Dans,.une' cuve de recherche de corrosion du verre, il était de pratique courant de recouvrir le trou de remplis- sage en forme de niche-avec une brique. Lorsque la brique de couverture était une brique en argile réfractaire ordinal- re pour service rigoureux, il était nécessaire de.la rempla- cer après quelques heures d'utilisation. Le bloc de couver- ture était soumis à un fort choc thermique dans cette cuve de corrosion parce que la brique d'argile réfractaire. était enlevée toutes les demi-heures pour l'addition de matière au four.
Quand le bloc de couverture était en place, il était soumis à la température du four d'un côté et à la températu- re ambiante de l'autre* Cette utilisation constitue un es- sai satisfaisant en ce ai concerne la résistance aux cra- quelures et à l'éclatement d'un objet réfractaire. Une bri- que faite avec la commostion réfractaire de l'exemple don- né à titre d'illustration par le procédé à la boue épaisse a été utilisée comme bloc de couverture. On l'a utilisée de manière satisfaisante pondant 22 semaines. On ne l'a en- levée qu'en raison @e sa corrosion par les; fumées du four.
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Cette brique se comportait aussi bien qu'une brique réfrac-. taire fabriquée par le procédé à la boue épaisse en utili- sant une composition constituée par 85% de silice fondue et 15% d'argile plastique et montre que l'utilisation de l'ar- gile calcinée en combinaison avec la silice fondue liée par une argile plastique peut donner un produit ayant une résis- tance tout à fait satisfaisante aux craquelures et à l'écla- tement. Le rapport de l'argile calcinée à la silice fondue dans les compositions ne doit pas être trop élevée et de préférence doit être inférieur à 2. Ces compositions objet de l'invention sont plus réfractaires que celles qui sont faites avec une teneur en silice fondue hautement supérieure.
On obtient une amélioration similaire dans d'autres objets réfractaires, tels que des plaques de couverture pour des fours d'étirage, quand on utilise les compositions objet de la présente invention pour fabriquer les objets réfractaires.
Il ressort de ce qui précède que les objets réfrac- taires cuits ou calcinés fabriqués à partir des compositions objet de la présente invention contiennent environ de 20 à 70% de silice fondue et environ de 80 à 30% d'argile cal- cinée parce que l'argile plastique utilisée pour lier le mélange d'argile calcinée et de silice:fondue est trausfor- mée en argile calcinée pendant la cuisson de l'objet séché obtenu par le procédé à la boue épaisse ou par le procédé de coulée à la boue liquide. Demême , bien entendu, la compo- sition de l'exemple donné à titre d'ilustration procure un objet réfractaire après cuisson, c'est-à-dire après calcina- tion, formé d'un tiers d'argile réfractaire calcinée, d'un tiers de silex calciné et d'un tiers de silice fondue.
La silice fondue a été indiquée comme étant l'un des ingrédients dans l'exemple donné à titre d'illustration
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de même que dans la description des compositions présentant des limites variées des ingrédients de l'invention. La silice fondue a la composition SiO2 à l'état amorphe ou non cristal- lin. D'autres matières réfractaires, qui ont aussi un coef- ficient de dilatation sensiblement uniforme jusqu'à une température d'au moins 1315 C environ et moins de 0,4% de dilatation produite par l'élévation de température depuis la température ambiante jusqu'à 1093 C, peuvent être uti- lisées dans les limites spécifiées pour la silice fondue et avec les a utres ingrédients dont les limites sont spéci- fiées ci-dessus.
Des exemples de telles matières sont la
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cordiéritè (silice-alumÍtle-magnésie, comprenant essentielle- . ment 2I4Ig02A12fl35Si02) et la silice-alumine-lithine (Li2O9 A1203,8Si02).: .
REVENDICATIONS.- l.- Composition.pour la préparation dtobjet réfrac- taires, comprenant un mélange de matières solides, ledit mélange comprenant essentiellement environ 15 à 45% en poids d'une argile plastique, environ 10 à 65% en poids d'une argi- le calcinée et environ de 20 à 70% en-poids d'une matière réfractaire ayant un coefficient de dilatation sensiblement uniforme jusqu'à une température d'au moins 1315 C et moins de 0,4% de dilatation résultant d'une augmentationde tempéra- ture depuis la température ambiante jusqu'à 1093"C.