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"Perfectionnements apportés aux produits réfractaires moulés sous pression et µ leur procédé de fabrication"
La présente .invention est relative aux produits réfracA taires moulés et-cuits, ainsi qu'à leur procédé de fabrication, l'objet de l'invention étant la fabrication de produits réftac- taires caractérises par une très faible porosité, une texture essentiellement uniforme, une absence de soufflures et défaits analogues et une forme bien venue, en particulier de briquet et corps façonnée, sous la formé de "gros" produits réfractai- res industriels ayant les propriétés énumérées ci-dessus, qu'il s'agisse de produits acides, tels que ceux en silicatés d'alumine et en silicate de zircone neutres,
tels que ceux . base d'alumine ou de chromite; ou basiques, tels que ceux- à
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base de magnésite et dolomite, et de mélanges de magnésite et de chromite.
La plupart des produits réfractaires industriels sont ex- posés non seulement aux contraintes thermiques, mais aussi à l'action corrosive et érosive de laitiers liquides et de com- posés corrosifs à l'état de vapeur, à des températures élevées.
Il s'ensuit que la porosité et la perméabilité se trouvent par- mi les propriétés physiques les plus importantes des produits réfractaires. Une grande partie des efforts des technologues sont consacrés à la réduction de la grandeur de ces paramètres.
L'application de températures de cuisson, très élevées aux pro- duits réfractaires classiques, dans le but de favoriser le frittage, se heurte à des limites, parce que la porosité réelle est généralement encore relativement élevée lorsque le produit réfractaire commence à se déformer sous son propre poids,
Les produits réfractaires coulés sont coûteux, tant en raison de la consommation de puissance élevée nécessaire que parce qu'ila nécessitent un grand nombre-de moules, dans les- quels les blocs doivent demeurer pendant, un temps appréciable.
De plus, ces produits ont une tendance marquée a. présenter d'importantes cavités, soufflures et retassures, et il est difficile, voire parfois impossible, de 'réaliser une distribu- tion anisotrope, désirable dans les produits réfractaires cou- rente*$ en raison du comportement, consistant en une cristalli- sation, des constituants lors du refroidissement. Outre qu'un ' prend nombre de ces réfractaires possèdent une masse-mère ou ma- trice ayant un point de fusion relativement bas, et qui eut sujette à une exsudation à des températures opératoires éle- vées, les réfractaires coulés sont extrêmement sensibles aux variations de température.
Pour cette raison, ils sont utilisés
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principalement en grandes dimensions dans les fours à bassin Jeu verreries, où l'on tire le meilleur parti de leur résis- tance aux attaques chimiques dans les conditions de contraintes thermiques relativement uniformes.
La technique consistant à exercer une pression à des températures élevées a été appliquée à de très petits objets' en Minières réfractaires spéciales, telles que les carbures, nitrures et borures; toutefois, le mode opératoire 'considéré - qui consiste à mouler sous pression la matière froide, finement divisa, pendant 10 à 60 minutes, dans un moule en graphite, chauffé par induction ou par résistance, la pression étant li- mitée en raison du caractère du moule - est trop lent et trop onéreux que pour être appliqué aux gros produits réfractaires.
Suivant la présente invention, un procédé pour la fabrica- tion d'un produit réfractaire ou 4 feu comprend les disposi- tions qui consistent: à mélanger et à mouler sous pression la matièra réfractaire pour former un corps façonné voulu; à chauffer le corps façonné à une température comprise dans la gamme ou la texture de ce corps manifeste une thermoplastici- té ou une mobilité, sans que ledit corps se déforme sous son propre poids; et à soumettre le corps façonné chauffé à un re- moulege sous pression, suivi d'un refroidissement final de ce corps.
La pression'de remoulage est en raison inverse de la tem- pérature à laquelle le corps façonné a été chauffé; toutefois, d'une manière générale, cette pression ne doit pas être supé- rieure à celle appliquée lors du moulage initial, voire, peut être, dans la plupart des cas, inférieure à cette pression. On a donc la possibilité d'employer un équipement de moulage sous pression dont la construction fondamentale et la puissance re-
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quise sont analogues à celles de l'équipement classique.
Etant donné que la pression appliquée lors du moulage initial du corps façonné "à vert" peut être exercée de façon à amener ce corps, prélablement à la cuisson, au faible degré de porosité habituel des réfractaires de haute qualité, le mou- lage sous pression à chaud de ce corps à I'état pyroplastique - lorsque ce corps est à une température telle qu'il ne se dé- forme pas, tout juste, sous son propre poids - est opéré sur une matière qui présente déjà en substance une répartition granulométrique uniforme et une faible porosité, et la pres- sion relativement modérée, qui est alors appliquée, réduit les dimensions et le nombre des pores et, de plus, ceux-ci se pré- sentent désormais pour la plupart à l'état fermé.
Il s'ensuit que la porosité apparente peut se révéler égale à zéro ou très voisine de celui-ci, alors que la porosité réelle peut être in- férieure à 5 % et provenir pour une large pert de pores dis- continus. En d'autres termes, on réalise une condensation, d'un degré très élevé, soit, de 95 %, ou plus, ce qui constitue une grande amélioration, même vis-à-vis de la porosité apparente de 6 % à 8 % et de la porosité réelle de 8 % à 10 %, que l'on rencontre dans certains types de produits réfractaires indus- triels qui représentent le progrès le plus marqué.
Contrairement à ce qui se passe, notamment, pour les pro- duits réfractaires coulés, il ne se produit pas de soufflures ni do cavités dans la texture, et l'agrégat granulaire se discerne clairement dans la matrice, sur la cassure. En appli- quant la procédure classique à l'état "à vert", on peu,;
obtenir que ,le grain et la matrice présentent n'importe quelles com- positions chimique et minéraloGique, respectivement, en. vue de contrôler le degré de cristallinité et d'exercer une influence
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favorable sur dès propr#éa aussi importantes que la s..4ièl- lité à. l'ébràchèment. les dimensions des aorpa *4 vort'i doivent autorlier à la fois le retrait.au feu et la compression à chaud, la tolérance en ce qui concerne cette dernière propriété pouvant généralement
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se limiter à une seule dimension, savoir, la "profondeur*' du corps façonné, duns le moule de remoulage sous pression.
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Le chauffage à la température de remoulage sous prestsiba peut:3tr effectua en un heul staâè\ Jans un four-tunnel de très faible hauteur, las corps façonnés étant placés en une saule couche ou -assise, de façon que chacun d'eux ne supporte
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que son propre poids, et fur Cha.L1'; lorsqu'ils sont oblonis, les corpà façonnés atant ensuite retiras à la température voulue (voir ci-dessous), rapidement 9emouléa sous pression, et rame- nés à un four, de préférence le m3e, où la teupérature est¯ abaissée progressivement, en vue du refroidi8secnt des corps façonnes.
Ainsi, In température à laquelle les corps façonnés sont ra...1enéa après le remoulage sous pression peut être tinté- rieure de 200 90,ou plus, à la température de remoulage souk ,pression...
A titre do 1,riante, les corps façonnas "à vert" peuvent
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8tre aOUhis à une cuisson préalable, à une température pouvant produire une consolidation, sans vitrification, soit, de 900 90 à 1100 009 conptà tenu du réfrautaire con,id6r6, dans un tour classique, dans lequel ces corps peuvent ttre empilés en plusieurs assises. ensuite, après refroidissenent ou, éventuel- lement, alors qu'ils sont encore chauds, on transfère les corps façonnés vers un 'four-tunnel très bas, la température d'entrée . étant de 800 C environ.
On peut utiliser à cet effet un four
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de faible-lon,ueùrt dans le but de porter les corps façonnés
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aux températures de remoulage sous pression, après quoi on en- lève les corps façonnés, les moule rapidement sous pression et les ramène, en vue du refroidissement, au-four de faible Ion- sueur, ou à une unité distincte de refroidissement progressif, -chauffée per les gaz de combustion du four de longueur réduite.
La température de remoulage sous pression'dépend de la ma- tière réfractaire considérée et de la pureté des matières pre- mières utilisées; par exemple: pour les silicates d'alumine - 1.400 C à 1.550 C; pour la magnésite - 1.450 C à 1.600 C @ et pour la magnésite/chrome - 1.550 C à 1.650 *ce
Le remoulage sous pression à chaud peut être effectué dans une presse hydraulique de grande puissance, telle qu'utilisée pour le moulage sous pression "à vert", mais dont le moule est modifié en ce sens que ses côtés verticaux s'ouvrent et se ferment simultanément (à l'aide d'un vérinhydraulique, par exemple)
et qu'ils sont garnis de plaques de matière réfractai- re compatible avec colle des corps façonnés. Il est nécessaire de préchauffer l'intérieur du moule, afin d'éviter le refroi- dissement de la surface du corps façonné au contact du moule jusqu'au-dessous de la limite de température inférieure de plasticité thermique. Ce chauffage, à une.température qui ne doit pas être supérieure à celle du corps façonné à mouler sous pression, et qui sera généralement quelque peu inférieure à celle-ci, peut être effectué par dos moyens tels qu'un jet de combustible, un chalumeau à plasma ou à l'aide de résistances incorporées.
La garniture réfractaire du moule doit avoir une résistance à l'écrasement à chaud supérieure à la valeur de la pression, soit, entre 3.000 et 6.000 lbs par pouce carré, qui doit être appliquée au corps façonné chaud. Le nitrure de si- licium, le nitrure de silicium lié par le carbura; de silicium,
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et le carbure de silicium recristallisé sont des matières appropriées pour la garniture du moule. En faisant en aorte que les plaques de garniture du moule présentent des lames verticales, on réduit l'effet des variations de température et les contraintes de cisaillement et d'abrasion. Le pression est évidement appliquée dans un sens normal aux plaques.
La mise on oeuvre de l'invention sera exposée ci-après) en se reportant aux exemples suivants, Exemple I.
Cet exemple concerne la production, suivant l'invention de blocs de silicate d'alumine destinés aux régions particu- librement exposées d'un garnissage de haut fourneau, où une marche intense du four fait en sorte que les blocs sont exposés aux fortes attaques par les alcalis en phase vapeur, de sorte qu'une résistance élevée à la pénétration de vapeurs alcalines acquiert une grande importance.
La charge, qui était d'une granulométrie classique (grosseur maximum 4 mm) et renfermait 90 % de chamotte et 10 % d'argile agglomérante de morne composition, présentait l'analyse sui- vante (% en poids)
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<tb> SiO2 <SEP> 51,82
<tb>
<tb> A12O3 <SEP> 43,53
<tb>
<tb> Fe2O3 <SEP> 1,60
<tb>
<tb> TiO2 <SEP> 1,12
<tb> CaO <SEP> 0,22
<tb>
<tb> MgO <SEP> 0,24
<tb>
<tb>
<tb> Na2O/K2O <SEP> 1,25
<tb>
La charge a été comprimée sous une pression de 5 tonnes par pouce carré, pour former des blocs normaux de 13,5 x
6/5,5 x 3 pouces, pour hauts fourneaux. Après un séchage
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normal, les blocs ont été chauffés à une température de 1520 C, suivant un régime normal de four-tunnel.
A cette température, on a retiré la matière du four et l'a remoulée sous pression, par des moyens hydrauliques, dans un moule, comme décrit ci-dessus, en appliquant une pression de 2 tonnes par pouce carré. Ces opérations rapides n'ont donné lieu qu'à une faible perte de chaleur. Après compression, on a ramené les blocs à un four maintenu à 1300 C environ, en vue du re- froidissement .
La matière ainsi obtenue a présenté une porosité apparente de 0,2 %, qui pouvait à peine être mesurée exactement, et une porosité réelle de 3,8 %. Sa densité volumique est passée de la valeur habituelle de 2,42 à une valeur de 2,62.
Exemple II.
Le présent exemple se rapporte à la production de briques multiples moulées sous pression à chaud. La trique multiple peut être constituée en mélangeant l'alumine et la silice dans un rapport propre à donner 3A12O3. 2SiO2 ou un mélange do bau- xite et d'argile, propre à donner le même rapport, le mélange étant comprimé ou pastillé, et cuit à une température suffisam- ment élevée pour favoriser la réaction de transformation en mullite. La chamotte ainsi obtenue peut être ensuite broyée et classée par calibres, de façon à produire la granulométrie re- quise comprenant des particules grosses, moyennes et fines, après quoi on en forme une charge consistant en 92 % de mullite et 8 % d'argile agglutinante de haute plasticité, en poids.
Ci-après l'analyse de la charge (% en poids),
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<tb> A12O3 <SEP> 72,5
<tb>
<tb> SiO2 <SEP> 23,0
<tb>
<tb> Fe2O3 <SEP> 1,0
<tb>
<tb> TiO2 <SEP> 1,5
<tb>
<tb> CaO <SEP> 0,1
<tb> MgO <SEP> 0,1
<tb>
<tb> Na2O/K2O <SEP> 1,5
<tb>
Partant de cette charge, on a moulé des briques de .
9 x 4,5 x 3 pouces, sous une pression de 5 tonnes par pouce carré. Aprés séchage,on a chauffé les briques à 1580 C, suivant un régime normalde ,four-tunnel. A cette température, on a re- tiré les briques du four et remoulé celles-ci sous une pression par des moyens hydrauliques en exerçant une pression de 2 tonnes par pouce carré, comme décrit ci-deseus. Après ce moulage seus pression, on a ramené les briques à un four maintenu à environ 1450 C, en vue de leur récuisson et leur refroidissement. Les briques ainsi obtenues avaient une porosité apparente de 3 % et une porosité réelle de 5 %, la densité volumique étant passée de la valeur courante de 2,65 à la valeur de 2,89.
Exemple III.
Cet exemple,se rapporte à la production de briques de magnésite moulées à chaud à partir d'une charge constituée ar la magnésite commerciale classée par calibres, renfermant 2 % 'de lessive sultitique en tant que liant temporaire, et de l'eau.
Ci-après l'analyse de la charge (% en poids)!
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<tb> MgO <SEP> 90,3
<tb>
<tb> SiO2 <SEP> 1,5
<tb>
<tb> A12O3 <SEP> 0, <SEP> 5 <SEP>
<tb>
<tb> Fe2O3 <SEP> 5,5
<tb>
<tb> ' <SEP> TiO2 <SEP> 0,1
<tb>
<tb> ' <SEP> CaO <SEP> 2,0
<tb>
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Des briques de 9 x 4,5 x 3 pouces ont été moulées à partir de cette charge, sous une pression de 5 tonnes par pouce carré.. comme décrit plus haut, Après séchage, les briques ont été chauffées à 1,600 00, conformément à un régime normal de four- -tunnel.
A cette température, on a retirée les briques du four et transféré celles-ci aussi rapidement que possible à la presse en vue de leur remoulage sous une pression de 3,5 tonnes par pouce carré, comme décrit ci-dessus. Après le moulage sous pression, chaque brique a été ramcnée à un four maintenu à 1500 00, en vue de la recuisson et du refroidissement.
Les briques ainsi obtenues avaient une porosité apparente de 3,2% et une porosité réelle de 4,5 %, la densité volumique étant passée de la valeur courante de 2,84 à la valeur de 3,40.
Exemple IV. , cet exemple est relatif à la product.ion de briques moulées sous pression à chaud à partir d'un mélange de dolomite et de magnésite, où la dolomite constitue la majeure partie de la fraction à gros grain de la charge tandis que la magnésite forme le reste, le goudron étant utilisé'pour produire une agglutination "à vert" . Ci-après l'analyse de la charge (% en poids):
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<tb> MgO <SEP> 66,26
<tb>
<tb>
<tb> CaO <SEP> 28,73
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb> SiO2 <SEP> 0,68
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb> A12O3 <SEP> 0,42
<tb>
<tb>
<tb>
<tb> Fe2O3 <SEP> 1,39
<tb>
La charge a été transformée, par moulage, en briques de 9 x 4,5 x 3 pouces, sous une pression de. 5 tonnes par pouce carré.
Après avoir été cuites conformément à un ranime normal de four-tunnel, à une température de 1589 C, les briques ont
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été retirées du four et remoulées sous une pression de 3 tonnes par pouce carré, comme décrit ci-dessus, puis introduites dans un tour à 1450 C, en vue de la recuisson et du refroidissement.
La porosité apparente des briques ainsi obtenues était de 2,5 % et la porosité réelle de 5 %. La densité volumique est passée de la valeur courante de 2,82 à la valeur de 3,28.
Grâce à la présente invention., on peut produire des corps réfractaires façonnés de grandes ou de petites dimensions, qu'il s'agisse de simples briques ou tuiles, ou bien, de blocs plus ou moins compliqués, ces corps ayant une densité analogue à celle obtenue par coulée, mais sans les défauts de structure; tels que soufflures et cavités, qui proviennent de la coulée, et cela d'une manière beaucoup plus économique que par ce dernier procédé. De plus, l'invention permet de contrôler la répartition des constituants dans la texture, ainsi que les propriétés physiques générales, et permet d'atteindre une grande précision des dimensions et de la forme.
REVENDICATIONS
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MM!aNEmmstHtz:s<tt:mN[tsatmMa[<f3att3.Ea=stN]a ,le- Procédé pour fabriquer des produits réfractaires mou- lés sous pression et cuits, caractérisé par les dispositions qui consistent : à mélanger et à mouler sous pression la matière réfractaire, pour t'ormer un corps façonné voulu; à chauffer le corps façonné à une température comprise dans la gan-me où la
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texture de ce corps manifeste une thermoplasticité ou une mobilité,, sans que ledit corps se déforme sous son propre poids; et à soumettre le corps façonné chauffé à un reiioulage sous pression, suivi du refroidissement final de ce corps.