CA1051930A - Produits refractaires isolants a porosite elevee et leur mode de preparation - Google Patents

Abstract

Produits réfractaires présentant une résistance remarquable aux chocs thermiques comportant 60 % du poids total de fibres de céramique, dispersées dans 40 % du poids total de ciment, obtenus par chauffage lent jusqu'à 800.degree.C après la prise et le démoulage. Une liaison chimique s'établit dans ces conditions entre la fibre et l'aluminate de calcium du ciment. Application à la construction de pièces restant en contact avec des métaux fondus réactifs.

Description

~1.93~ ~
La présente invention concerne des produits ré-frartaires iso-lants à porosité élavée, ainsi que lsur mode de préparation~
On sait que la mise en oeuvre d'apparsils de pompage, de purifi-cation, de manutention des métaux fondus corrosifs tels que l'aluminium est conditionnée par l'existence de matériaux supportant de façon prolongée la température élevée à laquelle sont ~aintenus ces métaux fondus st susceptibles de résister à des chocs thermiques répétés ainsi qu'à l'action corrosive de ces métaux.
On sait également que l'on a mis au point dss céramiques suscep-tibles de satis~aire aux conditions ci-dessus.
La théorie et l'expérience ont également montré que la résistance ;, au choc thermique d'un matériau réfractaire sst proportionnelle à l'sFfort de rupture S et qu'slle est inversement proportionnelle au produit du coefflcient ds dilatatlon par le module ds Young E. Donc, il faut, d'une part que ces matériaux présentent une résistancs à l'eFFort ds rupture S
élevée et, par conséquent, qu'ils présentent une cohésion de la matière j élevée, mais, par ailleurs, il faut qus ces matériaux présentent un ', module de Young E aussi bas que possible. Ces donnéss contradictoirss ont pu etre satisfaites en incorporant des fibrss réfractaires dans dss céramiques.
On sait que l'on a pu réaliser ainsi des produits réfractairss à structure dispersés préssntant un moduls de Young ds l'ordre ds 20.000 kg/cm2 dans lsquel l'efFort de rupture à la traction atteint 11 kg/cm2, J
la résistance à la compression est de 100 kg/cm2. On sait que de tels ~ produits présentent un coefficient de conductibilité thermiqus compris '1 entrs 0,2 et 0,4 Kcal~m/C/heure.

Il a paru cependant possible d'abaisser encore le coefficient de conduction thenmique ds ces produits tout en gardant à l'efFort de ~;, rupture S une valeur élevée~ sn constituant un matsriau intermédiaire entre ~¦ 30 la céramique et le béton, dans lequel la fibre céramique dispersee assure , .1 , ,, , . ., . . .. . , ,....................... , , : . ~ i:
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~ar sa présenes une cohésion isotrope insgal~e et dans lequel, une liaison chimique entre la fibre et le ciment est réalisée à chaud en présence de l'oxygène de l'air dans des conditions particulièr0ment simples.
L'objet de l'invention est donc un produit réfractaire isolant isotrope à porosité élevée présentant un coefficient ds conduction thermique de l'ordre de 0,1 Kcal/m/C/heure, un module de Young de l'ordre de 20.000 kg/cm2, uns résistance à la traction ds 12 kg/cm2 et uns résistance remarquable aux chocs thermiques, constitué de fibres réfractaires contenant un pourcentage de silice inférieur à 15 % dispersées dans une proportion au moins égale à 60 ~ du poids total du produit total dans ds l'aluminate ds calcium, caractérisé en ce que lesdites fibres réfractaires sont étroi-temsnt solidaires du cimsnt qui les snvironne.
On sait qus, si l'on arrivs ~ dispsrssr d~ manière isotrope una proportion él~vée de -fibres céramiquss dans un ciment, on obtient aprss la priss en bloc san6 autrss précautions, un solide préssntant une résistance à la compression très satisfaisante mais qu'il n'sst pas possible d'usinsrO
Si ce béton est séché progressivemsnt et porté lentsmsnt à tempé-rature de 300C après un palisr prolongé à 100C, la cohésion du produit augments de Facon très appréciable, le bloc psut être usiné, sa résistance à

la comprsssion demsure très satisfaLsanto ~ mais sa résistance à la traction est encore très faible et sa résistance ~ dss chocs thermiquss n'est pas encore satisPaisante. Si, par contrs, cs bloc est maintenant port~ trss progresslvement jusqu'à la température de ~00C, il sublt une transfor-mation chimiqus liant la fibre réfractaire à l'aluminate ds calcium du cimsnt en présence de l'oxygèns de l'air. Cstte trans-formation chimique est d'autre part facilitée par l'élimination totale ds l'sau sous toutss sss . . .
i formes par les palisrs prolongss à 100C st à 300C. LB bloc préssntant unitialernsnt une tsinte gris-clair a changé ds tsinte st il sst dsvsnu rosé.

La résistance à la traction par aillsurs dsvisnt ds l'ordrs de 12 kg/cm2, et la résistance aux chocs thsrmiquss est rsmarquabls.

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~05~930 La liaison étroite qui s'est établie probablement entre la silice de la fibre dispersée et la masss du prodult donns à l'ensemble du produit ré~ractaire les propriétés remarquables que possèdent les fibrss. Le prodùit obtenu présente une cohésion remarquable et résonne en présence d'un choc comme le -Ferait une masse de metal. La fibre adhère de fa~on étroite au ciment qui l'environne entraînant ce transfert des propriétés des fibres à
`~ l'ensemble de la masse réfractaire.
Un exemple de préparation d'un produit conforme à l'invention est décrit ci-dessous :
On introduit dans un mélangeur-broyeur de type connu :
10nO g de ciment Secar 250 Lafarge ~aluminate de calcium) , 1500 g de Pibres d'alumine contenant uns proportion inFérieure à 15 % de silice.
Après un m~lange de 15 minutes au cours duqusl les fibres d'alumine ont été cassées, réduites dans le mélangeur à une longueur moyenne de l'ordre du millimètre, l'sau sst ajoutés au produit. Celui-ci sst mis en moule et vibré qualques instants afin d'obtenir un contact étroit avec les parois du moule.

Lorsque la prise est amorcée, ce produit est démoulé et mis à
l'étuve. La températurs est slevée progrsssivement à raison de 10 par heure pour atteindre 100C, et après un palier de plusieurs heures, de 10 heures par exemple, la temparature est élevée avec la m~me psnts jusuq'à
300C. Après un deuxième palier prolongé, le produit est placé dans un four et amené en présence ds l'air de l'atmosphère à la température de ! ~00C toujours avæc la même pents.
Il y a lieu de noter que le produit ainsi obtenu dépend dans des limites étroites du procédé utilisé pour sa fabrication. Si l'étuvage du produit sorti du moule après sa prise, était conduit avec une montée rapide en température, l'eau du produit serait certes expulsé mais au détriment de l'homogénéité du produit. De même si la cuisson sst opérée à
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une température plus élevée, la réaction chimique entre la Fibre réfractaire et le ciment qui l'environne serait plus rapide et incomplète, la liaison entre les fibres et le ciment serait défectueuse, la qualité du produit serait altérée. De meme si l'étuvage est conduit avec une pente rapide et la cuisson est effectuée à une température plus élevée, le produit obtenu sera hétérogène et la liaison entre les fibres et le ciment sera imparfaite.
Enfin si la montée sn température est réalisée suivant le procédé ci-dessus mais que la température maximale atteinte est plus élevée, on aura effectué
à partir de B00C le chauffage d'un produit stable sans aucun avantage.
On peut sn conclure que le produit ci-dessus et le procédé d'obtention sont intimement liés. La revendication de procédé complèts la définition du produit telle qu'slle ressort de la revendication concernant le produit.

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Claims (2)

Les formes de réalisation de l'invention pour laquelle une propriété ou un privilège exclusif est revendiqué sont définies comme suit :

1/ Produit réfractaire isolant isotrope à porosité élevée présentant un coefficient de conduction thermique de l'ordre de 0,1 Kcal/m/°C/heure, un module de Young de l'ordre de 20.000 kg/cm2, une résistance à la traction de 12 kg/cm2 et une résistance remarquable aux chocs thermiques, constitué
de fibres réfractaires contenant un pourcentage de silice inférieure à 15 %
dispersées dans uns proportion au moins égale à 60 % du poids total du produit total dans de l'aluminate de calcium, caractérisé en ce que lesdites fibres réfractaires sont étroitement solidaires du ciment qui les environne.

2/ Procédé de préparation de produit réfractaire isolant isotrope à porosité
élevée, caractérisé en ce qu'il consiste à réaliser les opérations suivantes :
- dispersion à sec dans de l'aluminate de calcium de fibres céramiques contenant un pourcentage de silice inférieur à 15 %, le pourcentage de fibres céramiques par rapport au poids total du mélange sec étant au moins égal à 60 %, - formation du béton par addition d'eau et mise en moule, - sortie du moule après le début de prise, - séchage hors du moule à une température croissant de 10°C par heure avec un palier prolongé à 100°C et à 300°C, - montée avec la même pente de 300°C à 800°C, - cuisson à 800°C à l'air libre établissant à chaud une liaison chimique entre la fibre réfractaire et l'aluminate de calcium du ciment.