Procédé de fabrication d'articles non poreux réfractaires, et article fabriqué selon ce procédé. La présente invention se rapporte à un procédé de fabrication d'articles non poreux réfractaires de constitution cristalline. Selon ce procédé, on fond les composants du ma tériel devant les constituer, puis verse la coulée dans un moule et recuit l'article ainsi obtenu en opérant de façon qu'il se refroidisse lentement pendant son passage de son état semi-plastique à son état solide, ceci dans le but de lui donner une constitution cristalline non poreuse, chaque cristal gardant la place à laquelle il a pris naissance.
L'invention se rapporte aussi à un article réfractaire fabriqué suivant ledit procédé et formé d'une pièce fondue et recuite, en une matière de structure cristalline.
Le procédé suivant la présente invention peut servir à la fabrication de briques, de garnitures d'orifice de fours de verrerie ou en général de garnitures résistant à l'effet de corrosifs tels que le verre fondu ou d'autres liquides ou de gaz corrosifs.
Le but de cette invention est de créer des articles réfractaires compacts et résistant mieux à de hautes températures et aux in fluences corrosives que les articles réfractaires connus à ce jour.
Le dessin ci-annexé donne, à titre d'exem ple, dans la fig. 1, une élévation d'un four électrique qui se prête à la mise en aeuvre du procédé selon la présente invention, dans la fig. 2, une section transversale à une plus grande échelle suivant la ligne 2-2 de la fig. 1, et dans la fig. 3, une vue en perspec tive d'un cadre renversé pour tenir ensemble les parties du moule d'un bloc pour four à réservoir. Les fig. 4 et 5 sont des vues en perspective d'un moellon de réservoir et d'un creuset fabriqué selon le procédé de la pré sente invention.
Le four 5 représenté est aménagé pour la réception des matériaux nécessaires à la fabrication d'articles réfractaires, par exemple de la terre argileuse et du sable. Il permet également de verser la masse fondue dans un moule pour former l'article désiré. Ce four est électrique. L'arc se forme entre les deux électrodes 6 et 7. Une enveloppe 8 ouverte vers le haut est fermée au fond au moyen d'un disque 9. Les électrodes sont en gra phite ou en charbon et le disque 9 en une matière isolante connue, par exemple en transite, composition de fibres d'asbeste et de ciment de Portland.
L'électrode 7 traverse une ouverture 10 pratiquée .dans le disque 9 et est maintenue en place par une vis de serrage 11 portée par un manchon 12 boulonné contre le disque 9. Une plaque de graphique 13 est fixée à la tête de l'électrode 7 après l'introduction de cette dernière dans le four. Cette plaque forme le fond d'une cuve qui contient le ma tériel à fondre.
A l'extrémité inférieure de l'électrode 7 est fixé un conducteur électrique 14 pour l'amenée du courant, qui est de préférence alternatif. L'électrode 6 est supportée par un disque 15 aussi en transite et est maintenu au-dessus de l'ouverture supérieure de l'en veloppe par des bras 16 fixés contre la sur face inférieure du disque 15. Un manchon 17 entoure l'électrode 6 et y est fixé par une vis de serrage 18 qui permet d'ajuster la longueur de l'arc. Une tringle 19 passe à travers l'électrode et sert de manche pour cette dernière. Le courant électrique est amené par un conducteur 20.
L'enveloppe 8 du four est légèrement co nique ; elle va en s'ouvrant vers le haut pour faciliter son garnissage. Elle porte deux tou rillons 21 montés dans des paliers supportés par des montants 22 et permettant de la basculer pour verser le matériel fondu dans un moule. A cet effet, l'enveloppe présente près de son milieu un orifice 23 et directe ment au-dessous de cet orifice un bec 24. Le manche 25 permet de basculer le four.
Pour garnir le four, on met en place le disque 9 et l'électrode 7 et remplit l'enve loppe jusqu'au niveau de l'électrode inférieure avec du matériel réfractaire concassé 26. On pose de petits morceaux de coke sur l'élec trode 7 et on descend alors l'électrode supé rieure 6 jusqu'à ce qu'elle fasse contact avec l'inférieure. Après avoir amorcé l'arc, le four est ali menté en matériel à fondre<B>;</B> celui-ci tombe autour de l'arc jusqu'à ce que le four soit rempli (voir fig. 2). Ce matériel a générale ment une forme granuleuse. Pour empêcher que le matériel fondu s'écoule par l'orifice 23, on bouche ce dernier provisoirement avec de l'argile.
Quelques minutes après avoir amorcé l'arc, on soulève l'électrode 6 pour augmenter la longueur de l'arc. 8i une cavité due à la fonte du matériel se forme autour de l'arc, il faut attiser la fournée de temps en temps pour augmenter la liquéfaction du matériel. Pendant la fusion, la cavité grossit jusqu'à ce qu'elle s'approche de l'enveloppe du four assez près pour la chauffer à rouge partielle ment. Alors le moment est venu pour faire une ouverture à travers l'orifice 23 jusqu'à la cavité contenant le liquide et de verser le liquide dans le moule. La fig. 2 représente le four prêt à sa vidange.
On produit parce procédé, avec un four con sommant de 30 à 100 kilowatts, par exemple des moellons de 30X46X20 cm pour fours à réservoir, des briques de 5X10X23 cm, des plaques de 8X30X46 cm, des tuyaux de 10 cm de diamètre intérieur, 15 cm de diamètre extérieur et 30 cm de long, des boulets et des becs pour des machines auto matiques employées dans la verrerie, des creusets de 15 cm de diamètre et d'une épais seur de 9 à 25 mm et d'un diamètre de 32 mm et d'une épaisseur de 3 mm.
Le genre du moule employé, le temps pendant lequel l'article est laissé dans le moule et le traitement de cet article par la chaleur après l'avoir retiré du moule ont une influence sur les qualités physiques, et des moules qui s'adaptent bien pour former des articles réfractaires ne conviennent pas pour former d'autres articles.
En général, des moules en fer ne don nent satisfaction que pour de petits articles fondus de faible épaisseur comme les creu sets et les buses à verre de machine auto matiques. Pour de tels objets, il faut retirer la pièce dès que sa surface est assez durcie pour supporter son maniement; elle est en suite traitée comme indiqué plus bas.
Les meilleurs moules pour couler des briques et des moellons pour les fours à ré servoir sont faits en sable à verre mélangé d'un liant convenable tel que l'huile de lin et sont cuits. De tels moules ne se fondront pas sous la coulée de la fonte. Un moule pareil pour former un bloc d'un pied cube est représenté en 30 dans les fig. 1 et 2. Il comporte six plaques 31, 32, 33, 34, 35 et 36, chacune moulée de sable, cuite ainsi que cela a été décrit ci-dessus et pourvue le long des bords de saillies 37 et de gorges 38 pour faciliter l'assemblage. Ces plaques sont main tenues assemblées par un cadre de fer d'angle 39 dont les parties sont réunies au moyen d'oreilles 40 dans des trous 43 des quelles passent des clavèttes 42.
Le dessus 31 du moule présente une ouverture 44 à travers laquelle le matériel fondu est versé. On enduit le moule de graphite pour em pêcher l'adhésion du sable au moule.
Le moule de sable cuit est posé sur une brique 45 en un produit-silicieux, appelé sil- o-cel, et est isolé de tous côtés par une couche 46 de poudre sil-o-cel contenue dans une caisse 47 en tôle.
En choisissant le moule et la manière de le traiter à la chaleur, on a tenu compte des observations suivantes: Pour obtenir de bonnes .fontes sans fis sures, il faut les refroidir lentement, surtout pendant )es températures de prise où le ma tériel passe de l'état semi-plastique à l'état solide. Pareil traitement atténue toutes les tensions de coulée provenant du versement et du premier contact du liquide avec les parois du moule. Les tensions se produisant par l'abaissement des températures pendant le refroidissement ne suffiront pas pour pro duire des fissures.
Si on laisse les fontes dans un moule de fer, les surfaces sont vite refroidies et de viennent rigides, tandis que l'intérieur est encore plastique, de sorte que, quand l'inté rieur se durcit, la surface est de plusieurs centaines de degrés plus froide. C'est pour quoi, en refroidissant, l'intérieur se contracte davantage que l'extérieur et la surface se tend jusqu'à ce qu'elle craque. Par contre, si la fonte est refroidie lentement, il y a peu de différence de température entre l'intérieur et l'extérieur, pas de tensions si fortes pen dant la prise. On aura donc une fonte solide. La température de prise varie avec la com position du corps réfractaire; il faut la dé terminer pour- chaque cas.
Pour des articles réfractaires alumineux silicieux, la tempéra ture de prise commence dans les environs de 15500 C.
Par analogie avec le procédé similaire employé pour prévenir l'éclatement du verre, le traitement après moulage est aussi appelé la "recuite". Le but de cette recuite est d'éliminer les tensions intérieures connues dans le cas du verre et de ne pas changer la formation cristalline comme dans la re cuite de métal. Mais il faut constater que le matériel réfractaire diffère du verre et de la scorie en ce qu'il est cristallin et que sa tem pérature de fusion est bien plus élevée.
Les trois méthodes suivantes de recuite d'articles réfractaires se pratiquent avec succès <I>1. La recuite dans un</I> four.
On laisse l'article fondu dans le moule seulement jusqu'à ce que la surface soit assez dure pour permettre qu'on la touche et on transfère alors l'objet moulé tout de suite dans un four chauffé à peu près à la tempé rature de prise. Après avoir chargé le four avec un certain nombre d'objets fondus, la température est maintenue pour quelques heures à celle de la recuite et est baissée après un certain temps selon l'épaisseur de la fonte à la température ambiante. Pour des fontes d'une épaisseur de 2,5 cm une recuite de 24 heures suffit. Cette méthode revient assez cher, mais c'est la seule donnant du succès en cas de creusets et d'objets sem blables. Avec cette méthode, on peut se servir de moules en fer, ouverts ou fermés, pourvu qu'on retire l'objet fondu du moule avant son refroidissement. <I>2.
La recuite dans de la poudre isolant</I> <I>la chaleur tel</I> que <I>le</I> sil-o-cel.
Des articles relativement gros comme les moellons de réservoir peuvent être recuits en les transférant dans une caisse remplie de poudre isolante dès que la surface exté rieure de la fonte a durci suffisamment pour permettre qu'on la touche. Le moule em ployé peut être fait de sable à verre lié avec de l'huile de lin, ou bien, après avoir enlevé le moule, on peut entourer la fonte d'une caisse en remplissant l'espace entre caisse et fonte avec de la poudre isolante. Dans ce dernier cas, on laisse le fond du moule, mais si le moule est posé sur une brique isolante, ce n'est pas nécessaire. Si le bloc pèse environ 90 kg, la chaleur contenue dans le bloc peut suffire après le refroidissement du moule et son exposition à l'air pour réchauffer sa sur face à une température supérieure à celle de la recuite.
Alors, grâce à l'isolation, tout le bloc se refroidira lentement à travers la tem pérature de recuite jusqu'à la température am biante. On peut reprocher à ce procédé que l'enlèvement du moule et l'addition de la poudre est désagréable et que ce procédé n'est pas si effectif que le troisième. <I>3.</I> .Recuite <I>dans un moule à parois minces</I> mais <I>-isolé.</I>
Si la fonte est passablement grosse, il vaut mieux se servir d'un moule de sable à parois minces mais bien isolé et tel que dé crit ci-dessus. Les parois doivent être assez rigides pour conserver leur forme, tandis que le liquide commence à prendre et durcit, mais les parois ne doivent pas soutirer trop de chaleur à la fonte sinon le refroidissement se fait trop vite. Si les parois sont assez minces, la capacité calorique du moule sera si petite comparée à celle de la coulée que la surface intérieure du moule sera chauffée à la tem pérature de recuite avant que la coulée se soit refroidie au-dessous du point de recuite et, grâce à l'isolation, la fonte se recuira d'elle-même en se refroidissant d'elle-même lentement.
Après avoir versé la fonte, on entasse la poudre sil-o-cel sur le dessus du moule et au bout d'une demi-heure l'extérieur de la fonte aura pris, tandis que l'intérieur reste encore à l'état liquide et le moule sera de beaucoup réduit parce que le liant a été brûlé. On retire alors au moyen de crochets (non représentés) les supports en fer d'angle qui se sont disloqués pour les employer de nouveau.
A l'exception de ces fers d'angle, on ne touche plus la fonte jusqu'à ce qu'elle soit refroidie, ce qui, pour un moellon de 30 X 46 x 20 cm pesant environ 80 kg, a lieu au bout de quatre jours si on a bien isolé avec de la poudre sil-o-cel. On retire alors la fonte de la poudre isolante et elle est prête à servir. De la même façon de grosses pièces fondues de formes différentes peuvent être confectionnées, mais dans le cas de formes irrégulières, comme celles des bou lets de verrerie oh l'épaisseur est inférieure à 5 cm, il n'est guère convenable de se ser vir de ce procédé et le procédé dans le four est préférable.
Plus la fonte est lourde, plus elle se prête à la recuite à moins qu'elle ne possède des parties minces; avec le procédé de re cuite dans le foin-, on a obtenu des fontes irréprochables jusqu'à 3 min d'épaisseur.
Pour fabriquer des articles creux comme des creusets et des tuyaux, il est préférable d'employer un moule en fer, ouvert et adapté pour former l'extérieur de l'article désiré. Après avoir rempli ce moule avec du maté riel réfractaire liquide et après l'avoir laissé prendre jusqu'à ce que l'épaisseur voulue ait été obtenue, on verse le reste du liquide de côté et on retire l'article du moule aussi vite que possible et l'introduit dans un fouir.
Il faut constater que le procédé de pro duction des articles réfractaires par fonte di recte n'est pas seulement plus rapide et moins cher que le procédé qui consiste à casser et à moudre le lingot, à mélanger la charge, à la meuler, et sécher et la cuire comme on l'a fait jusqu'à présent, mais que le matériel fondu diffère aussi dans sa struc ture physique. Dans le matériel réfractaire fabriqué avec des fragments de cristaux cas- sés, les cristaux sont plus gros et plus ser rés, même si la cuite est portée après jus qu'à près de la température de fusion pour pro duire la recristallisation. Pour le matériel fondu par contre, dans lequel les cristaux sont à leur place naturelle lors de la fusion, le ma tériel est plus compact et sans pores.
Le corps réfractaire fondu n'est pas poreux et, quoiqu'il soit possible de vitrifier de. la por celaine et des produits réfractaires semblables en les chauffant jusqu'à les rendre fluides, leur porosité peut seulement être prévenue en employant des matériaux très finement moulus et en sacrifiant ainsi leur solidité et leur résistance à un coup de chaleur. De tels articles vitrifiés sont chers et fragiles, présentent des cristaux beaucoup plus fins et sont moins compacts que les articles réfractaires fondus; aussi ces derniers sont plus résistants à de hautes températures et leur température d'amolissement est beaucoup plus élevée.
Leur résistance à la corrosion pour du verre liquide est beaucoup supérieure à celle de tout autre article réfractaire connu.
Des expériences ont été faites avec des corps réfractaires de composition alumineuse- silicieuse contenant de 54 '1/o <B>à</B> 80 % de A120,
9 et avec des corps réfractaires compo- sés surtout d'alumine et de silice (20 à 40 % de silice) ou d'alumine, de silice et de zircone (jus- qu'à 30 % de zircone),
mais les procédés em- ployés pour faire des fontes irréprochables s'adaptent aussi bien à tout autre matériel réfractaire qui peut être fondu et tiré d'un four électrique y compris l'alumine plus ou moins pure, la magnésie et le zircone et les mélanges de ces corps avec de l'acide sili- cique et d'autres oxydes.
Pour produire des articles réfractaires em ployés dans la fabrication du verre, il est préférable d'employer de l'argile diaspore et du kaolin ou de la bauxite et du baolin ; mais presque n'importe quelle argile ou même du sable pur peut être substitué au kaolin. La tâche du kaolin ou du sable est de diluer l'alumine avec l'acide silicique.
IL est à re marquer que les analyses de l'argile dias- pore, de la bauxite et du kaolin diffèrent beaucoup, mais les analyses de quelques échan tillons typiques employés sont les suivantes
EMI0005.0045
Argile <SEP> Bauxite <SEP> Kaolin
<tb> ' <SEP> diaspore
<tb> <B>A12 <SEP> O3</B> <SEP> 65,6 <SEP> % <SEP> 55,5 <SEP> % <SEP> 28,2 <SEP> 0/0
<tb> SiO2 <SEP> 11,6 <SEP> % <SEP> 16,1 <SEP> % <SEP> 53,4%
<tb> T102 <SEP> 2,0 <SEP> % <SEP> 2,0 <SEP> 0/0 <SEP> 2,0 <SEP> 0/0
<tb> Fe2O3 <SEP> 0,45% <SEP> 1,8 <SEP> <B>0/0</B> <SEP> 1,6 <SEP> %
<tb> Divers <SEP> 1,2% <SEP> - <SEP> 0,7 <SEP> %
<tb> Pertes <SEP> 19,10/a <SEP> 24,4% <SEP> 14,
0 <SEP> 0% Pour produire de la rnullite l3 (A120s). 2 (Si02)], on s'est servi d'une charge consis tant de près de 2,5 parties d'argile diaspore et d'une partie de kaolin. Si on veut fabri quer de la sillimanite, la charge doit conte nir de l'argile diaspore et du kaolin en parties égales.
De l'argile diaspore pure et ses mé langes avec du kaolin en proportions varia bles et de la beausite pure et ses mélanges avec du kaolin en proportions variables ont aussi été fondus suivant le procédé de la pré sente invention.
Pour certains buts, il est désirable que l'objet réfractaire contienne de 20 à 30 % de zircone. De tels corps sont facilement fa briqués en ajoutant la quantité convenable de minerai de zircone à la charge.
Une ana lyse typique d'un tel minerai est la suivante: ZrO2 . . . . 74% SiO2 . . . . 19 % TiO2 . . . . 2 0l'0 Fe20s . . . . 3 0/0 H20 . . . . 2 0/0 On a aussi employé de l'argile diaspore, du minerai de zircone et du kaolin en parties égales.
Il est désirable de fondre le matériel brut aussi vite que possible et sitôt que la coulée est suffisante pour faire la fonte désirée, elle peut être utilisée; avec un four de 100 kilo watts par exemple, une coulée de 90 kg peut avoir lieu toutes les deux heures après la première. _ Si des matériaux bruts composés surtout d'alumine et de silice comme le diaspore et le kaolin sont employés pour produire des corps réfractaires et si ces matériaux sont coulés ensemble suivant le procédé décrit, le produit comportera du millite et des cristaux de corindon noyés dans un liant vitreux.
Lorsque d'autres matériaux que les pré nommés sont employés pour la fabrication de l'article réfractaire des cristaux de composi tion correspondant à ces matériaux seront produits. Mais en tout cas, le produit obtenu comportera des cristaux de grandeurs variant depuis des cristaux microscopiques jusqu'à des cristaux de grandeur plus considérable noyés dans un liant vitreux. La masse a donc bien une structure cristalline tel que revendiqué.
Lorsqu'on emploie des matériaux ayant une température de recuite si élevée qu'un moule de sable ne peut pas être employé, le moule peut être confectionné en un matériel réfractaire fondu ayant une température de fusion égale ou supérieure à celle du corps réfractaire qu'on veut fondre. Ce matériel est cassé à une finesse de tamis d'environ 20 mailles par pouce anglais et est lié avec de l'huile de lin ou avec d'autres liants orga niques.
Les termes "matériel réfractaire", ,,article réfractaire" ou "fonte réfractaire" sont em ployés pour désigner des objets qui, lorsqu'ils sont employés dans un four de haute tem pérature, résisteront avec succès pendant une période prolongée à la fusion, à l'abrasion et à la corrosion.