CH180910A - Procédé de fabrication de produits magnésiens réfractaires. - Google Patents

Description

  Procédé de fabrication de     produits    magnésiens réfractaires.    La magnésite naturelle est un minéral  qui a de nombreuses applications pour la fa  brication de garnissages réfractaires basiques  pour fours métallurgiques et pour des em  plois où il est bon d'avoir de la résistance  aux températures élevées et à la corrosion par  les scories basiques. La magnésite (carbo  nate de magnésium), lorsqu'elle est calcinée,  donne, comme constituant essentiel de l'oxyde  de magnésium qui, lorsqu'il est pur, a un  point de fusion de plus de 2500  .

   Si l'on traite       thermiquement    de façon suffisamment pro  longée ou si l'on fait fondre au four électri  que, il se forme des cristaux de     MgO    connus  sous le nom de     périclase    et qui ont un poids  spécifique de 3,58. La magnésite pure une  fois calcinée et complètement contractée perd  environ<B>50%</B> de son poids en anhydride car  bonique en formant la     périclase.     



  L'achèvement de la contraction se cons  tate par le développement de cristaux de     pé-          riclase        (MgO)    relativement grands et étroite  ment serrés se reconnaissant facilement dans  le produit par leur clivage     cubique    caracté-         ristique    et par d'autres propriétés optiques  qui se constatent par un examen au micros  cope pétrographique. Cette transformation de  la magnésite en     périclase    correspondrait à  une contraction de volume maxima de<B>60%.</B>  



  En calcinant industriellement la magné  site, il a été extrêmement difficile d'obtenir  une contraction complète même en ajoutant  des fondants pour compléter la réaction. Du  fait de son point de fusion élevé, le     MgO     pur ne s'agrège pas facilement, de sorte qu'il  faut lui incorporer un agent d'agrégation à  point de fusion beaucoup plus faible qui, en  même temps, se trouve en équilibre chimique  avec la     périclase,    ce qui assure un certain de  gré de permanence et n'a. pas d'effet nuisible  sur le     MgO.     



  La présente invention est relative à un  procédé de fabrication de nouveaux produits  réfractaires, selon lequel on chauffe un mé  lange tel et de telle façon qu'on obtienne un  produit formé de particules     cristallines    de       MgO    réunies les unes aux autres par un      liant constitué au moins en partie par du  ferrite de calcium.  



  Si de la     périclase    est disponible et prépa  rée sous forme d'une matière granulaire ou  pulvérisée, on peut réaliser le procédé en mé  langeant la     périclase    avec du ferrite de cal  cium ou avec de la chaux et de l'oxyde de  fer en proportions appropriées pour produire  le ferrite de calcium. Le mélange est alors  chauffé à une température à laquelle le fer  rite de calcium réagit de façon à lier les par  ticules de     périclase    les unes aux autres.  



  On peut aussi partir de magnésite et de  corps propres à former le liant et facilitant la  formation de la     périclase.     



  Lorsqu'on se sert d'agents assurant ar  tificiellement la maturité minérale, les impu  retés qui se trouvent déjà présentes dans la  magnésite ou dans le produit magnésien ar  tificiel doivent être prises en considération et  il faut tenir compte de leur effet. Les fon  dants ajoutés seront avantageusement d'une  nature telle que     non    seulement ils assurent  un degré élevé de maturité et qu'ils dévelop  pent une puissance     d'agrégation    élevée, mais  qu'ils assurent une grande     concentration    en       MgO        (périclase)    libre, de façon à servir  comme constituant principal et le plus ré  fractaire.  



  L'oxyde de fer, l'oxyde d'aluminium et  le bioxyde de silicium, séparément ou en       combinaison,    ont été utilisés dans une grande  mesure jusqu'ici pour agglomérer les matières  réfractaires en magnésite, après enlèvement  de l'anhydride carbonique. L'utilisation de  ces oxydes, en quantités telles qu'ils se com  binent avec seulement une partie du     MgO     libre a, en général, donné un produit incom  plètement contracté, avec un faible degré de  maturité     minérale    et avec un faible pouvoir  d'agrégation.

   La raison en est que les miné  raux produits par la réaction de     Fe'0',          A1203    et     S10'    avec     MgO    sont des produits re  lativement infusibles, ayant des points de fu  sion beaucoup plus élevés que ceux obtenus  dans les fours     industriels.    Le fait qu'un pro  duit réfractaire de magnésite de bonne qua  lité doit contenir une grande quantité d'oxyde    de magnésium libre     (périclase)    limite consi  dérablement le choix des fondants et les  fondants ajoutés doivent être, de façon  inhabituelle, efficaces pour produire une ma  tière de liaison à basse température qui soit  en même temps en équilibre chimique avec  le     MgO.     



  Les composés à la magnésie produits par  réaction avec     Al'O@    ,     Fe'03    et     Si0'    et qui  peuvent être en équilibre avec     MgO    sont res  pectivement     A120',        MgO    (spinelle) avec  point de fusion de 2135  ,     Fe'03,        MgO        (ma-          gnésio-ferrite)    avec point de fusion d'envi  ron 1800  , et     Si0',    2     MgO        (forsterite)

      avec  point de fusion d'environ<B>1890'.</B> L'oxyde de  fer passe aussi en solution solide dans la     pé-          riclase    mains n'a pas grand effet en ce qui  concerne l'abaissement de son point de fu  sion. La spinelle et la     magnésio-ferrite    ne  peuvent se rencontrer toutes les deux dans la  même matière réfractaire étant donné qu'ils  sont des éléments extrêmes dans la série de la  spinelle et qu'ils sont susceptibles de cristal  liser pour donner une spinelle de composition  intermédiaire comprise entre la     magnésio-          ferrite    et la spinelle.

   La silice, lorsqu'elle est  utilisée comme fondant ou lorsqu'elle se  trouve comme impuretés dans la magnésite,  donne par chauffage la     forsterite    qui s'agglo  mère en groupe de grands cristaux, ce qui  rend la matière réfractaire non uniforme et  susceptible de se diviser.  



  Une matière appropriée, servant de liant  pour des matières réfractaires à base de ma  gnésite ou pour la magnésie, est une matière  qui se développe à basse température, qui,  par suite, facilite une maturité rapide de la       périclase    et qui permet l'emploi d'une quan  tité relativement faible de liant, ce qui donne  par conséquent une concentration élevée en       périclase.     



  En introduisant du     CaO    (ou des compo  sés du calcium qui donne du     CaO    à. tempé  rature élevée) comme fondant avec le     Fe20"     accompagné éventuellement de     A1203,    il est  possible de faire avec le     Fe2O3    et le     A1203     des composés qui fondent à basse tempéra  ture, ces composés étant aussi en équilibre      avec la     périclase    ou l'oxyde de magnésium  libre.     Etant    donné que le Cao est chimique  ment plus actif que le     MgO,    les composés de  calcium se forment plutôt que les composés  correspondants de magnésium.

   En fait, si  des composés du magnésium sont chauffés  avec. suffisamment de Cao libre, le composé  de magnésium est décomposé en donnant le  composé de calcium correspondant et en li  bérant du     MgO    ou de la     périclase    libre       (SiO,DIg\        -I-    2     Ca0    =     Si04Ca\        -;-    2     Mg0).     



  On a constaté que ces composés de fer  avec de la chaux se forment facilement et à       température    relativement basse et produisent  une maturité minérale dans la matière ré  fractaire magnésienne beaucoup plus facile  ment et à plus basse température que d'autres  fondants.     Etant    donné qu'ils fondent à des       températures    beaucoup plus basses que des  liants autres que le ferrite de calcium, à en  viron     14(1(l     , ils constituent un liant qui se       disperse    facilement et uniformément et, par  suite, le produit réfractaire demande moins  de liant. Il en résulte également un produit  réfractaire plus homogène et qui est moins  susceptible de se diviser.  



  Pour la fabrication de ce liant, on utilise  donc de l'oxyde de fer pour réagir avec le       CaO.    Il est évident que     1'A1203    et/ou le       (r203    peuvent remplacer une partie plus ou  moins grande du     Fe2O3,    mais, en particulier,  du fait des qualités de durcissement intéres  santes du fer dans la combinaison, il n'est  pas à souhaiter de faire cette substitution  pour plus de la moitié du     Fe2O3.     



  La quantité de Cao à utiliser dépend     non     seulement de la quantité de l'oxyde de fer et  éventuellement des autres oxydes rempla  çant partiellement l'oxyde de fer, mais éga  lement de la quantité de     SiO2    présente  comme impureté dans la. source de magnésie  ou ajoutée avec les fondants. En général,  avant que le     Ca,O    soit susceptible de s'unir  avec l'oxyde de fer, il doit être en quantité  équivalente à deux fois la quantité de     SiO2     présente dans le produit final.

   Le Cao qui  est ajouté du fait du     SiO2    présent, forme un  composé réfractaire de silicate     dicalcique,    ce    composé étant formé avant qu'il se forme du  ferrite de calcium et le Cao additionnel, en  plus de celui qui est nécessaire pour le sili  cate, est disponible pour la formation du  liant de ferrite. En général, on utilise suffi  samment de Cao pour convertir tout le     SiO2     en silicate     dicalcique    et aussi pour réagir  avec tout l'oxyde de fer et éventuellement les  autres oxydes de     substitution,    de façon à for  mer le liant voulu.

   Du fait de l'augmentation  de la quantité de Cao qu'il est nécessaire  d'ajouter à. la magnésite contenant une quan  tité sensible de     SiO2,    avec, comme consé  quence, la dilution de la     périclase,    et aussi  du fait de la tendance nuisible à former de  la poussière que présentent les matières ré  fractaires contenant beaucoup de silicate     di-          calcique,    on fait des matières réfractaires de  qualité élevée à base de     périclase    en utilisant  de la magnésite ou des produits magnésiens  ne contenant que de faibles quantités de       Si02,    de préférence moins de     3%,    dans le  produit final.  



  Le liant ferrite fond à une température  sensiblement plus basse, en présence de sili  cate     dicalcique,    si le rapport de     SiO2    à     Fe2O3     dans le silicate     dicalcique    et la ferrite est  maintenu inférieur à 1 à 4, de sorte     qu'une     petite quantité de silice peut être intéressante  en ce qu'elle réduit la température de fusion  du liant. D'autre part, l'action destructive  possible indiquée ci-dessus due à la présence  du silicate     dicalcique    fait que ce dernier est  indésirable, sauf en petites quantités.  



  La quantité totale de chaux nécessaire  pour la matière réfractaire à base de     péri-          clase    comprend donc celle qui est nécessaire  pour former, à l'aide de     SiO2,    le silicate     di-          calcique,    plus celle nécessaire pour réagir  avec tout le     Fe2O3        (+        A1203)    pour former le  liant ferrite.  



  La proportion de Cao disponible par  rapport au     Fe2O3        (-i-        A1203)    peut varier,  mais le Cao disponible ne doit pas en général  être inférieur aux     4/1o    du     R203    total, ni  excéder les     7/1o    du     Fe2O3        (-i-        A1203)    total  lorsque le     R203    est sensiblement tout dit           Fe203.    Lorsque le     FeO'    est les     8/,o_    du R\03  total présent,

   le     CaO    -ne doit pas dépasser       $8/10o    du     R8203    total. On a constaté qu'on  n'obtient pas d'avantage particulier lorsque  le remplacement du F8203 par     A1203    dépasse       4/l0    du     R8203    total. En fait, au delà de cette  limite, les qualités de durcissement de la  masse réfractaire en     service    sont réduites et  le liant devient moins fusible.

      Il est bien entendu que le liant peut com  prendre non seulement des composés dans  lesquels     F8203    est en combinaison avec des  protoxydes tels que le     CaO,    mais également  des composés dans lesquels une partie du       F8203    a été remplacée par     A1203    et     Cr2O3     bien que le ferrite de calcium soit en général  le constituant dominant, il peut y être ajouté  du fondant constitué par une quantité plus  petite de silicate     dicalcique,    auquel cas le  liant peut rester en grande partie non cris  tallisé sous forme de verre basique.  



  On a trouvé qu'il était possible de fa  briquer une matière réfractaire à base de       périclase    convenablement bien contractée,  avec une teneur en ferrite de calcium descen  dant jusqu'à<B>7%,</B> mais on peut obtenir une  agrégation plus rapide en service avec une  matière réfractaire contenant 12 à.<B>15%</B> de  ferrite de calcium. Par exemple, pour des ap  plications métallurgiques spéciales, la teneur  en ferrite de calcium peut être augmentée  jusqu'à 20 %.  



  Le procédé peut être convenablement ex  pliqué en décrivant son application au trai  tement de magnésite donnant 3 %     ou,,    de pré  férence moins, de silice dans le produit final,  ou bien à un produit     magnésien    obtenu en  partant de dolomite par une opération de dé  calcification. Au lieu     d'oxyde    de magnésium,  on peut naturellement employer aussi les  composés ou mélanges de composés qui don  nent l'oxyde de magnésium par calcination.  



  Pour faire un produit réfractaire de ce  genre, si la teneur en silice est faible, la ma  gnésite peut être broyée en particules d'en  viron     9i/2    mm et être ensuite mélangée avec  un produit contenant de l'oxyde de fer à fai-    blé teneur en silice, tel que du minerai de  fer ou des croûtes de laminage. On ajoute une  quantité suffisante de pierre à chaux, de do  lomite ou de chaux à la fois pour réagir avec  le     Si02    pour former le silicate     diealcique    et  pour réagir avec l'oxyde de fer et l'alumine  comme indiqué ci-dessus. L'avantage de l'ap  plication de la dolomite est, qu'en outre du  fait qu'elle donne le     CaO    nécessaire, le pro  duit est également enrichi eu égard à la  magnésie présente dans la dolomite.

   Ce mé  lange est alors amené dans un four tournant  et chauffé avec du charbon pulvérisé, de  l'huile ou un gaz combustible, à une tempéra  ture de 1400 à 1540'. L'anhydride carboni  que s'échappe de la magnésite et de la dolo  mite et les ingrédients de la charge sont chi  miquement combinés à la température utili  sée, la silice donnant le silicate     dicalcique    ou  tricalcique, l'oxyde de fer et l'alumine se com  binant avec le     CaO    pour donner le ferrite de  calcium et l'oxyde de magnésium s'étant con  tracté et ayant     muri    pour venir sous la forme  cristalline de la     périclase.    Le ferrite de cal  cium remplit un double rôle:

   comme agent  minéralisant, de façon à provoquer     une    con  traction rapide du produit et pour assurer le  développement de la forme cristalline de la  magnésie connue sous le nom de     périclase    et  comme agent de concrétion ou comme liant,  pour maintenir réunies les unes aux autres  les particules de matière réfractaire. Le pro  duit sort du four sous forme de     particules          concrétées    dures, denses, de couleur brun som  bre à noir ayant un poids sous forme     concré-          tée    d'environ 1920 kg par mètre cube.

   L'exa  men microscopique montre que le produit  consiste en fragments cristallins relativement  grands de     périclase,    généralement arrondis et  de couleur jaune ou brune en coupe mince.  Ces particules de     périclase    sont réunies de  façon dense et les espaces     intersticiels    sont  remplis de ferrite de calcium de couleur  rouge ou brune, au microscope, en coupe  mince.  



  Il est souvent bon de fabriquer la matière  réfractaire en     périclase    en pulvérisant la ma  gnésite en une poudre passant au tamis de      30 mailles par 25,4 mm ou en une poudre  plus fine, ou d'utiliser le produit magnésien  pulvérisé obtenu en partant de dolomite après  enlèvement de la chaux. La magnésite ou le  produit magnésien finement pulvérisé est  alors mélangé avec des fondants pulvérulents  tels que l'oxyde de fer et de la dolomite ou  de la chaux ou de la pierre à chaux pulvéri  sée, et le tout est mélangé à de l'eau pour  former une pâte. Il peut être plus avantageux  de former une pâte en broyant la magnésie  et les fondants ensemble dans un broyeur à  boulets ou autre broyeur du même genre.

    Cette pâte est alors amenée dans un four  tournant et calcinée à une température de       14f)0    à 1540' et le produit sort du four sous  forme de particules modulaires agglomérées,  ayant un diamètre d'environ 6 mm comme  précédemment.  



  Les analyses ci-dessous montrent des  exemples de masses agglomérées de     péri-          clase    obtenues par le procédé selon l'inven  tion:

Claims (1)

1. REVENDICATION I: Procédé de fabrication de produits ma gnésiens réfractaires, caractérisé en ce que l'on chauffe un mélange tel et de telle façon que l'on obtient un produit formé de parti cules cristallines de MgO réunies les unes aux autres par un liant constitué au moins en partie par du ferrite de calcium.

   SOUS-REVENDICATIONS 1 Procédé suivant la revendication, caracté risé en ce. que l'on chauffe un mélange ren fermant de la magnésie ou une matière donnant de la magnésie, de la silice en quantité telle que le produit final n'en contienne pas plus de 3 %, de l'oxyde de fer et de la chaux en quantité suffisante pour former avec toute la silice présente du si licate dicalcique plus une quantité addi tionnelle suffisante pour se combiner avec tout l'oxyde de fer en formant du ferrite de calcium.

   2 Procédé suivant la sous-revendication 1, caractérisé en ce que le mélange chauffé renferme aussi de l'oxyde d'aluminium, la quantité additionnelle de chaux étant suf fisante pour se combiner avec tout l'oxyde de fer et avec tout l'oxyde d'aluminium. EMI0005.0008 Par suite, il est désirable lorsque le SiO2 est en quantité de 1,2 à 2,2 % et que la quantité d'oxyde de fer et d'oxyde d'aluminium est de 4,7 à. 9,7 %, que la quantité de CaO soit d'environ 5,5 à 10,4%. Suivant leur forme particulière, les pro duits peuvent être utilisés pour différents emplois.

   Avec. un produit aggloméré granu leux, on a un produit réfractaire supérieur et plus durable pour la fabrication de nouveaux fonds et pour entretenir et rapiécer de vieux fonds, dans les fours basiques. Dans le procédé selon l'invention, en chauffant convenablement un mélange conve nable, on peut obtenir un produit homogène, qui ne se divise pas et qui convient particu lièrement bien pour la fabrication des bri ques ou aûtres matières réfractaires. 3 Procédé suivant la sous-revendication 1, caractérisé en ce que le mélange chauffé renferme aussi de l'oxyde de chrome, la quantité additionnelle de chaux étant suf fisante pour se combiner avec tout l'oxyde de fer et avec tout l'oxyde de chrome.

   4 Procédé suivant les sous-revendications 1 à 3, caractérisé par le fait que la quantité de chaux additionnelle est au plus égale à -0,86 de la quantité des oxydes de fer, d'aluminium et de chrome. 5 Procédé suivant la sous-revendication 1, caractérisé par le fait que la chaux addi tionnelle est en quantité égale à 0,4 à 0,7 de celle du Fe2O3 et qu'on évite sensible ment la présence d'oxyde d'aluminium et d'oxyde de chrome. 6 Procédé suivant les sous-revendications 1 et 2, caractérisé par le fait que la silice est en proportion de 1,2 à 2,2%, la somme des oxydes de fer et d'aluminium en pro portion de 4,7 à 9,7 % et la chaux en pro portion de 5,5 à 10,4%. REVENDICATION II Produit réfractaire, fabriqué selon le pro cédé suivant la revendication I.