CH269111A - Matière coulée réfractaire à la chaleur. - Google Patents

Description

  Matière coulée réfractaire à la chaleur.    Depuis plusieurs années, la magnésie a été  largement utilisée comme matière réfractaire  basique, et plus récemment son     orthosilicate,     la     forstérite,    a été également favorablement  accueilli. Quand elles sont obtenues par le pro  cédé traditionnel de cuisson, ces matières ré  fractaires sont nécessairement poreuses, per  mettant l'infiltration des scories ou des va  peurs, ce qui a pour conséquence une aug  mentation de la vitesse de corrosion lors de  l'emploi. En outre, les matières réfractaires à  base de magnésie obtenues par cuisson sont  notoirement faibles en. ce qui concerne leur  résistance à la désagrégation.  



  Pour éliminer cette porosité et pour obte  nir une cohésion plus forte, il a été proposé  de fondre électriquement et de couler, pour  leur donner leur forme, des mélanges de  magnésie et de silice dans les proportions vou  lues pour obtenir un mélange réfractaire de       périclase    et de     forstérite,    la silice permettant  de fondre la magnésie à une température pra  ticable, et l'excès de magnésie donnant une  matière réfractaire     plus    basique.  



  Quand on réalise cette fusion, on voit  cependant que la, porosité persiste, allant de  grandes bulles et de grandes soufflures pour  les pourcentages les plus élevés de magnésie  (plus hauts points de fusion et plus forte  volatilisation) à une porosité très bien distri  buée pour l'eutectique     périclase-forstérite,     cette porosité étant cependant d'une impor  tance telle qu'elle est capable d'empêcher et    de supprimer la formation normale de     retas-          sures,    qui se produit quand le liquide cristal  lise en un ensemble plus compact de molé  cules.

   On observe en outre que les moulages  riches en magnésie sont tout à fait fragiles,  tandis que ceux riches en     forstérite    montrent  un clivage caractéristique dans le plan de  l'axe principal.  



  Dans le domaine des matières réfractaires  moins basiques, il a été proposé d'additionner  en outre de l'alumine à la magnésie et à la  silice pour constituer une matière réfractaire  fondue et coulée. L'alumine forme un spinelle  magnésien qui est compatible avec le     péri-          clase    et la     forstérite,    mais pour avoir les meil  leurs résultats,

   la proportion de spinelle doit       dépasser        50        %        et        celle        de        silice        doit        être        limi-          tée    à     11%        (avec        26        %        de        forstérite        au        maxi-          mum),

      d'où il résulte une matière réfractaire  beaucoup moins basique qu'il n'est désirable  dans beaucoup d'usages.  



  La matière coulée réfractaire à la chaleur  conforme à l'invention est caractérisée en ce  qu'elle comprend au moins des cristaux de  zircone et de     forstérite    dispersés dans une ma  trice non cristalline, la     forstérite    s'élevant au       moins    à     21%        du        poids        total        de        ladite        matière.     L'emploi d'une telle matière permet de réali  ser des pièces qui sont généralement exemptes  de porosité, de fragilité et qui ne présentent  pas de fissuration..  



  La matière selon l'invention contient avan  tageusement, selon analyse chimique, au moins           15%        de        zircone        et        au        moins        11%        de        silice        en     poids.  



  Dans un mode particulier de réalisation  de ladite matière, celle-ci est constituée au  moins en majeure partie par de la zircone (de       préférence        au        moins        15%),        de        la        magnésie,     de     l'alumine    et de la silice (de préférence an       moins        11%),

          le        nombre        de        molécules        de     magnésie étant sensiblement égal à la somme  du nombre des molécules d'alumine plus le  double du nombre des molécules de silice.  Dans une telle matière, la teneur en magnésie  a été prévue pour saturer exactement     la,    silice  et l'alumine présentes,     avee'    production de       forstérite    et de spinelle.  



  Dans un autre mode de réalisation, la ma  tière est     constituée    au moins en majeure par  tie par de la     zircone    (de préférence au moins       15%),        de        la        magnésie,        de        l'alumine        et        de        la          silice        (de        préférence        au        moins        11%),

          la        te-          neur    en     alanine    étant au moins égale à 110/0  et le nombre des molécules de magnésie étant  supérieur à la     somme    du nombre des molé  cules     d'alumine    plus le double du nombre des  molécules de silice. Dans une telle matière, la  teneur en magnésie a été prévue pour qu'il y  ait un excès de     MgO    par rapport à la quan  tité nécessaire pour saturer la silice et l'alu  mine présentes, respectivement à l'état de       forstérite    et de     spinelle.     



  Dans un autre mode de réalisation encore,  la matière selon l'invention a comme consti  tuants     cristallins        principaux    la     forstérite,    la  magnésie, le spinelle et une solution solide de       périclase    et de zircone;

   ses teneurs en silice,       alumine,    zircone et magnésie étaient. respec  tivement, en poids et selon son analyse     chi-          mique,        de        11    à     24        %,        de        10    à     40        %,

          de        15    à       59        %        et        de        10    à     56%.        En        faisant        varier        l'im-          portance    relative des différentes phases en  présence, on peut réaliser une gradation de la  basicité de la matière réfractaire obtenue.  



  Les matières réfractaires conformes à l'in  vention peuvent être préparées par fusion  des matières premières dans un four électri  que et coulée du produit fondu dans des  moules, en utilisant par exemple les techni  ques données dans le brevet suisse N  123123.    Comme matières premières, on a utilisé la     zir-          kite,    la zircone, la magnésite, le talc, la bauxite,  la     kyanite    et l'olivine, bien qu'évidemment  toute combinaison de matières appropriées qui  assure la composition chimique désirée dans  le produit fondu final donne des résultats       équivalents.    Il n'y a pas d'avantage signifi  catif à     utiliser    des matières plus pures,

   mais  il est indiqué de maintenir la teneur en oxyde  de fer à une valeur raisonnable pour éviter  des pièces coulées poreuses. Une certaine  quantité d'oxyde de fer est réduite et éliminée  par le carbone des électrodes, et la porosité  n'est gênante qu'avec des     olivines    trop riches  en     FeO.    Même ces matières coulées, cepen  dant, sont exemptes de fissures et propres à  certains usages.     Habituellement,    la chaux,  l'oxyde de titane, l'oxyde de fer ou d'autres  impuretés mineures éventuelles se trouvent  dans la matrice non cristalline, puisqu'en pra  tique la cristallisation des matières réfrac  taires du     type    auquel se rapporte l'invention  n'est jamais complète.

           Etant    donné que le degré de cristallisation  dépend de la vitesse de refroidissement, de la       dimeûsion    du moulage, du degré de recuit, de  la composition chimique et d'autres facteurs,  variables; dans ce qui suit, on expliquera con  ventionnellement la basicité des compositions  conformes à l'invention par les quantités des  phases cristallines principales, calculées à par  tir de la composition chimique, qui sont -pré- ,  sentes dans les conditions d'équilibre,     c'est-          à-dire    après un refroidissement infiniment  lent.

   De cette manière, on pourra se faire une  idée de la basicité relative des compositions,  quand bien même cette notion est faussée  dans une certaine mesure, en pratique, par le  fait qu'une quantité notable de matrice vi  treuse peut être présente, particulièrement si  la teneur en silice est élevée.  



  Il convient de rappeler par ailleurs que       ZrO2    absorbe en solution solide     MgO    jusqu'à       25        %        en        poids        au        point        de        solidification,        mais     la     solubilité    décroît rapidement avec la tem  pérature.

   Comme la dissolution de     .#LIgO    trans  forme le cristal biréfringent de     ZrO.    en un      cristal isométrique (cubique) d'un indice de  réfraction plus bas, l'examen pétrographique  révèle si la solution solide est présente. On a  trouvé qu'une telle solution solide se forme  quand     ZrOz    est ajouté à la     forstérite,    mais si  du spinelle est également présent, la forma  tion de la solution solide est apparemment em  pêchée. Enfin, si l'on ajoute encore du     péri-          clase,    la solution solide réapparaît.

   Comme les  conditions d'équilibre pour cette solution so  lide ne sont pas connues exactement, il n'en a  pas été tenu compte et on a tablé sur     Zr0     seul pour indiquer la basicité des composi  tions.    Des matières réfractaires coulées con  formes à l'invention et présentant d'excel  lentes propriétés peuvent être constituées  essentiellement par le système     forstérite-zir-          cone,        pourvu        que        11%        au        moins        de        silice     soient présents,

   une quantité aussi faible que       151/o    de zircone étant suffisante pour éviter  la fissuration caractéristique des compositions  à base de     forstérite    et donner des moulages  non poreux et non fragiles quand ils sont cor  rectement recuits en les couvrant de terre de       diatomée.    Les compositions suivantes, par  exemple, ont donné de bons moulages exempts  de fissures, non fragiles et non poreux.

    
EMI0003.0018     
  
    Coulée <SEP> sioa <SEP> Alz0s <SEP> Fe2O3 <SEP> TiO2 <SEP> CaO <SEP> Mg0 <SEP> Zr0z
<tb>  A <SEP> 36,4 <SEP> 0,6 <SEP> 0,3.0,14 <SEP> 3,4 <SEP> 44,0 <SEP> 15,2
<tb>  B <SEP> 30,1 <SEP> 0,9 <SEP> 0,27 <SEP> 0,41 <SEP> 2,5 <SEP> 35,9 <SEP> 29,9
<tb>  C <SEP> 17,1 <SEP> 1,8 <SEP> 0,55 <SEP> 0,83 <SEP> 0,8 <SEP> 19,2 <SEP> 59,8
<tb>  D <SEP> 11,0 <SEP> 2,1 <SEP> 2,32 <SEP> 0,78 <SEP> 0,5 <SEP> 14,2 <SEP> 69,1       Dans ces coulées, l'alumine (provenant  de la     zirkite)    peut être considérée comme une  impureté, mais comme le spinelle est une des  phases principales considérées plus loin, toute    l'alumine est calculée comme     spinelle    et la     i     magnésie restante comme     forstérite,

      ce qui  donne les phases suivantes dans les conditions  d'équilibre.  
EMI0003.0023     
  
    0ôulée <SEP> Forstérite <SEP> Spinelle <SEP> magnésien <SEP> Zircone <SEP> Résidu
<tb>  A <SEP> 76,2 <SEP> 0;8 <SEP> 15,2 <SEP> 7,8
<tb>  B <SEP> 61;8 <SEP> 1,3 <SEP> 2.9,9 <SEP> 7,0
<tb>  C <SEP> 32,2 <SEP> 2,5 <SEP> 59,8 <SEP> 6,5
<tb>  D <SEP> 23,3 <SEP> 2,9 <SEP> 69,1 <SEP> 4,7       En pratique, un peu de magnésie peut être  en solution solide avec la zircone, mais malgré  cela, le caractère de la matière n'est probable  ment pas plus basique que celui qui corres  pond à la composition telle qu'elle a été cal  culée ci-dessus.  



  Si de la magnésie est ajoutée au système  satisfaisant     forstérite-zircone,    la qualité est  diminuée,     les    compositions riches en magnésie  étant poreuses et sujettes à se fissurer ou     à,     se briser, tandis que les compositions pauvres  en magnésie et riches en     forstérite        présentent     la fragilité caractéristique des compositions  simples de     forstérite.     



  Si, d'autre part, du spinelle magnésien est  ajouté comme troisième phase au système    satisfaisant     forstérite-zircone,    toutes les     com-          positions        ternaires        avec        plus        de        15%        de        ZrO.          et        plus        de        11%        de        silice        sont        douées        

  de        pro-          priétés    excellentes. Comme le     spinelle    magné  sien peut être ainsi substitué en partie à la  zircone, une gradation de la basicité peut être  obtenue. Puisque la silice est nécessaire de  toute manière pour la formation de     forstérite,     l'alumine peut être ajoutée sous forme de  bauxite commerciale, de     kyanite    ou d'autres  minerais siliceux, ce qui permet de réaliser  une économie par rapport aux compositions  de spinelle, nécessitant des matières plus coû  teuses exemptes de silice.

   Des compositions de  coulées ayant donné de bons résultats sont  données ci-après:    
EMI0004.0001     
  
    Coulée <SEP> SiO2 <SEP> A1203 <SEP> Fe2O3 <SEP> TiO2 <SEP> C20 <SEP> Mg0 <SEP> ZrO2
<tb>  F <SEP> 11,0 <SEP> 21,3 <SEP> 0,41 <SEP> 0,61 <SEP> 0,6 <SEP> 21,6 <SEP> 44,5
<tb>  G <SEP> 11,0 <SEP> 40,0 <SEP> 0,01 <SEP> 0,09 <SEP> 0,7 <SEP> 28,2 <SEP> 20,0
<tb>  H <SEP> 17,9 <SEP> 31,1 <SEP> 0,51 <SEP> 0,17 <SEP> 1,8 <SEP> 33,4 <SEP> 15,1
<tb>  1 <SEP> 18,2 <SEP> 18,0 <SEP> 0,01 <SEP> 0,15 <SEP> 0,6 <SEP> 29,9 <SEP> 33,2
<tb>  J <SEP> 23,8 <SEP> 21,5 <SEP> 0,33 <SEP> 0,14 <SEP> 2,3 <SEP> 36,7 <SEP> 15,2
<tb>  K <SEP> 24,6 <SEP> 7,5 <SEP> 0,01 <SEP> 0,15 <SEP> 1,1 <SEP> 33,6 <SEP> 33,<B>0</B>
<tb>  L <SEP> 30,1 <SEP> 11,0 <SEP> 0,33 <SEP> 0,14 <SEP> 2,9 <SEP> 40,3 <SEP> 15,

  2
<tb>  Coulée <SEP> Forstérite <SEP> Spinelle <SEP> magnésien <SEP> Zircone <SEP> Résidu
<tb>  F <SEP> 22,8 <SEP> 29,8 <SEP> 44,5 <SEP> 2,9
<tb>  G <SEP> 21,4 <SEP> 55,9 <SEP> 20,0 <SEP> 2,9
<tb>  H <SEP> 36,7 <SEP> 43,3 <SEP> 15,1 <SEP> 4,9
<tb>  1 <SEP> 39,6 <SEP> 25,2 <SEP> 33,2 <SEP> 2,0
<tb>  J <SEP> 49,1 <SEP> 30,0 <SEP> 15,2 <SEP> 5,7
<tb>  g <SEP> 53,2 <SEP> 10,5 <SEP> 33,0 <SEP> 3,3
<tb>  L <SEP> 62,5 <SEP> 15,4 <SEP> 15,2 <SEP> 6,9       Tandis que l'addition de magnésie au sys  tème     zircone-forstérite    est indésirable, de bons  moulages peuvent être obtenus quand de la  magnésie     additionnelle    est utilisée en présence  de     forstérite    et de spinelle avec la zircone.

         Avec        un        minimum        de        11%        de        silice,        un        excès          de        MgO        allant        jusqu'à        23        %    a     donné        de        bons     résultats, avec des quantités calculées égales       (25%)

          de        spinelle        et        de        zircone        (coulée        0),     mais une nouvelle augmentation jusqu'à     381/o     de l'excès de     'IvIgO        donne    des moulages fissu  rés.

   Avec une teneur     calculée    de     spinelle       magnésien aussi faible que     151/o,    on a obtenu  de bons moulages avec un excès de magnésie       de        25%        sur        la        quantité        nécessaire        pour        la          formation        de        42%        de        forstérite;

          151/o        de          Zr0=    sont à nouveau suffisants pour éviter  les fissures dans cette matière réfractaire ba  sique. Puisque 1.5% de spinelle magnésien et  15% de zircone paraissent être un minimum  en présence d'un excès de magnésie,     une    nou  velle augmentation de     forstérité    diminue la  basicité.

   Les compositions suivantes ont donné  de bons moulages:  
EMI0004.0055     
  
    Coulée <SEP> SiO2 <SEP> A1203 <SEP> Fe2O3 <SEP> Ti0 <SEP> C20 <SEP> <B>MgO</B> <SEP> ZrO2
<tb>  M <SEP> 11,0 <SEP> 30,9 <SEP> 0,18 <SEP> 0,28 <SEP> 1,2 <SEP> -36,4 <SEP> 20,0
<tb>  N <SEP> 11,0 <SEP> 10,7 <SEP> 0,41 <SEP> 0,62 <SEP> 0,8 <SEP> 31,6 <SEP> 44,9
<tb>  0 <SEP> 11,0 <SEP> 17,9 <SEP> 0,09 <SEP> 0,13 <SEP> 0,9 <SEP> 44,9 <SEP> 25,0
<tb>  P <SEP> 18,1 <SEP> 10,7 <SEP> 1,55 <SEP> 0,45 <SEP> 1,8 <SEP> 37,4 <SEP> 30,0
<tb>  Q <SEP> 17,9 <SEP> 21,9 <SEP> 0,78 <SEP> 0,23 <SEP> 2,0 <SEP> 42,2 <SEP> 15,0
<tb>  R <SEP> 18,1 <SEP> 14,4 <SEP> 0,68 <SEP> 0,22 <SEP> 1,9 <SEP> 44,6 <SEP> 20,1
<tb>  S <SEP> 17,9 <SEP> 10,8 <SEP> 0,78 <SEP> 0,23 <SEP> 2,3 <SEP> 53,0 <SEP> 15,0
<tb>  T <SEP> 24,0 <SEP> 11,0 <SEP> 1,35 <SEP> 0,23 <SEP> 3,3 <SEP> 45,1 <SEP> 15,

  0
<tb>  Coulée <SEP> Forstérite <SEP> Ng0 <SEP> ZrO2 <SEP> Spinelle <SEP> magnésien <SEP> Résidu
<tb>  M <SEP> 25,9 <SEP> 9,3 <SEP> 20,0 <SEP> 43,2 <SEP> 1,6
<tb>  N <SEP> 25,9 <SEP> 12,5 <SEP> 44,9 <SEP> 14,9 <SEP> 1,8
<tb>  0 <SEP> 25,9 <SEP> 22,9 <SEP> 25,0 <SEP> 25,0 <SEP> 1,2
<tb>  P <SEP> 42,6 <SEP> 8,7 <SEP> 30,0 <SEP> 15,0 <SEP> 3,7
<tb>  Q <SEP> 42,1 <SEP> 9,3 <SEP> 15,0 <SEP> 30,6 <SEP> 3,0
<tb>  R <SEP> 42,6 <SEP> 14,4 <SEP> 20,1 <SEP> 20,1 <SEP> 2,8
<tb>  S <SEP> 42,1 <SEP> 24,5 <SEP> 15,0 <SEP> 15,1 <SEP> 3,3
<tb>  T <SEP> 56,5 <SEP> 8,2 <SEP> 15,0 <SEP> 15,4 <SEP> 4,9
<tb>  4         Comme indiqué précédemment, un peu de  magnésie est en solution solide dans     ZrOü,     mais dans le tableau elle est entièrement  exprimée en     MgO.  

Claims (1)

1. REVENDICATION: Matière coulée réfractaire à la chaleur, caractérisée en ce qu'elle comprend au moins des cristaux de zircone et de forstérite dis persés dans une matrice non cristalline, la forstérite s'élevant au moins à 21% du poids total de ladite matière. SOUS-REVENDICATIONS 1.

   Matière selon la revendication, caracté risée en ce qu'elle contient, selon analyse chi mique, au moins 151/o de zircone et au moins 11% de silice en poids. 2. Matière selon la revendication, caracté risée en ce qu'elle est constituée, au moins en majeure partie, par de la zircone, de la ma gnésie, de l'alumine et de la silice, le nombre des molécules de magnésie étant sensiblement égal à la somme du nombre des molécules d'alumine plus le double du nombre des mo lécules de silice. 3.

   Matière selon la revendication et la sous-revendication 1, caractérisée en ce qu'elle est constituée, an moins en majeure partie, par de la zircone, de la magnésie, de l'alumine et de la silice, le nombre des molécules de magnésie étant sensiblement égal à la somme du nombre des molécules d'alumine plus le double du nombre des molécules de silice. 4.

   Matière selon la revendication, caracté risée en ce qu'elle est constituée, au moins en majeure partie, par de la zircone, de la magné sie, de l'alumine et de la silice, la teneur en alumine étant d'au moins 11% en poids, et le nombre des molécules de magnésie étant supérieur à la somme du nombre des molé cules d'alumine plus le double du nombre des, molécules de silice. 5.

   Matière selon la revendication. et la sous-revendication 1, caractérisée en ce qu'elle est constituée, au moins en majeure partie, par de la zircone, de la magnésie, de l'alumine et de la silice, la teneur en alumine étant d'au moins 11% en poids, et le nombre des molécules de magnésie étant supérieur à la somme du nombre des molécules d'alumine phis le double du nombre des molécules de silice. 6.

   Matière selon la revendication., caracté risée en ce que ses constituants cristallins principaux sont la forstérite, la magnésie, le spinelle et une solution solide de périclase et de zircone, ses teneurs en silice, alumine, zir- cone et magnésie étant respectivement, en poids et selon analyse chimique, de 1.1 à. 24%,

   de 10 à 40 %, de 15 à 59 % et de 10 à 56 0/0.