Composition réfractaire<B>à</B> mouler. La présente invention a pour objet une composition réfractaire<B>à</B> mouler susceptible, après cuisson, de résister<B>à</B> des températures -supérieures<B>à</B> 16500C.
De, telles compositions réfractaires peu- #,eiit être utilisées dans l'établissement de gar nitures de, four destinées<B>à</B> être exposées direc- lement <B>à</B> la températuredes flammes.
Dans le <B>cas,</B> par exemple, oit l'on voulait obtenir une g-almiture réfractaire pour les tubes d'eau<B>du</B> Ivpe <B>à</B> saillie formant la paroi d'Lin four, on <B>a</B> habituellement jusqu'à présent -utilisé Lin niélan.-#e relativement consistant comprenant, ini réfractaire<B>à</B> base, de minerai de ehrome, ini. liant ou agent de durcissement, et de J'eau,
que l'on pilonnait<B>à</B> la maiii ou que Fon daniait <B>à</B> l'emplacement voulu sur les tubes (Feau on entre eux. Le caractère fastidieux et le temps requis pour de telles applications (frit entraîné des frais dInstallation <B>-</B> eonsidé- rables. La température.
permise pour l'utili- sation en service est sensiblement, inférieure<B>à</B> <B>1656" C, à</B> moins d'employer un ciment hy draulique<B>à</B> l'aluminate de calcium comme liant et, particulièrement un ciment.<B>à,</B> forte, teneur er alumine, tel que le penta-aluminate tricaleiq,--- <B>(3</B> CaO, <B>5</B> A12033). Tant le minerai de ehronie que le ciment<B>à</B> forte teneur en alu- mhîe sont des matières premières très eoû- feuses et,
le mélange, réfractaire obtenu Fest é'calement. L'expérience montre que des matières ré fractaires susceptibles d'être coulées ou mou- Mes en vue de leurs applications doivent pré senter certaines propriétés physiques pour être le plus efficace possible<B>à</B> l'usage et en service. Lorsqu'on ajoute de l'eau au mélange sec, le mélange mouillé doit avoir s#Lillisam- ment <B>de</B> corps avec -une plasticité suffisante pour quil puisse être travaillé ou malaxé dans le moule et<B>y</B> remplir tous les coins en se conformant<B>à</B> tous les détails du moule.
Une autre propriété désirable de telles com positions réfractaires<B>à</B> mouler est un degré élevé de stabilité géométrique avec non seule ment un faible retrait après cuisson initiale des matières, mais encore un faible retrait<B>à</B> la suite d'un réchauffage initial. Une autre propriété désirable est une forte résistance<B>à</B> l'éclatement, c'est-à-dire l'aptitude<B>à</B> résister <B>à</B> des modifications importantes et répétées de température sans qu'il apparaisse<B>de</B> fissures dans le bloc moulé.
Un point de fu sion supérieur<B>à</B> la température maxima<B>à</B> en visager en service est bien. entendu indispeii- sable pour obtenir le degré<B>de</B> réfractairité désiré pour le mélange réfractaire, tandis qu'une durée de prise réduite, une résistance élevée après prise et une résistance élevée aux cliarges chaudes sont des caractères avan-, tageux, mais de moindre importance.
La composition selon l'invention se carac- t rise en ce quelle comprend, en poids,<B>70 à</B> <B>82</B> 1/o d1un matériau réfractaire alumino-sili- ceux calciné,<B>3-15</B> % de cyanite brute i broyée et<B>15--27</B> 1/ & d'un liant formé au moins en majeure^partie d'argile brute pulvérisée et, d'un ciment hydraulique alaniino-calcique pulvérisé.
Ledit matériau réfractaire peut être cons titué par des débris de kaolin calciné<B>à</B> haute température, de bauxite et de eyanite; ces débris sont avantageusement, dosés, de ma nière<B>à</B> fournir avec les autres constituants alumineux du mélange une teneur globale en alumine, après moulage et cuisson de la com position, de<B>55 à 65 %</B> en poids et de préfé- rence d'environ<B>60</B> Vo. On a constaté qu'une teneur en alumine maintenue dans la gamme ci-dessus contribue<B>à,</B> assurer non seulement, une forte résistance<B>à</B> la fissuration, mais en core une excellente stabilité géométrique<B>à</B> la masse obtenue par cuisson.
Au-dessous de la gamme des teneurs en alumine indiquée, la résistance<B>à</B> la fissuration est médiocre et, au- dessus de cette gamme, la stabilité géoniétri- que décroît rapidement.
<B>Il</B> est indiqué de régler soigneusement la granulométrie des débris calcinés et de la cyanite, brute. Les dimensions de ces consti tuants sont de préférence telles qu'il ne puisse passer plus de<B>8</B> /o en poids de ma tières<B>à</B> travers un tamis standard Tyler <B>à</B> <B>1.50</B> mailles, tandis qu'au moins<B>80 à 95</B> % traversent un tamis standard Tyler <B>à</B> 4 mail les.
On a constaté que si les fines totales de débris et de cyanite dépassent les quantités indiquées, il se produira un retrait exagéré<B>à,</B> une température inférieure d'environ<B>65 à</B> <B>950 C à</B> la température limite d'utilisation possible lorsque les fines ne se trouvent pas présentes en de telles quantités. Les dimen sions indiquées pour les débris assurent aussi une résistance élevée<B>à</B> la fissuration du fait qu'elles permettent la formation d'une ossa ture en matière<B>à</B> peu près dépourvue de si lice dans le bloc final, ce qui empêche la pro duction d-une foi-te proportion de matière en phase vitreuse.
En maintenant les dimensions des particulesdes débris dans la gamme vou lue, on augmente aussi la plasticité du mé lange mouillé, -et le bloc moulé présente la densité voulue.
La eyanite brute<B>à</B> incorporer peut être broyée de manière<B>à</B> passer<B>à</B> travers un tamis Tyler <B>à, 35</B> mailles et forme de préférence en viron<B>7</B> % de la eliarge en poids. La eyanite contribue<B>à</B> la stabilité géométrique de la ma tière moulée en contrecarrant par sa dilata tion le retrait des autres eomposants, retrait qui se produirait autrenieiit pour une gamme de température allant de<B>1315 à</B> 1426"<B>C.</B>
Le ciment hydraulique alumino-calcique peut avoir une composition chimique com prise dans les limites suivantes:
EMI0002.0029
Cao <SEP> <B>23 <SEP> à. <SEP> 226</B> <SEP> Vo <SEP> en <SEP> poids
<tb> <B>A1203 <SEP> 70</B> <SEP> à <SEP> <B>75</B> <SEP> % <SEP> en <SEP> poids
<tb> Si02 <SEP> moins <SEP> de <SEP> 2 <SEP> "/o <SEP> en <SEP> poids
<tb> F'e2o'- <SEP> moins <SEP> de <SEP> <B>111/0</B> <SEP> en <SEP> poids Par exemple, 011 petit utiliser<B>lin</B> ciment présentant l'anal#-.se chimique sui vante:
EMI0002.0032
<B>C <SEP> a, <SEP> 0</B> <SEP> 24,3 <SEP> <B>11/0</B> <SEP> en <SEP> poids
<tb> <B>A12033 <SEP> 73,7</B> <SEP> % <SEP> en <SEP> poids
<tb> Silice <SEP> <B>1,5</B> <SEP> Vo <SEP> en <SEP> poids
<tb> Fe2O?, <SEP> <B>0,3</B> <SEP> 11/e <SEP> en <SEP> poids
<tb> <B>Mgo</B> <SEP> 0,2 <SEP> <B>"/à</B> <SEP> en <SEP> poids On a constaté qu'il était avantageux d*uti- liser de<B>8 à 10</B> /o en poids d'un tel ciment, pulvérisé de facon <B>à</B> passer en totalité<B>à</B> tra vers un tamis standard<B>à 325</B> mailles, les quantités les pl-Lis élevées eorrespondant aux, températures- d'utilisation les plus hautes.
Si on utilise moins de 811/o de ciment, la résis tance après prise du 'bloc est trop faible. Des cônes de fusion constitués par un tel ciment présentent un point de fusion de<B>16930 C.</B> Le temps de prise du ciment. a été déterminé par essais standard, et on a constaté que le début de prise demande 4 heures et la prise com plète<B>6</B> heures.
On a constaté qu'il était avantageux,<B>à</B> Pencontre de ce qui se produit dhabitude pour les réfractaires, de limiter la quantité d'argile pulvérisée (passant au tamis de 200 mailles)<B>à</B> introduire dans le mélange<B>à</B> une teneur de 2<B>à 8</B> /o du poids total de la charge et cela de préférence sous forme de kaolin brut de Géorgie, pulvérulent, et avec une teneur -de<B>3</B> % en poids. Une composition ayant une teneur en argile de plus<B>de 8</B> '/o s'est avérée,comme empêchant ou retardant la prise -du ciment.
On ajoute seulement assez d'argile<B>à,</B> la composition pour empêcher la perte des particules fines de eiment, <B>à</B> la suite <B>5</B> des fuites d#eaa du moule et pour faciliter la manipulation du mélange.
L'argile incorporée a la composition empêche l' e au de s'écouler de la pièce moulée et réduit la quantité de ciment relativement cher nécessaire, tandis qu'en même temps elle permet de travailler la composition et facilite la prise, du eiment.
Une,composition <B>à</B> mouler<B>à</B> base de kaolin pourra présenter la composition générale sui vante:
EMI0003.0016
<B>%</B> <SEP> en <SEP> poids
<tb> Débris <SEP> silico-alumineux <SEP> cuits <SEP> <B>à</B> <SEP> haute <SEP> température, <SEP> passant <SEP> au <SEP> tamis <SEP> <B>à</B> <SEP> 4 <SEP> mailles <SEP> <B>70-82</B>
<tb> Cyanite <SEP> brute <SEP> broyée <SEP> <B>(35</B> <SEP> mailles) <SEP> <B>3-15</B>
<tb> Argile <SEP> brute <SEP> pulvérisée <SEP> (200 <SEP> mailles) <SEP> 2- <SEP> <B>8</B>
<tb> Ciment, <SEP> au <SEP> penta-alaminate <SEP> tricalcique <SEP> pulvérisé <SEP> <B>(325</B> <SEP> mailles) <SEP> <B>8-18</B>
<tb> Voici <SEP> quelques <SEP> exemples <SEP> de <SEP> compositions <SEP> réfractaires <SEP> <B>à</B> <SEP> mouler <SEP> conformes <SEP> <B>à</B> <SEP> l'invention:
<tb> Réfractaire <SEP> <B>à</B> <SEP> mouler <SEP> <B>A <SEP> %</B> <SEP> en <SEP> poids <SEP> %enA1103
<tb> en <SEP> poids
<tb> Débris <SEP> de <SEP> kaolin <SEP> cuits <SEP> <B>à.</B> <SEP> haute <SEP> température <SEP> (4 <SEP> mailles) <SEP> 44,2 <SEP> 44,5
<tb> Débris <SEP> de <SEP> bauxite <SEP> Puits <SEP> <B>à</B> <SEP> haute <SEP> température <SEP> (4 <SEP> mailles) <SEP> <B>30,8</B> <SEP> 74,4
<tb> Cyanite <SEP> brute <SEP> <B>(35</B> <SEP> mailles) <SEP> <B>7 <SEP> 59</B>
<tb> Kaolin <SEP> brut <SEP> (200 <SEP> mailles) <SEP> <B>3 <SEP> 38,5</B>
<tb> Ciment <SEP> ait <SEP> penta-aluminate <SEP> tricalcique <SEP> <B>(325</B> <SEP> mailles)
<SEP> <B>15 <SEP> 75</B>
<tb> Réfractaire <SEP> <B>à</B> <SEP> mouler <SEP> B <SEP> <B>%</B> <SEP> en <SEP> poids
<tb> Débris <SEP> de <SEP> kaolin <SEP> cuits <SEP> <B>à</B> <SEP> haute <SEP> température <SEP> (4 <SEP> mailles) <SEP> <B>36,5</B>
<tb> Débris <SEP> de <SEP> bauxite <SEP> cuits <SEP> <B>à</B> <SEP> haute <SEP> température <SEP> (4 <SEP> mailles) <SEP> <B>36,5</B>
<tb> Cyanite <SEP> brute <SEP> <B>(35</B> <SEP> mailles) <SEP> <B>7</B>
<tb> Kaolin <SEP> brut <SEP> (200 <SEP> mailles) <SEP> <B>5</B>
<tb> Ciment. <SEP> au <SEP> penta-aluminate <SEP> tricalcique <SEP> <B>(325</B> <SEP> mailles) <SEP> <B>15</B> Il est simplement nécessaire, d'ajouter de l'eau fraîche propre<B>à</B> la composition lors de son utilisation.
La quantité d'eau<B>à</B> ajouter dépendra quelque peudesdimensions et de la forme<B>de</B> la pièce<B>à</B> couler. Pour une pièce importante, le mélange doit être quelque peu consistant, tandis que pour une pièce plus petite ou de forme plus compliquée, il est préférable de donner une consistance un peu moins ferme. Dans tous les cas, il faut que la composition remplisse bien tous les creux du moule lorsqu'on la travaille avec une barre.
Il est extrêmement important #d'effectuer un mélange intime puisqu'il peut<B>y</B> avoir une tendance <B>à</B> la sérg ,régation lorsqu'on mélange <B>à</B> consistance dure. D'une manière générale, on peut tabler sur environ<B>16</B> litres d'eau pour<B>100</B> kilogrammes de composition sèche. La composition humectée peut être versée dans des moules comme du béton ordinaire. Le moule ne devra être retiré qu'après prise dure. La composition<B>à</B> mouler décrite fera prise en environ six heures, mais il est re commandé de laisser les moules en place 24 heures.
Le bloc obtenu devra être laissé au contact<B>de</B> l'atmosphère humide pendant la prise, par exemple en l'entourant de sacs hu mides au voisinage,du bloc, mais sans le tou cher. On peut procéder<B>à</B> la cuisson<B>de</B> petits blocs moulés ide la composition envisagée après 48 heures de séchage naturel,<B>à</B> condi tion que la chaleur soit appliquée lentement.
Des masses plus considérables devront être séchées<B>à</B> fond<B>à</B> feu lent en faisant eroÎtr(# progressivement la tempéraWm Pendant la cuisson de la composition,<B>le</B> ciment hydraulique<B>à</B> forte teneur en alamine maintiendra invariables les dimensions du volume occupé par la composition jusqu'à -une température d#environ <B>1093" C</B> pour laquelle Faction du ciment est<B>à</B> peu près épuisée, alors qu'aucune force un peu importante ne s'est encore développée dans le liant cérami que.
Le retrait qui tend<B>à</B> se produire dans un tel corps entre<B>1093</B> et 13151, <B>C</B> est com pensé par la dilatation de la cyanite brute qui<B>y</B> est contenue dans toute la gamme de température allant, de<B>1315 à</B> 14260<B>C.</B> Un re trait tendrait alors<B>à</B> se produire dans les<B>dé-</B> bris de kaolin qui s'y trouvent,, mais est eom- pensé <B>à</B> son tour par la réaction des cristaux de corindon clans les déchets de bauxite avec la silice contenue en excès, c'est-à-dire au- dessus de la proportion correspondant<B>à la</B> mullite dans les débris de kaolin et l'argile,
cette réaction formant de la mullite supplé mentaire. Ladite réaction a pour résultat une dilatation qui maintient la stabilité géométri- que de la composition aux températures de <B>1656 à 16750 C.</B>
Les propriétés de la composition<B>à</B> mouler <B>à</B> base de kaolin décrite sont les suivants, comme établi par des essais très complets:
EMI0004.0014
Température <SEP> dutilisation <SEP> limite <SEP> <B>1656" <SEP> C</B>
<tb> Température <SEP> de <SEP> fusion <SEP> <B>1696" <SEP> C</B>
<tb> Quantité <SEP> d'eau <SEP> nécessaire <SEP> pour <SEP> mouler <SEP> <B>1</B> <SEP> dm3 <SEP> de <SEP> bloc <SEP> réfractaire <SEP> 0,321 <SEP> litre
<tb> Quantit6d'eau <SEP> nécessaire <SEP> pour <SEP> le <SEP> mélange <SEP> de <SEP> <B>100 <SEP> kg</B> <SEP> de <SEP> composition <SEP> sèche <SEP> <B>16</B> <SEP> litres
<tb> Poids <SEP> de <SEP> composition <SEP> sèche <SEP> nécessaire <SEP> pour <SEP> mouler <SEP> <B>1</B> <SEP> dm3 <SEP> de <SEP> bloc <SEP> réfractaire <SEP> <B>2,
05 <SEP> k--g</B>
<tb> Poids <SEP> en <SEP> kg/dm3 <SEP> du <SEP> bloc <SEP> réfractaire <SEP> <B>à</B> <SEP> l'état <SEP> moulé
<tb> Poids <SEP> en <SEP> kg/dm-3 <SEP> du <SEP> bloc <SEP> réfractaire <SEP> <B>à</B> <SEP> l'état. <SEP> sec <SEP> 2J
<tb> Poids <SEP> en <SEP> kg/dms <SEP> du <SEP> bloc <SEP> réfractaire <SEP> après <SEP> cuisson <SEP> 2
<tb> Durée <SEP> de <SEP> prise <SEP> <B>6</B> <SEP> heures
<tb> Retrait <SEP> linéaire <SEP> en <SEP> pourcentage <SEP> <B>à <SEP> 5380 <SEP> C <SEP> - <SEP> 0,11</B>
<tb> <B>8150 <SEP> C <SEP> -0,10</B>
<tb> <B>10930 <SEP> C</B> <SEP> -0,20
<tb> <B>1371" <SEP> C <SEP> -0,1.0</B>
<tb> <B>15ï)7" <SEP> C</B> <SEP> -0,84
<tb> <B>16560 <SEP> C <SEP> +0,25</B>
<tb> Résistance <SEP> mécanique:
<SEP> Module <SEP> de <SEP> rupture <SEP> en <SEP> li:g/em2 <SEP> sec <SEP> <B>28,1</B>
<tb> après <SEP> cuisson <SEP> pendant <SEP> <B>5</B> <SEP> heures <SEP> <B>à <SEP> 10930 <SEP> <I>C</I></B> <SEP> 14,6
<tb> <B>13710 <SEP> C <SEP> -10</B>
<tb> <B>15370 <SEP> C <SEP> 119,6</B>
<tb> <B>16560 <SEP> C <SEP> 117,2</B>
<tb> Résistance <SEP> <B>à.</B> <SEP> Péerasement <SEP> en <SEP> kg/em2 <SEP> <B>à</B> <SEP> sec <SEP> 54,5
<tb> après <SEP> cuisson <SEP> pendant <SEP> <B>5</B> <SEP> heures <SEP> <B>à <SEP> 1093" <SEP> C</B> <SEP> 132,8
<tb> <B>13711, <SEP> C <SEP> 58,6</B>
<tb> <B>15370 <SEP> C</B> <SEP> 2311
<tb> <B>16560 <SEP> C <SEP> 300</B>
<tb> Egsai <SEP> final:
<tb> Retrait <SEP> au <SEP> réchauffage <SEP> en <SEP> pourcentage. <SEP> <B>-</B> <SEP> Essais <SEP> de, <SEP> 24 <SEP> heures <SEP> chacun <SEP> <B>à <SEP> 1656</B>
<tb> et <SEP> <B>15930 <SEP> C <SEP> 0</B>
<tb> Pertes <SEP> par <SEP> fissuration <SEP> en <SEP> pourcentage. <SEP> <B>- <SEP> 10</B> <SEP> cycles <SEP> <B>à</B> <SEP> 14531, <SEP> <B>C</B> <SEP> après <SEP> essais <SEP> de
<tb> retrait <SEP> au <SEP> réchauffage <SEP> <B>0</B>
<tb> <B>A</B>