CH348912A

CH348912A - Procédé de fabrication d'un matériau isolant réfractaire, matériau isolant réfractaire obtenu par ce procédé et appareil pour la mise en oeuvre dudit procédé

Info

Publication number: CH348912A
Authority: CH
Inventors: Herbert Thompson Arthur; Wragg Littlewood Fred; Marshall Arthur
Original assignee: Thomas Marshall & Company Loxl
Priority date: 1956-12-04
Filing date: 1957-12-03
Publication date: 1960-09-15

Description

Proce'de' de fabrication d'un mat6riau isolant r6fraetaire, matMan isolant r6fraetaire obtenu par ce proce'd6 et appareil pour la mise en üeuvre dudit proce'de' La Präsente invention concerne, un proc6d6 de fabrication d'un mat6riau isolant r6fraetaire tr#s poreux, un mat6riau isolant r6fractaire obtenu. par ce proc6d6, un appareil pour la mise en wuvre du proc6d6 et une utilisation du mat6riau obtenu.

Jusqu'ä ce jour, des briques isolantes r6fractaires ont parfois 6t6 fabriqu6es ä partir d7un matdriau r#fractaire, en g6n6ral de Pargile ou du kaolin, trait6 de mani#re ä 8tre t & s poreux et donc d'une faible densit#. Leur conductivit6 thermique est substantiellie- ment proportionnelle ä leur densit6, c'est-ä-dire que plus la porosit6 est grande, plus. petite est la conduc- tivit# thermique. Elles sont utilis#es. pour le rev8te- ment de poeles et autres appareils de chauffage en vue de la conservation de la chaleur.

Le proc#d6 g6n6ralement utilis# pour fabriquer de telles briques consiste ä m61anger avec une argile rHractaire plastique un mat6riau combustible, sou- vent de la seiure.

Ce m61ange est mou16 en forme de briques, s#ch6, puis cuit dans un four qui brüle le mat6riau combus- tible, ce qui conf#re une structure poreuse au produit fini. A cause du tr#s grand retrait qui se produit au cours de ce proc6d6, il est trU difficile de fabriquer des briques ayant un degr6 de prdcision suffisant pour leur utilisation ä moins. qu'elles ne soient fabri- qu6es d'une dimension plus grande et ensuite meu- Mes ä la dimension ä Faide d'une installation de meu- lage addquate, ce qui est on6reux d'une part, et, d'autre, part, occasionne un gaspillage de mati#re. En outre, la fabrication de telles briques est un pro- c6d6 long et, de plus, la cuisson en s6rie de ces bri- ques est difficile ä conträler, de sorte qu'il en r6sulte un grand d6chet.

Un autre proc6d6 connu consiste ä obtenir la porosit6 dans la brique en faisant en sorte que le m61ange, ä partir duquel on fabrique la brique, con- tienne, une tr#s grande quantit6 de bulles de gaz. Ceci est g6n6ralement appe16 proc6d6 ä mousse ou <RTI ID="0001.0275" WI="10" HE="4" LX="1808" LY="1834"> kume et pr6sente le d6savantage qu'il est difficile de con- träler la dimension, la forme et la densit6 de la brique obtenue.

Un autre proc6d6 connu consiste ä m61anger de Fargile sec avec un mat6riau combustible, en g6n6ral du charbon ou du coke, puis de cuire ce m61ange dans une installation de concr6tion qui, en brülant le combustible, produit une masse poreuse. Celle-ci peut alors kre concass6e, m61ang6e avec de la glaise agglutinante, puis mouke, en forme de briques, s6ch6e et subs6quemment cuite dans un four, afin de lui donner sa forme Winitive. Dans un tel proc6d6, il est possible de produire des briques de dimension pr6eise, mais ce proc6d6 est g6n6ralement limit6 ä l'emploi d'une argile dans lequel il se produit un gon- flement ou une expansion des grains au cours du processus de concr6tion. Pour cela et pour d'autres raisons encore, des argiles ä haut pouvoir r6fractaire ne peuvent 8tre utäis6es, prerni#rernent parce qu'elles Wont pas une tendance ä gonfler et secondement, parce que Pargile se contamine avec de la cendre du charbon ou du coke avec Iequel elle est m61ang6e, afin de constituer un agglom6r6, ce qui r6duit le pouvoir r6fractaire de Pargile et limite donc le proc6d6 ä la production de briques isolantes r6fractaires utilisables seulement pour de basses temp6ratures. En outre, ce proc6d6 ne produit g6n6ralement pas une masse pr6- sentant une densit6 suffisammen faible, c'est-ä-dire ayant une porosit6 suffisamment grande pour pro- duire une brique tr6s efficace, mais donne une masse ayant une densit6 g6n6rale, de, Pordre de930 kg par m#tre cube, lorsqu7e]le est tri6c ä une dimension ad6- quate pour la fabrication d!une brique.

Le proc#d6 que comprend Pinvention, pour la fabrication d'un mat6riau isolant r6fractaire tr#s po- reux ä partir d!un mat6riau r6fractaire qu'on introduit sous forme, de particules distinctes les unes des autres, en m8me temps qu'un fluide gazeux dans la zone chaude d7un four ayant un foyer vertical comprenant une zone chaude sup6rieure et une zone froide inf6- rieure, de mani#re que les particules et leur fluide de transport soient soumis, ä un traitement thermique etä un mouvement violent ä Fint6rieur du foyer qui provoque des chocs entre les particules et avec les parois de la zone chaude du foyer, est caract6ris6 par le fait qu7on introduit les particules avec de Fair de combustion sous pression tangentiellement dans la zone chaude du foyer, et qu'on les am#ne par la production dIne temp6rature suffisamment 61ev6e, comprise entre1000 et17501, C, dans un 6tat pyro- plastique et visqueux, de sorte _ que ces particules adh#rent les unes aux autres et s'accumulent en mas- ses de particules agglom6r6es d'une porosit6 tr#s 61e- We jusqu'ä ce que le poids de ces masses soit suffi- sant pour vaincre l'adh6rence aux parois du foyer et quIelles tombent dans la zone plus froide du foyer pour etre ensuite d6charg#es du foyer et refroidies en masses r6fractaires cuites et solidifi6es de haute porosit6.

La porosit6 du mat6riau ainsi obtenu est produite par la pr6sence d#espaces entre des groupes de parti- cules adh6rant les unes aux autres ainsi RTI ID="0002.0281" WI="13"HE="4" LX="945" LY="1983"> qu'entre les diff6rentes particules individuelles adh6rant les unes aux autres.

Comme mati#re prerni#re, les particules peuvent pr6senter une humidit6 pouvant atteindre 15'% de leur poids, mals il est toutefois pr6f6rable de ne pas d6passer 5 ID/o.

Les particules peuvent 8tre chauNes dans le foyer par la combustion dans celui-ci d'un m61ange gazeux combustible introduit de mani#re ad6quate dans le foyer, et de Fair secondaire, pr6chauff6 par exemple, peut 6galement 8tre introduit dans le foyer pour aider ä la combustion.

Les particules introduites dans le foyer sont, de pr#f6rence, d'une dünension suffisamment petite pour passer ä travers un tamis dont les mailles ne sont pas plus grandes que '/8". Pour imprimer un violent mouvement aux parti- cules pendant leur traltement dans le foyer, le m6- lange gazeux ou Fair secondaire, ou les deux, peuvent etre introduits dans le foyer tangentiellement ä un cerele concentrique ä Faxe de ce foyer de mani#re ä imprimer aux particules un mouvement tourbillon- naire.

Le fluide pour la combustion dans le foyer peut 8tre du gaz, de l'huile ou un combustible pulv6ris6 introduit dans ce foyer au moyen de brüleurs ou autres dispositifs a & quats.

La temp6rature n6cessaire dans la zone ä haute temp6rature du foyer varie entre 1000oC et 1750oC, selon le mat6riau r6fractaire partieulier utilis6 et la temp6rature ä Iaquelle les particules de celui-ci de- viennent pyroplastiques. Le mat6riau ä utiliser ne doit pas n6cessairement 8tre tel que les particules de celui-ci pr6sentent une plasticit6 ä l'6tat non trait6, la dimension des particules, par contre, est telle que celles-ci puissent a!s6ment ftre convoy & s alors qu'el- les sont en suspension dans les gaz chauds turbulents.

Un exemple d'un mat6riau r6fractaire qui peut Ure utilis6 et qui devient pyroplastique ä partir de 1250,) C ou 1300oC est Pargile r6fraetaire typique comprenant les constituants suivants :

1% en poids si02 ........ . ..... 46.55 A1208 .............. 31.94 Fe203 .............. 3.04 Ti02 .............. 1.28 Ca0 .............. 0.25 mg0 .............. 0.77 Na,0 .... . - - - ...... 0.30 K20 .............. 2.33 Perte ä la combustion. . 13.55 Un autre exemple d'un mat6riau r6fractaire et qui devient pyroplastique ä partir de 1600oCä gs 16500 C est la Sillimanite comportant les constituants suivants:

1% en poids S'02 ........ ... 35.70 A1203 .............. 62.28 Fe,203 .............. 1.74 Tio2 . . ............ 0.18 mg0 .............. 0.13 Ca0 . . ............ Trace TXF FR="5" WI="84" HE="54" LX="1144" LY="2198" SIZE="10" FONT="Times New Roman"> Dans une utilisation partieuUre du mat & iau obtenu, la masse agglom6r#e fortement poreuse peut 8tre coneassee pour former des masses agglom6r6es plus petites. Celles-ci peuvent ftre tri6es suivant des dimensions ad6quates pour leur utilisation dans la fabrication de ciment ou b6ton r6fractaire Mger ou peuvent 8tre concass6es en masses agglom6r6es en- core plus petites et ad6quates pour 8tre utilis6es dans la fabrication de briques isolantes r6fractaires poreu- ses pouvant pr6senter diffftentes formes ä partir d7un m61ange qui comprend lesdites masses agglom6r6es de petites dimensions et un liant hydraulique, de Peau Aant ajout6e pour former le m61ange humide n6cessaire pour le moulage dans la forme d6sir6e.

Dans une autre utilisation pour la fabrication de briques isolantes r6fractaires poreuses, les masses agglom6r#es provenant du foyer sont concass#es m6- caniquement puis tamisdes et trMes en trois dimen- sions, petite, moyenne et grande, dont la plus grande passeä travers un tamis dont les mailles sont: de '/8", une certaine quantit6 de chaeune des trois dimensions 6tant m61angde ensemble avec un liant et de Peau, ce liant consistant en particules non cuites du mat6- riau argileux.

Le m61ange peut contenir une quantit6 pr6pond & rante de masses de la grande dimension tamis6es et form6es artificiellement.

Le liant pour le m61ange peut consister en parti- cules brutes non cuites d'un mat6riau argileux simi- laire ä celui trait6 dans le foyer en vue de former les masses utilis6es dans ledit m61ange.

L'appareil que comprend aussi Pinvention est caract6ris6 par le fait qu'il comprend un four pr6sen- tant un foyer s'6tendant verticalement et de section transversale circulaire, la partie sup6rieure de ce foyer constituant une zone ä baute temp6rature, tan- dis que la partie inMrieure de celui-ci constitue une zone de refroidissement, par le fait qu'il comporte des brüleurs perinettant d'injeeter, dans la zone ä baute temp6rature, un fluide combustible, et des orifices d'admission d'air secondaire s'ouvrant tan- gentiellement dans la zone ä baute temp#rature etä travers lesquels de Pair secondaire transportant des particules d'un mat6riau r6fractaire peut kre inject6 dans cette zone ä baute tempftature afin de sou- mettre ces particules ä Faction des gaz en combustion, et par le fait qu'il comporte des moyens suspendus au plafond du foyer, qui conf#rent une forme annu- alire ä la zone ä baute temp6rature, un orifice de sortie pour les gaz brül6s qui s'ouvre dnas la partie inf6rieure de refroidissement, et un orifice de d6- charge situ# en dessous de Forifice de sortie des gaz brül6s et permettant de sortir du foyer le mat#riau trait6.

Le dessin annex6 repr6sente, ä titre d'exemple, une forme d'ex6cution de l'appareil que comprend Finvention.

La fig. 1 en est une coupe verticale la fig. 2 en est une vue en plan; la RTI ID="0003.0280" WI="5" HE="4" LX="342" LY="2204"> fig. 3 est une repr6sentation d'une microphoto- graphie grossie 15 fois de la surface d'une section tr#s fine, d'une petite masse agglom6r6e qui a 6te' d6tach6e d'une masse agglom6r6e plus grande pro- duite au moyen d'une mise en oeuvre du proc#d6 selon Finvention.

L'appareil repr6sent6 comprend un four 10 en briques, de seetion transversale rectangulaire, qui renfenne un foyer vertical 11 de seetion transversale eirculaire et se r6tr6cissant en direction de sa base ä partir d'un plafond 12 jusqu'au fond 13. Une ou- verture 14 est am6nag6e dans la partie. inf6rieure du foyer pour I'khappement des gaz brül6s.

La partie sup6rieure du foyer 11 est aliment6e en fluide combustible au moyen de quatre brüleurs 15 inje,ctant le combustible, en direction du bas ä travers le plafond 12 et tangentiellement approximativement dans un angle de300 par rapport -ä la verticale. Ces brüleurs sont aliment6s en fluide combustible ä partir d'une source d'alimentation (non repr6sent#e) etä travers un groupe de tubulures 16.

Juste en dessous du plafond 12, le foyer 11 est pourvu, espac6s circonf6rentiellement, de quatre ori- fices 17 d'admission d'air secondaire ä travers les- quels de Fair secondaire r6chauff6 est introduit pro- venant d'une tubulure d'alimentation 18 et de con- duits 19 reliant lesdites tubulures ä chacun des orifi- ces d'alimentation 17.

Les orifices 17 d'alimentation en air secondaire d6bouchent tangentiellement ä l'int6rieur du foyer 11 et imprünent ainsi un mouvement tourbillonnaire ä cet air secondaire et au fluide combustible entrant dans le foyer par les brüleurs 15.

Un pilier 21, de section transversale circulaire, est suspendu au plafond 12 concentriquement ä Fin- t6rieur du foyer et s'6tend vers le bas sur une distance qui constitue la zone 20ä haute temperature de ce foyer. Ce pilier conMre ä cette zone 20ä baute tem- p6rature une forme annulaire.

L'air secondaire est introduit apr#s avoir 6t6 r6chauff# par Fextr6mit6 22 de la ttibulure d'alimen- tation 18 qui est engag6e dans, et passeä travers un canal d'6chappement 23 des gaz brül6s qui relie Fou- verture de sortie 14 du foyer 11 avec une chemin6e 24 de la constraction 25. Ce conduit d'alimentation en air secondaire est r6chauff6 par contact avec les gaz chauds brül6s sortant du foyer.

A Fendroit oü le conduit d'alimentation en air secondaire quitte le canal 23 comme repr6sent6 en 26, ce conduit est muni d'une hotte d'alimentation 27 dispos & sur RTI ID="0003.0549" WI="3" HE="4" LX="1292" LY="1809"> le cöt6 refoulement d'un ventilateur 28.

Le mat6riau qui doit 8tre trait6 dans le foyer est introduit sous forme de particules distinctes dans la hotte27 et, gräce ä Faction du ventilateur 28, tra- vaillant ä l'int6rieur du conduit d'alimentation 18 en air secondaire, les particules dudit mat6riau sont en- train#es dans le courant d'air secondaire r#chauff6 et introduites avee celui-ei dans la zone 20ä baute temp6rature du foyer, afin de leur conf6rer un violent mouvement turbulentä l'int6rieur de ce foyer, tandis qu'elles sont soumises ä une temp6rature suffisam- ment 61ev#e et pendant un temps suffisant pour assurer que ces particules deviennent pyroplastiques.

Gräce ä la forme annulaire de la zone 20ä baute temp6rature du foyer 11, un effet de cyclone est pro- duit sur ces particules par le mouvement turbulent violent imprim6 ä celles-ci et, en cons6quence, une force centrifuge est g6n6r#e qui provoque Fentrecho- quement des particules les unes avec les autres et contre les surfaces du foyer et du pilier central, de sorte que, lorsque les partieules atteignent leur 6tat pyroplastique, elles adhèrent les unes aux autresde façonà former sur les surfaces du foyer des masses agglomérées comme représentées en29 dans la fig. 1 et jusqu7au moment où leur poids devient suffisant pour qu7elles se détachent desdites surfaces et tom bent par gravité sur le fond du foyer et, en consé quence, dans une zone de refroidissement de ce foyer.

Le fond13 du foyer peut être incliné vers le bas en direction d'une ouverture de décharge30, de ma nière que les masses agglomérées se déchargent d'elles-mêmes hors du foyer lorsquMles tombent ou bien elles peuvent être poussées manuellement au moyen d7une pelle31 en vue de leur refroidissement.

En examinant la fig. 3, on peut se rendre compte qu'une masse agglomérée formée au moyen de l'ap pareil décrit et qui présente une dimension. suffisam ment petite pour être incluse dans un mélange pour le moulage en briques réfractaires poreuses, présente une très grande porosité, grâce aux espaces32 qui se produisent entre les groupes de particules33 adhérentes.

Lorsquele matériau isolant obtenu doit être utilisé pour la fabrication de briques isolantes réfrac taires poreuses ou d'articles présentant une autre forme, ledit matériau est déchargé du foyerà l'état refroidi et solidifié, puis est concassé jusqu'à des masses de faibles dimensions en le passantà travers des meules, puis en le tamisant suivant diverses di mensions dont la plus grande dimension est choisie afin de passerà travers un tamisà mailles pas plus grandes, par exemple, que lic" et que celles-ci sont en même temps mélangées avec des particules de dimension plus petite et avec un liant adéquat con sistant en eau et un ciment, afin de former un mé lange humide, ce ciment consistant en particules non cuites du matériau argileux. Un additif peut être inclus dans le mélange, consistant en au moins une des substances suivantes: lessive de sulfite et gomme- résine à noyau ou autres agents liants.

Lorsque le matériau isolant sortantde l'appareil décrit est broyé et trié, les masses plus petites obte nues présentent une densité d'ensemble de250 kg à 750 kg par mètre cube.

Claims

REVENDICATIONS: 1. Procédé de fabrication d'un matériau isolant réfractaire très poreuxà partir d'un matériau réfrac taire qu'on introduit sous forme de particules dis tinctes les unes des autres en même temps qu'un fluide gazeux dans la zone chaude d'un four ayant un foyer vertical comprenant une zone chaude supé rieure et une zone froide inférieure, de manière que les particules et leur fluide de transport soient sou misà un traitement thermique età un mouvement violentà l'intérieur de ce, foyer qui provoque des entrechoquements entre les particules et avec les parois de la zone chaude du foyer, caractérisé par le fait qu'on introduit les particules avec de l'airde combustion sous pression, tangentiellement dans la zone chaude du foyer, et qu'on les amène, par la production d'une température suffisamment élevée comprise entre1000 et17500 C, dans un état pyro- plastique et visqueux, de sorte que ces particules adhèrent les unes aux autres et s'accumulent en mas ses de particules agglomérées d'une porosité très éle vée jusqu'à ce que le poids de ces masses soit suffi sant pour vaincre l'adhérence aux parois du foyer et qu'elles tombent dans la zone plus froide du foyer pour être ensuite déchargées du foyer et refroidies en masses réfractaires cuites et solidifiées de haute porosité. IL Matériau isolant réfractaire très poreux obtenu par le procédé selon la revendication1, carac térisé par le fait qu'il est constitué de particules d'un matériau argileux cuit, agglomérées les unes aux au tres et formant ainsi une masse très poreuse. 111. Appareil pour la mise en #uvre du procédé selon la revendication1, caractérisé parle fait qu'il comprend un four présentant un foyer s'étendant verticalement et de section transversale circulaire, la partie supérieure de ce foyer constituant une zoneà haute température, tandis que la partie inférieure de celui-ci constitue une zone de refroidissement, par le fait qu'il comporte des brûleurs permettant d'injecter, dans la zoneà haute température, un fluide combus tible, et des orifices d'admission d'air secondaire siouvrant tangentiellement dans la zoneà haute tem pérature età travers lesquels de l'air secondaire transportant des particules d'un matériau réfractaire peut etre injecté dans cette zoneà haute température afinde soumettre ces particulesà l'action des gaz en combustion, et par le fait qu'il comporte des moyens suspendus au plafond du foyer, qui confèrent une forme annulaireà la zoneà haute température, un orifice de sortie pour les gaz brûlés qui s'ouvre dans la partie inférieure de refroidissement, et un orifice de décharge situé en dessous de l'orifice de sortie des gaz brûlés et permettantde sortir du foyer le maté riau traité. IV. Utilisation du matériau isolant selon la revendicationIl dans un mélange pour la fabrication d'articles réfractaires, caractérisée par le fait que le matériau, concassé en grains de dimension telle qu'ils passentà travers un tamis dont les mailles présentent une dimension au plus égaleà 18", est additionné d'un liant. SOUS-REVENDICATIONS: 1. Procédé selon la revendication1, caractérisé parle fait qu'on utilise des particules présentant une humidité ne dépassant pas15 % en poids.
2. Procédé selon la revendication1 et la sous- revendication 1, caractérisé par le fait qu'on concasse mécaniquement les masses agglomérées cuites obte nues, afin d'obtenir des masses agglomérées plus peti tes qui présentent une densité d'ensemblede 250 kg à 750 kg par mètre cube. 3. Appareil selon la revendication111, caractérisé par le fait que les brûleurs sont disposés dans le plafond du foyer de maniùre à injecter le combustible en direction du bas, et par le fait que les orifices d'admission d'air secondaire et du matériauà traiter dans le foyer sont aménagés dans la paroi de ce foyer autour de la zoneà haute température. 4. Utilisation selon la revendication IV, caracté risée par le fait que le matériau est additionné d'un liant hydraulique. 5. Utilisation selon la revendication IV et la sous-revendication 4, caractérisée par le fait que le matériau est additionné d'un agent liant tel que la lessive de sulfite ou la gomme-résineà noyau.