CH515861A - Procédé de fabrication d'une composition réfractaire solide et compacte isolante, agrégat pour la mise en oeuvre de ce procédé, composition obtenue selon ce procédé et utilisation de cette composition - Google Patents

Description

  
 



  Procédé de fabrication d'une composition réfractaire solide et compacte isolante,
 agrégat pour la mise en oeuvre de ce procédé,
 composition obtenue selon ce procédé et utilisation de cette composition
   I1    existe un besoin croissant de matières isolantes plus efficaces susceptibles de résister aux températures élevées rencontrées dans la technologie moderne et pouvant être mises sous des formes diverses. Il existe des besoins particuliers dans le domaine de la fonte, du transport et du coulage de métaux non ferreux où les matières isolantes doivent posséder une grande solidité, une résistance élevée à l'érosion et au mouillage par le métal, une bonne résistance au choc thermique, ainsi que de bonnes propriétés thermo-isolantes aux températures élevées rencontrées en cours d'utilisation.

  En outre, les matières doivent être faciles à utiliser et relativement bon marché.



   On a utilisé diverses compositions réfractaires sous la forme de précoulages, mais ces produits ne sont pas très adaptés à l'application comme revêtements, bec de creusets, etc., en raison de leur densité élevée ou, quand ils se trouvent sous forme de briques de poids léger, en raison de leur coût élevé. En outre, l'utilisation de briques et autres matières isolantes préformées est limitée à des formes relativement simples et à des applications auxquelles la forme des briques peut convenir, comme dans les revêtements de chaudières, les fours industriels, etc.



   Il existe bien des matières réfractaires qu'on peut couler sur place, mais ces matières n'ont normalement que des propriétés médiocres aux températures élevées, une faible solidité, une forte densité ou une association de ces propriétés qui les rendent d'une utilisation indésirable.



   Ainsi existe-t-il un besoin d'une composition réfractaire possédant de bonnes propriétés isolantes, une bonne résistance au choc thermique et une résistance élevée à l'érosion et au mouillage par un métal fondu, susceptible d'être utilisée à des températures allant jusqu'à 13150 C et qui puisse être facilement mise sous des formes relativement compliquées de la densité désirée au lieu d'utilisation.



   La présente invention se propose de fournir un procédé de fabrication d'une composition réfractaire isolante susceptible de résister à des températures atteignant   1315oC    et un agrégat pour la mise en oeuvre de ce procédé.



   La composition réfractaire obtenue par le procédé de l'invention est facile à couler, projeter, verser, etc., en une forme quelconque désirée et dont la densité peut varier.



   Le procédé selon l'invention est caractérisé en ce qu'il consiste à former un mélange comprenant 32 à 68   O/o    d'eau et 68 à 32   o/o    d'un agrégat comprenant 1 à 10   O/o    de fibres de silicate d'aluminium, 1 à   10 /o    de silice finement divisée et 40 à 98   o/o    d'aluminate de calcium à titre de liant hydraulique, ladite composition ayant une densité de 0,48 à 1,28.



   L'agrégat pour la mise en oeuvre de ce procédé est caractérisé en ce qu'il contient 1 à 10   o/o    de fibres de silicate d'aluminium, 1 à 10   O/o    de silice ayant une dimension particulaire inférieure à 5 microns et entre 40 à 98   0/o    d'aluminate de calcium finement divisé.



   La densité de la composition terminée peut être facilement réglée par la quantité d'eau utilisée pour activer les mélanges secs.



   On a trouvé que les fibres de silicates d'aluminium avaient la solidité, les propriétés réfractaires et une faible conductivité thermique qui les rendent particulièrement utiles notamment lorsqu'elles ont un rapport de la longueur au diamètre d'au moins 1000/1 et de préférence une longueur moyenne de 12,5 à 25 mm et un diamètre de 1 à 20 microns.



   Les fibres de silicate d'aluminium qu'on trouve dans le commerce sont normalement associées à une matière non fibreuse ayant sensiblement la même composition que la fibre, c'est-à-dire contenant essentiellement du  silicate d'aluminium. Cette matière, connue dans le commerce sous le nom de cendrée, peut être séparée des fibres avant qu'on incorpore celles-ci dans l'agrégat. Les fibres peuvent également être utilisées sous leur forme commerciale, c'est-à-dire avec la cendrée, du moment que la proportion de cendrée ne dépasse pas   40 0/o    environ en poids de l'agrégat. On a trouvé que lorsque la proportion de cendrée dépasse   400/0    environ, les compositions obtenues ont une solidité réduite et une résistance au choc thermique plus faible.

  Toutefois, des quantités moindres de cendrée peuvent figurer dans une composition fabriquée selon l'invention sans nuire à ses propriétés.



   La silice très finement divisée présente avantageusement une dimension particulaire inférieure à 5 microns et de préférence inférieure à 1 micron. Ces silices finement divisées agissent comme un agent épaississant de la composition quand elle est activée par de l'eau. Les particules fines exercent l'effet supplémentaire de réduire le volume des vides des compositions, ce qui en améliore les propriétés isolantes aux températures élevées. Pour agir de manière efficace comme épaississant dans la composition, il est important que les particules de silice aient une grande surface spécifique.



   L'aluminate de calcium, ainsi que les autres matières formant l'agrégat, doivent évidemment être relativement exempts de fer du fait qu'une quantité appréciable de fer, par exemple supérieure à 4   o/o    environ, réduit les propriétés réfractaires de la composition.



   L'exemple suivant illustre un mode préféré de mise en oeuvre de l'invention.



   Exemple I
 On mélange des fibres réfractaires de silicate de calcium, de la silice très finement divisée et de   l'aluminate    de calcium finement divisé sous forme d'un agrégat sec ayant les proportions suivantes:
 Fibres de silicate d'aluminium 10   o/o   
 Silice 7   O/o   
 Aluminate de calcium liant 83   O/o   
 100   O/o   
 La silice utilisée est un produit amorphe très pur, à   99,80/0    de silice, ayant une dimension particulaire moyenne d'environ 12 millimicrons. Cette matière est vendue sous le nom déposé de CAB-O-Sil(R) par la
Cabot Corporation. Le liant est un ciment d'aluminate de calcium à basse teneur en fer vendu par The Uni   versal    Atlas Cement Company sous le nom déposé de
Refcon(R).

  Les fibres sont fournies par la Carborundum
Company sous le nom de Fiberfrax(R) et sont en silicate d'aluminium. Les fibres sont préalablement traitées d'une manière connue pour en enlever sensiblement la totalité de la cendrée.



   On mélange une bouillie, formée par l'addition d'environ 64 à 36   o/o    d'eau à l'agrégat ci-dessus, jusqu'à ce qu'on obtienne un mélange homogène. Le mélange de la bouillie peut être effectué au moyen d'une simple pale ou d'un mélangeur à ruban. Le degré de mélange nécessaire pour obtenir la bouillie homogène désirée dépend du type de mélangeur et de la viscosité de la bouillie soumise au mélange; toutefois des périodes excessives de mélange sont à éviter parce qu'elles tendent à réduire la longueur des fibres et ainsi provoquent une légère réduction de la résistance du produit fini.



   Pour l'utilisation de cette composition on place la bouillie dans un moule et on la tasse pour assurer un remplissage complet du moule. On laisse alors la bouillie durcir pendant au moins dix-huit heures, après quoi on sèche la forme verte ainsi obtenue à une température d'au moins   370OC    pour chasser l'eau. On effectue le séchage pendant dix-huit heures à vingt-quatre heures; cette période est d'ailleurs variable selon la dimension de l'objet et la température de séchage. Le produit sec possède une densité de 0,84.



   Les exemples suivants illustrent d'autres agrégats pouvant être utilisés comme moyen de mise en oeuvre du procédé selon l'invention. Ces agrégats se préparent selon le même procédé que dans l'exemple 1. Toutefois les fibres utilisées sont celles du commerce, sans traitement pour en enlever la cendrée qu'elles contiennent.



   Exemple   11   
 Aluminate de calcium liant   68,2 oit   
 Fibres de silicate d'aluminium 7,5   O/o   
 Silice finement divisée 9,1   O/o   
 Cendrée 15,2   O/o       100,0 O/o   
 Exemple   111   
 Aluminate de calcium liant 70,6   O/o   
 Fibres de silicate d'aluminium 7,8   o/o   
 Silice finement divisée 5,9   0/o   
 Cendrée 15,7   0/o   
 100,0   O/o   
 Les exemples suivants illustrent la diversité de densités qu'on peut obtenir à l'aide de compositions obtenues par le procédé selon l'invention.

  On prépare   un    certain nombre de bouillies au moyen des agrégats des exemples   II    et III mais en modifiant la proportion d'eau qu'on y ajoute. La préparation des bouillies et le coulage des formes et leur séchage se font selon le procédé exposé dans l'exemple I. Les agrégats utilisés dans les exemples IV à VI sont préparés selon l'exemple   II;    ceux des exemples VII à IX selon l'exemple III.

 

   Agrégat   o/o    Eau   O/o    Densité   (g/cm)   
Exemple IV 32 68 0,48
Exemple V 41 59 0,64
Exemple VI 48 52 0,80
Exemple VII 55 45 0,96
Exemple VIII 62 38 1,12
Exemple IX 68 32 1,28
 Les objets formés en utilisant les compositions des exemples IV à IX sont soumis à divers essais pour déterminer leurs propriétés physiques. On évalue le module de rupture de ces matières selon la méthode ASTM
C-133-55 et la tension en fonction de la déformation pour-cent selon la méthode ASTM C-165-54. On détermine en outre les conductivités thermiques des   compo    sitions selon la méthode ASTM C-177-63.

  Les résultats sont résumés dans les tableaux A et B ci-après:  
 Tableau A
 Module Déformation,   kg/cm0   
 Matière Densité de rupture pour 5   o/o   
 essayée   (Jcm:3)      kg/cm2    de compression
Exemple IV 0,48 1,4 1,3
Exemple V 0,64 3,5 3,2
Exemple VI 0,80 9,1 7,7
Exemple VII 0,96 14,7 15,4
Exemple VIII 1,12 21,0 26,6
Exemple IX 1,28 32,0 41,3
 Tableau B
 Conductivité thermique (k)
   Kcal/heure/cm2    % degré C
 Matière Densité Température moyenne,

   oC
 essayée   (g/cm3)      lof27    538 649 760 871
Exemple IV 0,48 1,1 1,3 1,6 1,8 2,1
Exemple V 0,64 1,5 1,6 1,8 1,7 2,0
Exemple VI 0,80 1,6 1,8 1,9 2,1 2,2
Exemple VII 0,96 1,8 1,9 2,1 2,2 2,4
Exemple VIII 1,12 2,2 2,3 2,5 2,6 2,8
Exemple IX 1,28 2,7 2,9 3,1 3,1 3,3
 Les compositions faites selon les exemples IV à IX ont montré la composition   chimique    suivante, à l'exclu sion de l'eau.



     Aloi3    48,1 49,8    Silos 21,5-24,2   
 CaO   25,6 -    26,5
   FQ1O3    2
 Autres composés minéraux 1
 La gamme des proportions de fibres réfractaires, de liant et de silice applicable dans ces compositions réfractaires isolantes n'est pas critique du moment que les gammes de fibres réfractaires et de silice sont l'une et l'autre maintenues entre environ 1 et 10   O/o.    On a trouvé que lorsque les pourcentages de fibres sont supérieurs à 10    /0    la composition terminée n'avait qu'une faible solidité et que sa conductivité thermique n'était pas satisfaisante.   De    plus il est difficile de couler une bouillie contenant plus de 10   0/o    de fibres.

  D'autre part, l'utilisation de moins d'environ   1 0/o    de fibres réfractaires donne un produit excessivement dense et dont la résistance au choc thermique est relativement faible. La quantité de silice doit également être maintenue audessous de 10   o/o    environ de l'agrégat de manière à éviter un épaississement de la bouillie au point qu'elle ne pourrait être mise commodément sous la forme désirée.



  La quantité de cendrée présente dans l'agrégat ne   dolt    pas dépasser 40   o/o    en poids de l'agrégat. La proportion de liant n'est pas critique et pour former les compositions on l'ajoute en quantité telle qu'on obtienne les pourcentages désirés de fibres réfractaires, de silice et de   cendrée    dans l'agrégat.



   Le prétraitement des fibres de silicate d'aluminium, par exemple la préparation de leur surface ou la formation de nodules ou de balles de fibres, n'est ni nécessaire ni désirable dans la fabrication des compositions réfractaires isolantes nouvelles selon l'invention.



   Les agrégats pour la mise en   oeuvre    du procédé selon l'invention peuvent être mis en sacs ou d'autres emballages et transportés directement au lieu de travail. Au moment voulu l'usager peut simplement ajouter une quantité désirée d'eau à l'agrégat et mélanger de manière à produire une bouillie qui peut être facilement mise sous la forme désirée.

 

   Il est clair qu'on peut obtenir une grande variété de densités dans cette composition simplement en modifiant la quantité d'eau utilisée pour activer l'agrégat. Toutefois, on ne doit pas ajouter moins de 32    /0    environ ni plus de 68   0/o    d'eau à l'agrégat pour fabriquer la bouillie, un défaut d'eau donnant une bouillie qui ne coule pas et un excès d'eau donnant une bouillie trop fluide. Le choix de la densité dépend de l'application à laquelle cette composition est destinée et des propriétés d'écoulement de la bouillie désirées.



   Tous les pourcentages indiqués dans la description sont exprimés en poids, sauf indication contraire. 

Claims (1)

1. REVENDICATIONS

   I. Procédé de fabrication d'une composition réfractaire solide et compacte, isolante, susceptible de résister à des températures atteignant 13150 C, caractérisé en ce qu'il consiste à former un mélange comprenant 32 à 68 O/o d'eau et 68 à 320/0 d'un agrégat comprenant 1 à 10 0/o de fibres de silicate d'aluminium, 1 à 10 0/o de silice finement divisée et 40 à 98 o/o d'aluminate de calcium à titre de liant hydraulique, ladite composition ayant une densité de 0,48 à 1,28.

   II. Agrégat pour la mise en oeuvre du procédé selon la revendication I, caractérisé en ce qu'il contient 1 à 10 0/o de fibres de silicate d'aluminium, 1 à 10 0/o de silice ayant une dimension particulaire inférieure à 5 microns et entre 40 et 984/o d'aluminate de calcium finement divisé.

   III. Composition réfractaire solide et compacte, isojante, susceptible de résister à des températures atteignant 13150 C, obtenue selon le procédé de la revendication I.

   IV. Utilisation de la composition selon la revendication III, pour la fabrication d'objets destinés à l'industrie métallurgique, caractérisée en ce qu'on met ledit mélange sous la forme désirée, on laisse durcir ledit mélange et on le sèche pour en chasser l'eau.

   SOUS-REVENDICATIONS 1. Agrégat selon la revendication Il, caractérisé en ce qu'il contient en outre entre 1 et 40 o/o de matière non fibreuse contenant essentiellement du silicate d'aluminium.

   2. Agrégat selon la sous-revendication 1, caractérisé en ce qu il est formé de 7,5 ouzo à 8 O/o de fibres de silicate d'aluminium, d'environ 15 /e de matière non fibreuse, d'environ 9 O/o de silice et le reste de liant hydraulique forme d'aluminate de calcium finement divisé.