Brevet FR2047019A1 — publié le 19710312

-1- 2047019 La présente invention a trait à un procédé de fabrication de briques de magnésie comportant un liage chimique, ce procédé comprenant line étape d'imprégnation par une substance riciie en carbone; de telles briques sont destinées en particulier aux re-5 vêtements des convertisseurs d'aciéries. Les revêtements des convertisseurs d'aciéries, qui sont habituellement en matériau réfractaire basique, sont soumis à des contraintes souvent très dures dues à l'action conjuguée des températures élevées, des tensions thermiques et mécaniques, ain-10 si que des agressions chimiques. Les matériaux basiques principalement employés sont les briques de magnésie cuites (à haute teneur en magnésie MgO) imprégnées de goudron ou d'une autre substance riche en carbone, et les briques de magnésie (à haute teneur en magnésie MgO) liées au goudron et qui peuvent en outre 15 subir un recuit. Le premier de ces deux matériaux est constitué par des briques, dans lesquelles des grains de magnésie de grande pureté sont fortement liés chacun en grain céramique par frittage à température élevée. Ces briques ont une grande résistance méca-20 nique mais elles souffrent en service d'éclatements se produisant dans des couches sensiblement parallèles à la face chaude des briques, malgré leur imprégnation par une substance riche en carbone, et ce phénomène peut se manifester dès le premier échauffement d'un revêtement le portant à sa température de ré-25 gime. Quand on utilise le second matériau cité, c1 est-à-dire des briques de magnésie liées au goudron, il faut veiller à ce que le premier échauffement d'un nouveau revêtement se fasse avec précautions, car les briques commencent par se ramollir dans un 30 intervalle de température allant jusqu'à 500°C. D'un autre côté le liage céramique voulu des grains de magnésie par frittage des briques au lieu de mise en oeuvre est notablement retardé, ce qui peut être attribué à la position intergranulaire du carbone fiarifi les briques. Pour cette raison les briques de la sor-35 te sont soumises à une forte usure. Par la demande imprimée de brevet allemand 1 206 778 on connaît un procédé de fabrication de briques hautement résistantes aux alternances thermiques, par lequel on les moule à partir 70 22815 -2- 2047019 d'un mélange de matériau réfractaire avec des liants chimiques connus, on les sèche-, on les imprègne d'hydrocarbures et on les cuit à 600°C sous 35 atmosphères.. Ce procédé déjà connu est re-! lativement coûteux, en raison du traitement de seconde étape 5 des briques à 600°C sous 35 atmosphères, conditions manifestement dues à la recherche du liage par le carbone. D'un autre côté les briques moulées qui ont visiblement une structure granulaire normale n'admettent lors de l'imprégnation qu'une proportion limitée et insuffisante_de goudron. 10 ' La présente invention a pour but d'améliorer les caracté ristiques de résistance mécanique et de tenue à l'usage de briques de magnésie non cuites, liées chimiquement. Pour résoudre ce problème, on part d'un mélange granulaire de magnésie, frittée, à faible teneur en fer, dont une fraction très fine inférieure à 0,1 mm de 10 à 20 %, une fraction fine entre 0,1 et 1 mm de. 0 à 15 % et une fraction de gros à plus d'1 mm d'au moins 65 % , d'ajouter un liant chimique minéral, de mouler ce mélange sous forme de briques, puis de sécher ces briques et finalement de les imprégner d'une substance relati-20 vement riche en carbone. De préférence le mélange granulaire renferme une fraction fine de 0 à 10 % et une fraction de gros de 70 à 90 %, et la teneur de la magnésie frittée en oxyde ferrique I^O^ ne dépasse pas 2 %. 25 Une autre disposition avantageuse consiste à utiliser un mélange granulaire.dont la fraction de gros a une granularité' maximale de 7 à-15.mm. Les briques de magnésie fabriquées de. cette façon ont une porosité moyenne relativement élevée, ce qui facilite l'admis*-30 sion de goudron infiltré. Dans ces conditions les briques atteignent après moulage et séchage une perméabilité aux gaz de plus de 50 nanopermes et une porosité accessible constituée principalement par des pores d'un diamètre moyen supérieur à 50 ji . Par contraste les briques 35 basiques chimiquement liées de l'art antérieur sont ordinairement au moment de leur livraison très denses eû peu poreuses. On a constaté en outre que les briques simplement liées chimiquement suivant l'invention permettaient d'arriver à une impré 70 22815 -3- 2047019 10 gnation .s^jj-sfaisante, ce qui est probablement dû à la suppression de/lubrification et d'obturation des pores par le liant agissant comme ciment. D'un autre côté les briques de magnésie cuites connues sont nettement différentes par leurs caractéristiques de porosité des briques non encore imprégnées suivant l'invention, car elles ont une perméabilité aux gaz de l'ordre de 10 nanopermes et un diamètre de pores accessibles inférieur à 50 • Un revêtement de récipient métallurgique au moyen de briques suivant l'invention a une bonne tenue en ce qui concerne le risque d'effondrement à l1échauffement, c'est-à-dire une résistance sous pression à chaud plus favorable et plus uniforme, ce qui est probablement dû au fait que le liage chimique des grains frittés de magnésie est pleinement efficace. Les briques n'ont donc plus besoin de subir un recuit avant mise en oeuvre et elles peuvent être échauffées rapidement. Elles présentent d'un autre côté une résistance mécanique suffisamment élevée vis-à-vis des fortes contraintes en régime courant et en même temps une élasticité de structure s'opposant dans une large mesure à 2o l'usure par éclatements. D'une façon générale ces briques ont une tenue remarquable bien que leur fabrication soit moins coûteuse que celle des briques produites par des méthodes connues, puisque la cuisson à haute température et le recuit après imprégnation ne sont ni l'un ni l'autre nécessaires. Un liant chimique approprié est constitué par une solution aqueuse de phosphate alcalin, par exemple de polyphosphate de sodium ayant une chaîne de 21 motifs. Mais on peut aussi utiliser d'autres liants chimiques connus; il faudra cependant éviter les liants qui par combinaison avec la substance riche en carbone sont facilement réductibles et dégagent de l'oxygène . Il est utile que les briques moulées et séchées soient imprégnées de goudron dans une mesure telle que la proportion de goudron des briques finies atteigne 5 à 8 % en poids. Dans ^ ce qui suit l'invention sera illustrée au moyen d'exemples. La structure granulaire normale des oriques de magnésie liées chimiquement comporte environ 25 % de grains de moins de 0,1 mm et de 40 à 60 % de grains entre 1 et 5 mm. 25 30 C'Opy 70 22815 2047019 On a fait ressortir au tableau I ci-après la composition granulaire complète d'une brique suivant.l'invention (N° 1) donnant satisfaction et celle d'une brique de magnésie usuelle liée au goudron (ïf° 2). 5 tableau I Magnésie frittée à faible teneur en fer (95 % de magnésie MgO) Granulométrie N° 1 (%) g0 2 (%) moins de 0,1 mm "15 -22 10 àe 0^,1 à 1 mm 8 26 de 1 à 5 mm 30 22 de 3 à 6 mm 35 18 de 6 à 12mm 12 12 Par le mélange granulaire K° 1, on fabrique suivant l'in-15 . vention des briques liées chimiquement d'après un procédé de céramique dont les étapes sont en elles-mêmes connues, en ajoutant 2 % en poids de polyphosphate de sodium connu sous le nom de "glass H" en ajoutant de l'eau, en mêlant intimement les composants de la masse obtenue en la moulant en briques à la presse 20 (sous une pression de 1 000 kgp/cm^), en séchant les briques obtenues, et en les imprégnant finalement de goudron, le goudron utilisé peut être constitué par un produit renfermant 80 % de poix, ayant un point de ramollissement dit de Kraemer-Garnow de 50°C, pour lequel la température la plus favorable à l'impré-25 gnation des briques se situe par exemple vers 180°0. Les briques de magnésie suivant l'invention présentent, dans l'intervalle critique de température allant jusqu'à 500°C, p une résistance à la pression de 100 à 300 kgp/cm ; leur résistance à la pression à froid après cuisson réductrice à 1 550°0 p"* 30 est de l'ordre de 300 kgp/cm et plus. • " Par le mélange granulaire N° 2 du tableau I, on peut fabriquer par le même procédé usuel de céramique des briques de magnésie liées au goudron. A cette fin on ajoute au mélange granulaire environ 6 % de goudron (80 °/o de poix, point de ramollis-35 sement Kraemer-Garnow de 35°0) » on mélange intimement vers 120°C, on moule sous presse pour former des briques (pression d'envi-- p ron 1 000 kgp/cm ) mais ces briques liées au goudron de cette 70 22815 -5- 2047019 sorte connue ont dans l'intervalle de 100 à 300°G une résistance à la pression qui est très faible et peut se-réduire à en- p viron 10 kgp/cm . Cette résistance-à la pression s'élève ensuite vers 500°C à des valeurs de l'ordre de 300 kgp/cm^; après 3 cuisson réductrice àl550oC cette résistance à la pression va de p 200 jusqu'à environ 300 kgp/cm . 70 22815 -6- 2047019 KEYEUDICAÏIOHS = sz = s=ss := rr = rrrr = == ss = = =r = =5 = 1.- Procédé de fabrication, notamment pour les revêtements de convertisseurs d'aciéries, de brigues de magnésie comportant un liage chimique et le procédé comprenant une étape d'imprégna- 5 tion par une substance riche en carbone, caractérisé par le fait qu'on part d'un mélange granulaire de magnésie frittée à faible teneur en fer, dont une fraction très fine inférieure à 0,1 mm de 10 à 20 %, une fraction fine entre 0,1 et 1 mm de 0 à 15 % et une. fraction de gros à plus de 1 mm d'au moins 65 % , 10 °*i ajoute tin liant chimique minéral, on moule ce mélange sous fonae de briques, puis on sèche ces briques, et finalement on les imprègne d'une substance relativement riche en carbone. 2.- Procédé selon la revendication 1, caractérisé par le fkit qu'on utilise un mélange granulaire où la fraction de gros 15 a une granularité maximale de 7 à 15 mm. Jo- Procédé selon la reveadioation 1, caractérisé par le fait que le mélange granulaire de magnésie frittée est lié au moyen d5une solution aqueuse de phosphate alcalin. 4-.- Procédé selon la revendication 1, caractérisé par le 20 fait que les briques moulées et séchées sont imprégnées de goudron dans une mesure telle que la teneur en goudron des briques finies soit de 5 à 8 % en poids.