Brevet FR2017272A1 — publié le 19700522

Les matières céramiques réfractaires cuites ont une quantité d'emplois tels que, par exemple, leur emploi en briques pour le revêtement de fours de verrerie. La porosité de ces céramiques est nuisible à beaucoup de leurs applications et l'on peut trouver dans la technique antérieure divers procédés pour diminuer leur porosité. le brevet des Etats-Unis d'Amérique nO 5 287 144 décrit lfimprégnation d'une brique cuite par un liquide chargé de matières carbonées, tel que le goudron, ce qui conduit à l'incorporation de carbone dans les pores après cuisson. Un autre brevet, le brevet des Etats-Unis d'Amérique n0 3 330 676 décrit un procédé assez semblable dans lequel une brique cuite est revêtue de goudron contenant des particules de matière propre à absorber l'eau. L'effet de ce rev8tement est que les particules remplissent les pores de la brique cuite, et l'effet d'ensemble de ce traitement est la préparation d'une brique cuite qu'on peut stocker pour des périodes prolongées sans que l'humidité atmosphérique n'exerce sur elle d'effet fâcheux. les céramiques réfractaires cuites utilisées comme briques réfractaires pour-rev8tement de fours dans la préparation d'acier, sont vulnérables à l'attaque du laitier et de vapeurs qui pénètrent la brique et obligent à arrêter la fåbrication pen- dans le temps où l'on remplace les briques. le procédé de la technique antérieure pour réduire la porosité de ces briques réfractaires a contribué à réduire le problème posé par la porosité. Cependant, ce problème se pose encore et l'on a besoin de briques réfractaires dont la porosité soit même encore réduite. Selon l'invention, des matières céramique cuites à porosité réduite sont préparées en imprégnant la matière réfractaire cuite d'un-sol aqueux d'un oxyde minéral réfractaire. Les dimensions des particules des oxydes réfractaires ne sont généralement pas supérieures à 100 millimicrons et les particules à préférer d'un sol aqueux de silice colloïdale ont des dimensions de particules (diamètres) de 15 à 25 millimicrons. Une brique d'argile cuite normale aux dimensions de 22,8 x 11,4-x 5,08 cm peut être imprégnée de part en part d'un sol aqueux de silice col loidale et peut être séchée et cuite si on le désire, pour lier les particules d'oxyde réfractaire à la base céramique pour réduire considérablement la porosité du produit. On peut imprégner les céramiques réfractaires cuites de sols aqueux d'un oxyde minéral réfractaire par divers procédés. le procédé le plus simple consisterait à faire bouillir la matière réfractaire cuite dans le sol aqueux particulier que l'on a choisi pour l'imprégnation. L'air dans les pores ouverts de la matière réfractaire est déplacé lentement par les particules, et après plusieurs heures, l'imprégnation est achevée pour l'essentiel. Il est de pratique courante, dans ce procédé d'imprégnation et dans tous les autres, de sécher l'article imprégné, puis de cuire l'article pour lier les particules d'oxyde minéral réfractaire à la base céramique. On peut aussi imprégner la céramique réfractaire en utilisant le vide. On met la matière réfractaire cuite dans un récipient fermé et on le vide d'air. On admet le sol aqueux d'oxyde minéral réfractaire dans le récipient fermé jusqu'à submersion complète de l'objet en céramique. On permet alors à la pression dans l'enceinte de s'élever à la valeur de la pression atmosphérique en admettant de l'air ou un antre gaz dans I' encein- te au-dessus du liquide, tout en maintenant l'objet réfractaire cuit submergé. Après quelques minutes d'exposition à la pression atmosphérique, on peut enlever du liquide l'article de matière réfractaire cuite imprégnée, puis le sécher et le cuire. Une variante qu'on peut envisager additivement consiste à imprégner de force la matière réfractaire cuite. On peut utiliser la matière réfractaire cuite comme barrière entre deux enceintes à des pressions différentes. le sol aqueux d'un oxyde minéral réfractaire peut être introduit dans la chambre où règne la pression la plus élevée, et la différence des pressions forcerait alors la matière d'imprégnation à pénétrer à travers la matière réfractaire cuite. On peut appliquer des suspensions colloidales de matières réfractaires minérales telles que la silice, l'oxyde de titane, l'oxyde de zirconium, la thorine, la magnésie, le carbure de silicium, des aluminosilicates, des spinelles et des précurseurs et des substances analogues. les dimensions des particules des colloïdes ne sont pas particulièrement importantes puisque le diamètre des pores est beaucoup plus grand que le diamètre d'une particule de colloïde. Pour les buts envisagés pour l'invention, les matières céramiques réfractaires se définissent comme oxydes et carbures minéraux et comme composés et mélanges de ces corps, dont les points de fusion (y compris dans le cas d'une fusion non congruente) dépassent 100000. Des solutions de composés réfractaires minéraux et leurs précurseurs tels que le silicate de guanidine et des mélanges de silicate de guanidine et de "Chlorhydrolt (complexe de chlorohydroxyde d'aluminium) sont également intéressants pour l'invention. Les matières céramiques réfractaires qui conviennent pour être imprégnées suivant l'invention comprennent des types frittés de façon classique, de porosité faible à modérée, c'est à-dire de porosité pouvant atteindre un pourcentage volumétrique de 25 pour cent. Parmi les structures céramiques utiles qui présentent un intérêt particulier, il faut citer les compositions à base de silice, d'argile réfractaire, d'argile réfractaire superrésistante, d'alumine, d'aluminosilicates, de magnésie, de silicates de magnésium, de magnésite, de magnésite-chrome, de chromemagnésite (le terme "magnésite"tel qutemployé ci-dessus désigne la magnésie produite à partir de Ng(OH)2),de zircon, et d'oxydes de zirconium et de carbure de silicium, leurs mélanges ou leurs solutions solides.Les structures céramiques des matières susmentionnées peuvent titre produites par des procédés classiques,. toutefois les structures réfractaires desdites compositions produites par des procédés classiques de pressage'et d'extrusion doivent titre durcies par cuisson à des températures supérieures à 1000 C. Les structures cuites comprennent des grains relativement denses, c'est-à-dire des grains à porosité intergranulaire faible, liés aux points de contact entre les grains par une matière réfractaire qui peut avoir la mdme-composition que les grains ou une composition différente. La porosité de la structure, est surtout intergranulaire. Les produits sont utiles pour le revêtement de fours travaillant à haute température, tels que les hauts fdurneaux, les cubilots, des fours de réchauffage et des fours à a-tmosphère contrôlée, des poches de coulée, des paniers-de coulée, des cuves de verrerie, des régénérateurs, des récupérateurs, etc.. En particulier, l'invention est applicable aux céramiques réfractaires d'aluminosilicate, aux briques d'argile réfractaire et d'argile réfractaire super-résistante, utilisées pour les revêtements de hauts fourneaux, de cubilots, de poches de coulée et de paniers de coulée. Il est préférable d'utiliser une teneur de plus d'environ 25% de matières solides dans le produit d'imprégnation. L'emploi de concentrations plus faibles est acceptable, mais cela exigerait plusieurs imprégnations, ce qui tendrait à augmenter les frais. 3xemle On coupe cinq briques de 22,8 x 11,4 X 6,35 cm d'argile réfractaire super-résistante en deux moitiés chaque fois, approximativement égales, en sciant la brique au moyen d'une scie diamantée, parallèlement à la face de 22,8 x 6,35 cm. On coupe aussi chaque moitié en deux moitiés approximativement égales par une seconde coupe parallèle à la face de 11,4 x 6,35 cm de la brique originelle. On utilise deux sections diagonalement opposées de chaque brique, ce qui fait un total de 10 échantillons. On détermine la porosité apparente (ouverte) et la densité des échantillons en utilisant le procédé d'essai- ÂSTX 0-20. On détermine que la porosité ouverte moyenne est de 12,0 pour cent en volume. On imprègne cinq échantillons (en en prenant un ê. ihi- ctie des cinq briques originelles) de sol de silice, de la manière suivante. On met environ trois litres de sol de silice oolloïdale pludoxn HS 40 dans un chaudron & - résine de cinq litres. On sus- pend un échantillon de matière céramique (sec) au-dessus du liquide par un fil de cuivre qui passe à travers un j oint dans le couvercle du chaudron ê résine. On met le couvercle sur le chaudron et on le scelle en veillant à maintenir 1' échantillon de céramique au-dessus du sol. On vide d'air le chaudron contenant le sol et l'échantillon suspendu jusqu'à y laisser une pression d'environ 30 mm de Eg. Après avoir suspendu l'échantillon de céramique pendant environ 30 minutes, on le fait descendre en sorte qu'il soit complètement immergé dans le sol. On laisse la pression dans l'enceinte stéle- ver à celle de l'atmosphère en admettant de l'air dans le chaudron at-dessus du niveau du liquide. On laisse l'échantillon submergé dans le sol pendant environ 10 minutes. On enlève ensuite ltéchantillon du sol, on l'égoutte et on le sèche jusqu'à ce que son poids reste constant à 1050C dans un four à circulation d'air. On répète le processus d'imprégnation et de séchage pour chacun des échantillons restants. On détermine les porosités apparentes (ouvertes) des échantillons de brique imprégnés en utilisant le procédé d'essai ASTM C-20, comme pour les échantillons originels. Après imprégna tion, on trouve que la porosité ouverte moyenne est de 7,3 pour cent en volume, soit une réduction de 39% du volume de pores ouverts originel. Comme le volume de silice ajouté par l'imprégnation réduirait le volume des pores ouverts de 27% environ seulement, il est visible que de nouveaux pores fermés en proportion équivalant à environ 12% de la porosité ouverte originelle sont créés par la fermeture des pores ouverts d'environ même diamètre que les particules colloidales du sol, en moyenne de 15-20 millimicrons.On constate une légère amélioration de la porosité réduite si l'on répète le traitement; ce traitement n'est toutefois pas nécessaire. Les produits suivent l'invention sont complètement imprégnés d'oxyde réfractaire; des échantillons pris dans le centre d'une brique réfractaire imprégnée de 22,8 X 11,4 x 5,8 cm, utilisée pour le revêtement de hauts fourneaux, ont manifesté la même réduction de porosité que des échantillons pris près de la surface de ces mêmes briques imprégnées. les particules minérales réfractaires imprégnantes ne peuvent être distinguées sur des photomicrographies de sections polies, parce que leurs dimensions échappent au pourvoir de résolution d'un microscope utilisant la lumière. Cependant, la réduction en nombre et en dimensions des pores de la matière céramique imprégnée apparatt immédiatement par rapport à la brique originelle et la porosité réduite s'étend sur tout l'épaisseur de la brique. REVENDICBTIONS 1 - Article de matière céramique réfractaire cuite ayant une porosité réduite, caractérisé en ce que l'article est imprégné de part en part d'un oxyde minéral réfractaire de dimen sions collodales. 2 - Article suivant la revendication 1, caractérisé en ce que la matière céramique cuite est une brique d'argile réfractaire. 3 - Article suivant la revendication 1, caractérisé en ce que l'oxyde minéral réfractaire est de la silice. 4 - Procédé de préparation de matière céramique réfractaire cuite, de porosité réduite, consistant à imprégner de part en part la matière céramique par un sol aqueux d'oxyde minéral réfractaire, et à sécher la matière céramique imprégnée. 5 - Procédé suivant la revendication 4, caractérisé en ce que l'oxyde réfractaire est de la silice. 6 - Procédé suivant la revendication 5, caractérisé en ce que les particules de silice ont des dimensions d'environ 15 à 25 millimicrons. 7 - Procédé suivant la revendication 6, caractérisé en ce que la matière céramique est une brique d'argile réfractaire.