Brevet FR2172805A1 — publié le 19731005

La présente invention concerne les procédés de fabrication des matériaux de construction, et plus spécialement elle vise les procédés de préparation de bétons réfractaires utilisés pour le revêtement des unités thermiques exposées à l'action de milieux agressifs et aux contacts directs avec le métal en fusion aux températures allant jusqu'à 15500C. On connait déjà des bétons réfractaires obtenus par un procédé connu comportant les opérations suivantes: préparation des matières de charge; obtention du béton frais en introduisant du verre soluble dans la charge; la mise en forme et le durcissement ultérieurs du béton frais. La charge est préparée en mélangeant les constituants secs: un 3 gravillon de chamotte à raison de 850 kg par 1 m de béton, un sable de 3 chamotte à raison de 450 à 550 kg par 1 m de béton; un additif finement broyé: la chamotte ou un mélange de la chamotte avec un laitier de haut fourneau granulé (la chamotte est engagée à raison de 160 kg par 1 m3 de béton, et en cas d'utilisation du mélange chamotte-laitier granulé on engagera 200 kg 3 de chamotte et 200 kg de laitier pour 1 m3 de béton). Dans la charge sèche on introduit un activateur de durcissement: du schlamm de néphéline (à raison de 160 kg par 1 m3 de béton).Dans le cas d'utilisation en tant qu'additif finement broyé du mélange de chamotte et de laitier de haut fourneau granulé, 3 le schlamm de néphéline sera engagé à raison de 80 kg par 1 m de béton. Pour obtenir le béton frais, on incorpore dans la charge sèche du verre soluble d'une densité de 1,38 g/cm3, en proportion de 450kg 3 par 1 m de béton; Après avoir préparé le béton frais on le met en forme. Les ouvrages mis en forme sont maintenus, en vue du durcissement, dans une atmosphère absolument seche (cf., par exemple, le certificat d'auteur d'invention de L'URUS no 138 856, dans la classe 80 b, 818; 80 b, 1704). L'inconvénient majeur du béton obtenu par le procédé susindiqué réside dans le fait qutil ne résiste pas aux températures supérieures à 9000C. Pour cette raison , le domaine de ses applications est très restreint. On connait également des bétons réfractaires obtenus à base d'un mélange constitué par des agrégats de chamotte sous la forme de gravillon et de sable et par un ciment alumineux, gâchés avec de l'eau Pour obtenir ces bétons, on engage 900 à 1000 kg de gravillon 3 3 de chamotte par 1 m de béton, 450 à 600 kg de sable de chamotte par 1 m de béton, 350 à 400 kg de ciment alumineux par 1 m de béton et 300 à 320 litres 3 d'eau par 1 m de béton. A partir du béton frais ainsi obtenu on obtient par moulage des ouvrages qui sont ultérieurement maintenus pendant un certains laps de temps en vue d'assurer le durcissement (cf., par exemple, "Instrouktsia po tekhnologuii prigotovlénia i preminéniu jarostoikikh bétonov" CH 56-57, Stroiizdat, Moscou, 1967). L'inconvénient d'un tel procédé consiste dans le fait que lors de la confection du béton à partir du mélange sus-indiqué il est nécessaire de créer, au cours du durcissement, des conditions spéciales, à savoir humidifier le mélange. D'autre part, la durée du processus de fabrication du béton est très importante. En plus, à l'issue du durcissement on doit procéder à un séchage des ouvrages avant de les mettre en service. Tout ce qui vient d'être dit a pour conséquence la complication et le prolongement du processus de fabrication du béton. L'inconvénient du béton lui-meme qui s'obtient par ce procédé est qu'il subit une dégradation aux températures élevées. I1 s'ensuit que ce béton est inutilisable pour le revetement des unités=thermique fonctionnant à la température de 15500 C. L'invention se propose de supprimer les inconvénients précités. D'autres fins visées par l'invention ressortiront de la description qui va suivre. L'invention a pour objectif de trouver un rapport quantitatif et qualitatif favorable entre les constituants contribuant au durcissement rapide du béton dans les conditions naturelles. Le problème ainsi posé est résolu en ce que dans le procédé pour obtenir un béton réfractaire, consistant à mélanger un gravillon de chamotte, un sable et un activateur de durcissement, à préparer le béton frais par mélange desdits constituants avec du verre soluble, suivi de la mise en forme et du durcissement du béton frais, on engage les constituants, conformément à l'invention, dans les pourcentages massiques suivants: - gravillon de chamotte - 50 à 55,5; sable de chamotte; - 24 à 26,4; ciment alumineux faisant office d'activateur de durcissement - 20,5 à 23,6; et, au-delà de 100%, du verre soluble à raison de 17,7 à 20,7% en masse par rapport à la masse de lrensemble des autres constituants. Le béton réfractaire obtenu par ce procédé présente la composition pourcent. suivante, où les ingrédients s'entendent en masse: SiO2 - 48,94 à 55,1; A1203 - 32,3 à 36,3; Fe203 - 1,007 à 1,13; FeO - 0,56 à 0,63;TiO2 - 1,129 à 1,27; CaO - 6,46 à 7,26; MgO - 0,485 à 0,545; MnO - 0,068 à 0,076; P205 - 0,013 à 0,015; S03 - 0,317 à 0,357; Cr203 - 0,042 à 0,048; K20 - 0,94 à 1,06; Na2O - 1,21 à 1,37. L'avantage procuré par le procédé faisant l'objet de l'invention consiste dans le fait que gracie au rapport quantitatif et qualitatif heureux entre les constituants on obtient un béton réfractaire durcissant rapidement dans les conditions naturelles, présentant une haute résistance à la chaleur et à la corrosion dans les conditions de contact direct avec le métal en fusion. Etant donné que le béton durcit rapidement, la durée du processus technologique de sa fabrication se trouve notablement réduite. Un avantage du béton réfractaire faisant l'objet de l'invention réside également dans le fait qu'il est susceptible de résister aux températures allant jusqu' 1550 C. Pour cette raison, il est utilisable pour le revêtement des installations et dispositifs thermiques, tels que les soupapes de soufflage chaud des réchauffeurs d'air et des lances des hauts fourneaux. L'utilisation du béton réfractaire faisant l'objet de l'invention pour le revetement des dispositifs susmentionnés permet d'augmenter la durée de leur service, réduit les pertes de chaleur que subit l'air réchauffé, accrott sensiblement le rendement desdits dispositifs thermiques. L'invention sera mieux comprise à l'aide de la description détaillée et des exemples d'exécution donnés ci-dessous qui illustrent l'invention sans en limiter aucunement la portée. Afin d'obtenir le béton réfractaire, ses constituants sont dosés en masse dans les pourcentages suivants: gravillon de chamotte - 50 à 55,5; sable de chamotte - 24 à 26,4; ciment alumineux - 20,5 à 23,6 et verre soluble 17,7 à 20,7 par rapport à l'ensemble des constituants du mélange sec. On introduit d'abord dans un mélangeur-malaxeur l'agrégat grossier (gravillon), puis l'agrégat fin (sable), et on effectue leur mélangeage. Aux agrégats mélangés on ajoute le ciment alumineux. Après avoir soigneusement mélangé les constituants secs, on leur ajoute par portions, tout en malaxant, le verre soluble, et on effectue le mélangeage définitif jusqu'à l'obtention d'un mélange homogène. Le béton frais ainsi obtenu est déchargé du mélangeur-malaxeur et amené au poste de coulée où s 'opère sa mise en forme suivie du durcissement dans une atmosphère absolument seche. On obtient facilement un béton réfractaire présentant la composition pourcent suivante, où les ingrédients s'entendent en masse : SiO2 - 48,94 à 55,1; A1203 * 32,3 à 36,3; Fe2O3 - 1,007 à 1,13; FeO - 0,56 à 0,63; TiO2- 1,129 à 1,27; CaO - 6,46 à 7j26, MgO - 0,485 à 0,545; MnO - 0,068 à 0,076; P205 - 0,013 à 0,015; S03 - 0,317 à 0,357; Cr203 - 0,042 à 0,048; K20 - 0,94 à 1,06; Na20 - 1,21 à 1,37. Des exemples non limitatifs sont donnés ci-après. EXEMPLE 1 Le mélange des matières premières contient, en pourcent en masse: gravillon de chamotte - 50; sable de chamotte - 26; ciment alumineux - 20. Le mélange préparé avec ces matières premières est gaché avec du verre soluble ajouté en proportion de 17,7% en masse par rapport à ce mélange. Le béton frais ainsi obtenu est soumis au formage suivi du séchage dans les conditions naturelles. Pour tous les exemples ultérieurs les conditions de séchage des ouvrages mis en forme sont identiques. En procédant de la sorte, on a obtenu un béton réfractaire présentant la composition pourcent suivante, où les constituants s'entendent en masse: Sio2- 49,7; A1203 - 32,8; Fe203 - 1,02; FeO - 0,57; Ti02 - 1,146; CaO - 6,56; MgO - 0,49 ; MnO - 0,069; P205 - 0,013; S03 - 0,32; Cr203 - 0,04; K20 0,956; Na2O - 1,23. Le béton réfractaire obtenu a les caractéristiques suivantes: résistance à la compression, en kg/cm, à la température de 200C - 142; à 1000C 226; à 200 C - 203; à 4000C - 228; à 600 C - 244; à 800 C - 213; à 10000C - 262 et à 1200 C - 348. La masse spécifique apparente varie, dans un intervalle de température compris entre 20 et 12000C, de 1,93 à 1,83 g/cm3. La stabilité thermique (chauffage jusqu'à 8000C et refroidissement jusqu'à 200C) équivaut à 50 changements de température. La résistance à la chaleur est de 1569 C. EXEMPLE 2 Le mélange des matières premières contient, en pourcent en masse: gravillon de chamotte - 53; sable de chamotte 1 25; ciment alumineux - 21. Ledit mélange des matières premières est gaché avec du verre soluble engagé en proportion de 18% en masse par rapport à l'ensemble des constituants. Le béton réfractaire obtenu présente la composition pourcent indiquée ci-après, où les constituants s'entendent en masse : SiO2 - 51,4; A1203 - 33,99; Fe203 - 1,06; FeO - 0,59; TiO2 - 1,19; CaO - 6,78; MgO - 0,509; MnO - 0,071 ; P205 - 0,0138; S03 - 0,334; Cr203 0,044; K20 - 0,99; Na2O - 1,28. Le béton réfractaire obtenu a les caractéristiques suivantes: résistance à la compression, en kg/cm, à la température de 20 C - 122; à 100 C 246; à 200 C - 205; à 4000C - 228; à 6000C - 224; à 800 C - 212; à 10000C - 257; à 1200"C - 328. La masse spécifique apparente varie dans un intervalle de température compris entre 20 et 12000Y, de 2 à 1,87 g/cm3. La stabilité thermique équivaut à plus de 50 changements de température. La résistance à la chaleur est de 15500C. EXEMPLE 3 Le mélange des matières premières contient, en pourcent en masse: gravillon de chamotte - 55; sable de chamotte - 24; ciment alumineux - 22,2. Le mélange des matières premières est gâché avec du verre soluble engagé en proportion de 19,4% en masse par rapport à l'ensemble des constituants, en vue de l'obtention du béton frais. A l'issue du séchage, on obtient un matériau réfractaire présentant la composition pourcent suivante, où les ingrédients s'entendent en masse: Si02 - 53,1; Al2O3 - 34,98; Fe203 - 1,09; FeO - 0,61; TiO2- 1,22; CaO - 7,01; MgO - 0,525; MnO - 0,073; P205 - 0,014; S03 - 0,344; Cr203 - 0,046; K20 - 1,02; Na2O - 1,32. Le béton réfractaire ainsi obtenu a les caractéristiques suivantes: résistance à la compression, en kg/cm , à la température de 20 C - 95; à 100 C 227; à 200 C - 206; à 4000C - 163; à 6000C - 198; à 8000C - 183; à l000 C - 212 et à 1200-C - 264. La masse spécifique apparente varie, dans un intervalle de température compris entre 20 et 12000C, de 1,97 à 1,86 g/cm3. La stabilité thermique équivaut à plus de 50 changements de température. La résistance à la chaleur est de l5300C. Les limites imposées par l'invention permettent d'obtenir un béton réfractaire présentant les caractéristiques sus-indiquées. REVENDICATIONS 1. Procédé d'obtention d'un béton réfractaire, procédé consistant à mélanger du gravillon de chamotte, un sable et un activateur de durcissement, à préparer le béton frais en mélangeant les constituants sus-indiqués avec du verre soluble, le mélangeage étant suivi de la mise en forme et du durcissement du béton frais; ledit procédé étant caractérisé en ce qu'on utilise en tant qu'activateur de durcissement le ciment alumineux, qu'on engage les constituants dans les pourcentages massiques suivants: gravillon de chamotte 50 à 55,5; sable de chamotte - 24 à 26,4; ciment alumineux - 20,5 à 23,6, et qu'on introduit du verre soluble au-delà de 100% à raison de 17,7 à 20,7% par rapport à la masse de l'ensemble des autres constituants. 2. Béton réfractaire obtenu par le procédé conforme à la revendication 1, ledit béton étant caractérisé en ce qu'il présente la composition pourcent r suivante, où les ingrédients s'entendent en masse: SiO2 - 48,94 à 55,1; A1203 - 32,3 à 36,3; Fe203 - 1,007 à 1,13; FeO - 0,56 à 0,63; Ti02 - 1,129 à 1,27; CaO - 6,46 à 7,26; MgO - 0,485 à 0,545; Nn0 - 0,068 à 0,076; P205 - 0,013 à 0,015; S03 - 0,317 à 0,357; Cr203 - 0,042 à 0,048; K20 - 0,94 à 1,06; Na20 - 1,21 à 1,37.