Brevet FR2314158A1 — publié le 19770107

La présente invention a pour objet un procedé de fabrication d'articles réfractaires moules par pressage mécanique ,stables au choc thermique et possèdant~une résistance mécanique élevée sans passer par le processus de cuisson à haute temperature. L'invention concerne en particulier la réalisation d'articles réfractaires de dimension précise obtenus en quelques minutes à des températures de fabrication comprises entre 100 C et 2000G,et pouvant etre utilisés à des températures-de l'ordre de 1400 C. Sauf lorsque lton utilise des ciments alumineux dits réfractaires comme agent de liaison des produits réfractaires,la réalisation un objet moule à caractéristique réfractaire nécessite toujours une opération de cuisson à haute température .Cette cuisson à haute température s'accompagne fréquemment de défauts-dus aux dilatations ou retraits qui se produisent pendant les différentes transformations cristallographiques au cours de la cuisson à haute température. Ces dif facultés ne permettent pas de fabriquer ,dans les conditions normales, des pièces réfractaires compliquées,aux cotes précises et reproductibles d'une-opération de cuisson à l'autre,ou des pièces réfractaires de grande dimension. La demande de brevet franchais nO 74.00938 et son certificat d'addition nO 75.17337 déposes par la demanderesse décrivent les moyens permettant d'obtenir à des températures comprises entre 100 et 2000C ,pendant des temps très courts de l'ordre de la minute des pro duits minéraux cristallisés,par exemple en utilisant la réaction entre un matériau argileux et des lessives alcalines. On synthétise ainsi, lorsque la lessive alcaline est de la soude NaOH ,un produit minéral connu sous le nom d'hydrosodalite,Si2Al2O8Na2,H20,qui est une variété hydratée de la sodalite,feldspathoide correspondant à ltéquivalent sodique de la néphéline.Or la demanderesse a trouvé qu'il suffisait de très peu dthydrosodalite formée dans ces conditions opératoires pour obtenir un ciment de liaison céramique entre les grains réfractaires, assurant ainsi une résistance mécanique très élevée ,une stabilité dimensionelle ,une précision des cotes et des possibilités de fabrication de produits régractaires de grande dimension. En outre les temps de cuisson sont inférieurs à une valeur correspondant à 50 secondes par millimètre d'épaisseur de produit réfractaire réalisé. L'objet de l'invention consiste donc en un procédé de fabrication d'articles réfractaires moulés,caractérisé par l'utilisation comme agent de liaison céramique entre les grains réfractaires d'un feldspathoide synthétique obtenu pendant l'opératipn même de pressage par réaction entre un matériau argileux et une lessive alcaline ,en quelques minutes à une température comprise entre 100OC et 2000C. Les feldspaths et les feldspathoides naturels contenus dans des produits tels que les syénites néphéliniques sont utilisés couramment dans l'industrie de la céramique et des réfractaires,en tant qu'agent fondant ou grèsant.Il va de soi que plus ces éléments fondants sont introduits dans les éléments minéraux,plus la température de fusion de ceux -ci se trouve abaissée,et moins ces minéraux possèdent de caractère réfractaire. Dans le cadre de l'invention ,la quantité de feldspathoide synthétique formé pendant l'opération de pressage, ne devra pas dépasser la valeur de 5pour cent en poids par rapport au produit réfractaire,si l'on veut utiliser les articles ainsi faconnés à des températures de l'ordre de 14000C. Le processus de fabrication de tels articles réfractaires comprend donc tout d'abord une opération de mélange entre un produit réfractaire en poudre ou en grain,comme la mullite ou la chamotte, une argile sèche précurseur du feldspathoide synthétique,puis à humidifier ce mélange avec une solution de lessive alcaline,la quantité de lessive alcaline correspudant à celle nécessaire à la formation du feldspathoide synthétique et au pontage de ce feldspathoide avec les grains de réfractaire,l'eau intervenant pour assurer une certaine plasticité au mélange qui sera par la suite comprimé en forme.Si le mé= lange de l'argile sèche avec les produits réfractaires secs s'effectue sans problème majeur,il faut s'assurer que la solution alcaline soit introduite-avec soins, pour être sûr que toutes les particules d'argile redoivent bien leur quantité de lessive alcaline nécessaire à la formation du feldspathoide synthétique.Pour cette raison ,la méthode préférée selon l'invention consiste à introduire l'argile et la lessive alcaline ensemble ,c'est à dire de faire le mélange argile + lessive alcaline séparément.Mais,si l'on utilise la lessive alcaline en solution le mélange lessive alcaline + argile devient plastique et granuleux, et le mélange avec les parties réfractaires n'est plus tkniformément réalisé;;on obtient alors un mélange hétérogène.Il est dans ce cas nécessaire de réhomogénéiser,au désintégrateur.Cette opération doit donc être menee très soigneusement. On préfere,donc selon l'invention,pour éliminer ces opérations délicates employer un mélange argilo-alcalin sec en poudre tel qu'il est décrit par exemple dans la demande de brevet français nO 74.02797. Le mélange des produits réfractaires et des réactifs argilo-alcalins s'effectue très facilement par voie sèche,et très uniformément.Lorsque lton ajoute Ireau destinée au compactage ,cette eau permettra aux ions alcalins qui se trouvent en excès dans le réactif argilo-alcalin de se trouver là ou ils doivent être,ctest à à dire à l'endroit où devant réagir avec la surface des grains de réfractaire elle favorise la liaison entre les grains de réfractaire et les cristaux de feldspathoide synthétique qui se forment au sein du réactif argiloalcalin. L'invention est illustrée par ltexemple suivant non limitatif dans lequel l'élément réfractaire est à base de mullite,et le feldspathoide synthétique de lthydrosodalite Si2Al2O8Na2,H20,obtenu par réaetion dtun mélange argilo-sodique. Exemple: On mélange 50 kg de mullite en grains inférieurs à 2mm avec 50 kg de mullite en poudre fine et on y ajoute 6 kg d'un mélange argilosodique en poudre correspondant à 50% en poids d'argile sèche et 50 J en poids de soude NaOH solide.Après maltage intime on ajoute à l'aide dtun pulvérisateur 6 kg d'eau . Ce mélange ainsi préparé sert à la réalisation d'objets moulés,par exemple de plaques de 30cmx30cm x 3 cm Pour cela on prépresse à froid dans un moule fermé sous une pression 2 de 90 kg/cm .Les plaques sont ensuites placées dans un deuxième moule dont la partie supérieure est constituée d'une grille.On intercalle entre les plaques et la grille une feuille de papier.Le moule est alors placé entre les plateaux dtune presse chauffante à 1600C ,on comprime 2 à 20kg/cm pendant IO minutes. Les plaques ainsi obtenues,dont le liant céramique est de 2 l'hydrosodalite, possèdent une résistance à la flexion de 110 kg/cm2. On teste ensuite ces plaques pour leur tenue à la température: Température 6000C 900oc 1250 OC variation dimensionelle -0,16% 0% 0,20% Résistance à la flexion 109 95 160 kg/cm2 Les produits ainsi obtenus peuvent avoir des applications très importantes,comme par exemple servir de gazette,de plaque d'enfournement pour four réfractaire ou pour four de cuisson céramique.Ils ré sistent bien au choc-thermique,et leur résistance mécanique est très bonne ,de même que leur stabilité dimensionelle. On peut également utiliser les articles céramiques ainsi obtenus par exemple comme noyau réfractaire. employé dans les procédés de moulage des métaux.En effet-,ces noyaux confectionnés selon l'inven tion.gardent leur porosité ,et sont donc perméables au gaz chauds s'échappant du moule.Il est facile de règler la résistance mécanique désirée en agissant sur la quantité de feldspathoide synthétique formé c'est à dire la quantité de réactif argilo-alcalin.En général ,la e quantité de réactif argilo-alcalin à 50% d'équivalent d'argile sèche et 50% dtéquivalent en produit alcalin pourra varier entre 2% et 6% en poids de la matière réfractaire,ce qui détermine une quantité de liant céramique à base de feldspathoide synthétique comprise entre 1% et 5% en poids du produit réfractaire réalisé.Ces quantités correspondent d'ailleurs aux quantités de feldspath ou feldspathoide comme la syénite néphéline qui sont normalement ajoutées dans les mélanges réfractaires traités par les procédés tradionels de cuisson dans les fours spéciaux à haute température. Ltinvention concerne le procédé décrit ainsi que tout produit réfractaîre généralement quelconque obtenu par application de ce procédé. Rien entendu diverses modifications peuvent être apportées par.l'homme. de l'art aux dispositifs ou procédés qui viennent d'être décrits uniquement à titre d'exemple non limitatif sans sortir du cadre de l'invention. R E V E N D I C A T O A S 1. Procédé de fabrication articies réfractaires, utilisant corme liant céramique, entre les grains réfractaires, un feldspathoide synthétique obtenu pendant l'opération même de pressage, par réaction entre un matériau argileux et un agent alcalin, en quelques minutes, à une température comprise entre 1000C et 200 C, caractérisé en ce que la quantité de feldspathoide synthétique formé est comprise entre 1% et 5% en poids du matériau réfractaire. 2. Procédé selon la revendication t caractérisé en ce que le matériau argileux et l'agent alcalin sont introduits sous la forme dtun réactif argilo-alcalin en poudre sèche. 3. Tout produit réfractaire, sous toute forme et toute dimension, caractérisé en ce qutil résulte de lsapplication du procédé conforme à l'une quelconque des revendications 1 à 2, est utilisable à une température de l'ordre de 1400 C. 4. Produit réfractaire selon la revendication 3, en grande dimension, pouvant servir de plaque d'enfournement pour four céramique. 5. Produit réfractaire selon la revendication 3, en forme, pouvant servir de gazette d'enfournement. 6. Produit réfractaire selon la revendication 3, moulé, pouvant servir de noyau, dans les procédés de moulage des métaux.