Brevet FR2319599A1 — publié le 19770225

La présente invention concerne un béton réfractaire à prise hydraulique composé d'agrégat et de 5 à 17 % en poids e ciment argileux, ainsi que d'argile pure active à titre de charge. Par béton réfractaire on entend en général un mélange d'agrégats réfractaires en grains, d'un liant et le cas échéant de charges en poudres, ainsi que d'additifs, par exem- ple d'un agent fluidifiant, mélange qui après addition d'eau ou d'un autre liquide. de gâchage, fait prise à la température ambiante et durcit. On connait des mélanges de la sorte par exemple par le brevet allemand 2 048 488. Ils se composent de -86 à 92 parties en poids d'un agrégat réfractaire en grains, par exemple de 86 parties de chamotte à 40% d'alumine ou de 92 parties de bauxite à 88% d'alumine, -5 à 8 parties en poids d'un ciment argileux hydraulique, -0,01 à 0,3 parties en poids d'un agent fluidifiant,comme additif, -2,5 à 4 parties en poids d'un matériau réfractaire en poudre à très grande surface spécifique et haut pouvoir absorbant de l'eau, comme charge. Le problème que se propose de résoudre la présente inven tion est de préparer en employant un agrégat économique un béton réfractaire, ayant notamment une résistance remarquable à l'abrasion, une tenue suffisante aux contraintes thermiques et une durée de vie convenable, ainsi qu'une température li mite d'emploi relativement élevée, de l'ordre de 1 5000C. Des bétons réfractaires ayant de telles caractéristiques sont nécessaires aux travaux de construction de fours indus triels, par exemple de fours poussants, de fours à longerons mobiles ainsi qu'aux fours tubulaires rotatifs des ciment ries. Les bétons mis en oeuvre jusqu'à ce jour dans ces fours ne sont pas satisfaisants, soit comme ne remplissant pas com plètement les exigences d'emploi soit parce que non économi ques. pes bétons réfractaires qui satisfont sensiblement aux exigences requises sont préparés au moyen d'agrégats réfrec- taires coûteux, par exemple de corindon noble, de carbure de silicium, etc. Â ces fins un béton du type initialement défini se car@c- prise essentiellement suivant l'invention par le fa t que l'agrégat cst constitué pour 55 à 90 , en poids mélange, par réduction en grains d'au plus 6,3 mm de blocs moulés de cuves de fours de verreries, composés de ZrO2-Al2O3 SiO2. Ces blocs, par fragmentation à partir desquels est obtenu l'agrégat suivant l'invention, sont connus sous le nom de "blocs ZBC". Ils sont décrits notamment dans l'ouvrage intitulé "Feuerfestkunde de Rarders et Kienow, éditions Springer à Berlin, 1960, pages 648 et 649, et renferment couramment do 33 à 34 %.de ZrO2. Il existe aussi pendant des blocs dont les teneurs en ZrOS sont comprises entre 15 et 20 %.On a constaté qu'à titre d'agrégat de béton réfractaire suivant l'invention on pouvait très bien utiliser le produit de frag- mentation de blocs ayant une teneur en oxyde de zirconium (ZrO2) de 33 à 34 % et correspondant à une composition miné- raie pondérale de 45 % de corindon 27 % de baddeleyite 3 % de mullite 25 % de phase verre. La casse de blocs de la sorte aboutit à en donne des quantités relativement importantes, de sorte qu'on dispose par là d'une matière première économiquc qui, en raison des restes attenants de verre et d'une dureté remarquable se révèle convenir à la préparation de bétons réfractalres ayant les caractéristiques indiquées ci-dessus comme recherchées Par l'invention. Cette possibilité de réemploi de blocs usés de cuves de verreries sous forme d'agrégat en grains pour bétons réfractaires est un service particulier rendu par l'invention, car la casse faite en vue de fabriquer des produits réfractaires par cuisson n'est pas viable en raisin du coulage des restes attenants de verra vers 900 C. L'agrégat rendu impur par le verre fondu provoque un frittage précoce du béton réfractaire dans l'intervalle de 700 à 1 200 C qui correspond normalement à une réduction résistance due à la déshydratation du ciment ayant fait prise, ce qui a également de l'importance pour l'obtention d'une hau- te résistance mécanique à l'abrasion dans cet intervalle de température. On obtient zussi un béton réfractaire qui même aux ni des températures moyennes est très dense et de ce fait extrêmement résistant à l'abraslon, et qui présente en outre une relativement bonne tenue aux chocs thermiques ainsi qu'une du- rée de vie satisfaisante. Son emplci,par exemple comme revêtement réfractaire dans les refroidisseurs satellites de fours tubulaires tournants a constitué un progrès notable; car ce béton oppose la résistance mécanique nécessaire à la contrainte dynamique du klinker à arêtes vives sortant du four tutulaire rotatif, sans présenter la fragilité et la dureté qui peuvent être la cause de la formation dans la structure de fissures affectant défavorablement la durée de vie du revêtement. Ls proportion relativement basse et en elle-même connue de ciment, entre 5 et 17 % en poids, contribue à conférer au bé- ton de bonnes caractéristiques d'échauffement. Il est utile de prévoir dans le béton suivant l'invention en plus de l'agrégat et de la charge de 5 à 15 % en poids d'argile pure active ou en poudre, une autre charge de 5 à 15 % en poids de corindon, corindon fritté ou corindon noble, d'une granulométrie de O à 0,5 mm. On obtiens de cette façon une nouvelle anélioration de la résistance à l'abrasion nécanique et une élévation de la température limite d'emploi ainsi qu'une amélioration de la résistance à la corrosion chimique par exemple vis-à-vis des scories liquides dans les fours pous- sants. Le béton réfractaire suivant l'invention renferne avantageusement un fluiaifiant comme additif, dans la proportion de 0,01 à 0,2 % en poids par rapport au total de l'agrégat et des charges. La composition chimique pondérale globale d'un béton sur vant l'invention est avantageusement la suivante 10 à 33% de ZrO2 50 à 70% de Al2O3 5 à 15 % de SiO2 3 à 10 % de CaO 0 à 4 % d1 autres oxydes. L'invention sera mieux comprise à la lecture de la descrip- tion qui suit de plusieurs exemples, réunis en tableau demi::: les mélanges et les caractéristiques des bétons réfractaire correspondants. On notera que les exemple i et 6 sont hors invention, alois que les exemples 2 à 5 sont conformes à l'invention. On a indiqué dans ces exemples la quantité d'eau de gâchage nécessaire pour 100 kg de mélange, ainsi que le délai de décoffrage et la résistance à l'abrasion,qui a été déterminée, après exposition du béton à une température de 600 C maintc.- nue pendant 4 heures, au moyen d'un jet de sable diribé sur le béton. Les exemples donnés font voir que les bétons réfractaires suivant l'invention s'avèrent répondre de façon particulièrement satisfaisante aux caractéristiques que s'est fixée l'invention. Les bétons réfractaires ayant les compositions indiquées dens le tableau ont été préparés de façon que les éléments constituants secs soient tout d'abord mélangés pendant 5 minu- tes dans un malaxeur puis, après addition de l'eau de gâchage et le cas échéant du fluidifiant, mélangés encore pendant encore 3 minutes.Ces bétons ont été ensuite déversés dans des moules métalliques de dimensions intérieures 230 x 64 x 54 mm, compactés pendant environ 5 minutes au moyen d'un engin vib-allt extérieur à 6 000 isours/minute. Après écoulement des délais de décoffrage indiqués dans le tableau, les blocs moulés ont été retirés des moules et. abandonnés 48 heures de plus à l'air libre pour parfaire leur prise et durcir à la température ambiante, en atmosphère humide.nfin, on a fait subir à ces blocs moules des essais de résistance à la compression à froid, de résistance à l'abrasion au jet de sable après exposition à 6000C pendant 4 heures, et de résistance à la compression après exposition à 1 000 C pendant 4 heures. La résistance à l'abrasion est d'importance, en particu- lier pour apprécier les qualités de blocs moulés et briques en céramique, qui sont exposés à une usure par érosion mécari- que. Pour la détermination de la résistance à l'abrasion jet de sable on a utilisé un appareil d'essai sur lecuel la surface examinée du bloc moulé délimitée par un gabarit en le ayant une ouverture circulaire de 60 mm, était frappée par un jet vertical et ascendant de sable. Pendant i minute ce ble était projeté sur la surface exposée à partir d'une bure située à 40 mm de distance à raison de 750 grammes de sable sous une pression relative de soufflage de 3 atmosphères, la surface ainsi traitée faisant 60 tours autour de son axe cen- tral. Comme sable d'essai on s'est servi de quarts sec d'une granulométrie pour 34 % de 0,2 à 0,5 mm et pour 66 % de 0,5 à 1 mm.L'abrasion constatée a été déterminée sous forme de perte de volume du bloc moulé rapportée à la surface traitée. Mélanges Exem- Eau de Ciment Charges Agrégats Additif ples gâcha- argileux blocs moulés fluidi ge à plus de Argile Corindon fragementés fiant 70 % pure de 0 à (poly (1/ d'Al2O3 active 0,5 mm électro 100kg) lyte) (% en (% en %en (% en (% en poids) poids) poids) poids) poids) 1 * 7 4 4 15 77 (0-3 mm) 2 7 8 15 15 62 (0-6 mm) +0,1 3 6 12 10 10 68 (0-1 mm) +0,05 4 6,5 15 5 - 80 (0-3 mm) +0,15 5 5,5 12 10 - 78 (0-6 mm) +0,1 6 * 10 25 - - 75 (0-3 mm) Caractéristiques Exem- Délai de Résistan- Résistance Abrasion Densi- Tempé ples décoffra- ce à la à la com- par jet té ap- rature ge compres- pression de sable paren- linite sicn à après ex- eprès ex- te d'em froid position position plci après à 1000 C à 600 C séchage pendant pendant à 110 C 4 heures 4 heures (kgp/ (kgp/ (cm3/cm2) (g/cm3) ( C) cm2) cm2) 1 * 12 h 55 35 0,35 2,98 1500 2 3 h 430 310 0,11 3,10 1550 3 2 h 820 640 0,08 3,23 1500 4 2 h 900 750 0,06 3,23 1450 5 2 h 800 650 0,07 3,30 1500 6 * 4 h 700 600 0,26 3,15 1400 * exemples hors invention + pour 100 parties d'agrégat et de charges. R E V E N D I C A T I O N S 1.- Béton réfractaire à prise hydraulique composé d'agrégat et de 5 à 17 % en poids de ciment argileux ainsi que d'argile pure active à titre de charge, caractérisé par le fait que l'agrégat est constitué par réduction en grains d'au plus 6,3 mn de blocs moulés usés de cuves de fours de verreries composés de ZrO2 Al2O3-SiO2, dans une proportion par rapport au mélange de 55 à 90 5S en poids. 2.- Béton réfractaire selon la revendication 1, caractérisé par le fait qu'en plus de l'agrégat et de la charge de 5 à 15 % en poids d'argile pure active, il renferme de 5 à 13 %' en poids de corindon, corindon fritté ou corindon noble d'une granulométrie de O à 0,5 mm, à titre de seconde charge. 3.- Béton réfractaire selon l'une des revendications 1 et 2, caractérisé par le fait qu'il renferme en outre comme additif un fluidifiant, dans la proportion de 0,01 à 0,2 % en poids par apport à l'agrégat et aux charges. 4.- Béton réfractaire selon l'une des revendications 1 à 3, caractérisé par le fait que sa composition chimique pondérale globale est de 10 à 33 % de ZrO2 50 à 70 % de Al2O3 5 à 15 % de SiO2 3 à 10 % de CaO 0 à 4 % d'autres oxydes.