Brevet FR2405909A1 — publié le 19790511

On connaît dans la littérature des ciments réfractaires vibrés ou tasses en place secs pour le revêtement intérieur de fours ou conteneurs de métaux fondus, depuis au moins aussi longtemps que le Brevet britannique NO 226.801. De tels mélanges sont typiquement tassés en place entre la bobine d'un four à haute fréquence et une forme comme une enveloppe d'acier (dans laquelle l'acier ou le fer est en fusion). L'enveloppe d'acier et la charge ajoutée sont chauffées par induction et fondues pour "cuire" le revetement réfractaire. De tels revêtements sont détruits par pénétration du produit fondu dans le revêtement, par craquage, érosion et en raison d'une trop forte porosité. Typiquement, dans la fusion de métaux ferreux, de tels revêtements peuvent durer pendant moins d'une semaine de production. On connaît l'utilisation de l'aluminium métallique dans les mélanges réfractaires pour former des briques. Cependant, on ne connaissait pas avant la présente invention l'utilisation de fines d'aluminium dans les mélanges de tassement vibratoire secs, aluminium qui sera oxyde pour former de l'alumine. La présente invention réside dans l'addition d'une poudre fine d'aluminium à un mélange de tassage ou vibratoire sec consistant en un mélange de grains réfractaires de plusieurs dimensions avec ou sans un ou plusieurs adjuvants de frittage ou de liaison. L'aluminium doit être présent en quantité calculée de 1 à 15 % du volume des solides totaux. Pour les mélanges d'alumine, de 1 à 10 t en poids suffisent. Pour les mélanges plus denses à base d'oxyde de zirconium, moins de poudre d'aluminium sera nécessaire pour obtenir le même pourcentage volumique dans le mélange. Les oxydes de bore, en particulier l'acide borique, sont des additifs utiles et on pense qu'ils fournissent une source d'oxygène pour promouvoir la combustion de la poudre d'aluminium.D'autres sources d'oxygène sont l'eau de l'acide borique, l'atmosphère ambiante, et les oxydes métalliques, par exemple l'oxyde de fer, qui existent dans le métal fondu contenu. L'aluminium doit être sous forme d'une poudre impalpable, d'un diamètre de particule de 10 microns ou moins et de préférence de 5 microns ou moins. Les grains réfractaires préférés sont l'alumine, la magnésie, le mélange de magnesie et d'oxyde de chrome, et le spinelle. On peut utiliser des mélanges de ces mariaux. Ouand on utilise des grains de spinelle fondus (MgO.A1203), il est indiaué d'inclure des fines réactives d'alumine et due magnésie dans le mélange, qui formeront in situlOsPinelle par cuisson, comme on le sait dans la technique, en aidant à former un revêtement intérieur dense. L'aluminium, dans les conditions d'utilisation dans le four (ou par chauffage préliminaire), s'oxyde en donnant l'alumine de type gamma, et augmente de volume. Ceci entraîne une diminution de la porosité, et on pense que la chaleur de combustion du métal aide aussi au frittage.Dans tous les cas, on obtient des revêtements améliorés, en ce qui concerne la durée de vie accrue et la porosité diminuée, quand on compare des revêtements formés à partir de mélanges de cette invention à des mélanges similaires ne contenant pas de poudre d'aluminium. La quantité maximale de poudre d'aluminium qui est utilisable dans l'invention est déterminée par le volume des pores du ciment et la dilatation de l'aluminium quand il s'oxyde. Pour des mélanges à base d'alumine, 10 % est le pourcentage pondéral maximum autorisé et en général 15 % en volume constitue la limite supérieure. Les grains réfractaires les plus utiles pour le revêtement de fours de fusion de métaux selon cette invention sont l'alumine, la magnésie, le mélange magnésie-oxyde de chrome, le spinelle magnésie-alumine et le mélange alumine-oxyde de chrome. Les revêtements de grains de silice, de grains de carbure de silicium, de grains de mullite, de grains de zircon et de grains d'oxyde de zirconium ont en général moins d'utilité. MODES DE REALISATION PARTICULIERS DE L'INVENTION Un exemple préféré de l'invention est composé comme suit (tous les pourcentages étant donnésen poids) alumine fondue, 1,19 mm ............. 38 % alumine fondue, 44 p ............... 25 % alumine fondue revêtue avec environ 4 t en poids de verre (comme décrit dans le Brevet des E.U.A. N 3.793.040), les particules revêtues ayant une dimension 161 p ...................... 20 % kyanite brute 74 ij .................... 20 % poudre d'aluminium poudre de carbure de silicium poudre d'aluminium métallique, diamètre de 4,5 .. 3 % acide borique .................................... 1 % Pour caractériser et essayer certaines de ses propriétés, on transforme un mélange ayant la composition précédente en un revêtement dans un four de fusion d'acier, et l'on examine des morceaux du revêtement.Le ciment formé par la chaleur a une porosité apparente (volume des pores ouverts) de 17 90, et une masse volumique apparente de 3,2 kg/dm3. Sans l'addition d'aluminium, le ciment après formation dans un four de fusion d'acier a une porosité apparente de 20 % et une masse volumique de 3,0 kg/dm3. On utilise le ciment contenant la poudre d'aluminium dans un essai dans un four à haute fréquence destiné à la fusion d'acier recyclé. Préalablement, aucun ciment, y compris ceux à base de silice, de zircon, de magnésie et d'alumine, n'avait duré une semaine dans cet environnement. Tous étaient détruits par une érosion importante et une pénétration du métal importante. Dans le cas présent, l'érosion et l'attaque chimique sont faibles. Un exemple d'un mélange à base de spinelle est le suivant spinelle fondu 4 mm et moins. s ... 86 % MgO fondu, 149 p et moins.............. moins 4 % A1203 fondu, 74 V et moins ........................ 4 % aluminium Bayer calciné fin........................ 2 % poudre d'aluminium de 4,5 p ........................ 3 % acide borique finement divisé...................... divisé 1 % Un exemple d'un mélange à base de MgO fondu est MgO fondu 161 p ................... 63 % MgO fondu 149 et moins......................... 17 t MgO fondu 74 et moins........................ 15 % alumine fondue 74 et moins................... 2 % poudre d'aluminium de 4 et moins 3 % acide borique finement divisé...................... divisé 0,5 % Comme on le voit dans les exemples précédents, le fondant de basse température peut être présent en quantité aussi faible que 0,5 % en poids. Normalement, il ne sera pas nécessaire d'utiliser plus de 5 e de ce fondant et, comme indiqué ci-dessous, le fondant à basse température peut être totalement omis. On donne ci-dessous un exemple de la façon de faire et d'utiliser une composition qui n'utilise pas de fondant de basse température. COMPOSITION Matériau Pureté Dimension % en poids Agrégat de Al 203 94,5 % 6 F 60 Agrégat de A1203 99,5 % 24 F 30 A1203 finement broyé 99,8 % 200 F 4 Agrégat de SiO2 99,0 % 100 F 3 Poudre d'aluminium 4 p4 3 UTILISATION Installation - Vibré en place en utilisant des formes. Programme de cuisson - 1. Porter la température à 204 C à raison de 55 C/heure. - 2. Maintenir à 2040 C pendant une heure. - 3. Porter à 5400 C à raison de 1600 C/ heure. - 4. Maintenir à 5400 C pendant une heure. REVENDICATIONS 1. Ciment tassé ou vibré réfractaire sec destiné à former des revêtements intérieurs monolithiques in situ dans des fours à métaux, comprenant des particules grossières, intermédiaires et fines d'un matériau réfractaire cristallin choisi dans le groupe comprenant l'alumine, le mélange alumine-oxyde de chrome, l'oxyde de zirconium, le spinelle, la silice, le carbure de silicium, le mélange magnésie-oxyde de chrome, le zircon, la mullite, la magnésie et leurs combinaisons, jusqu'à 5 % d'un fondant pour température intermédiaire, et de fines particules d'aluminium ayant une dimension de 10 microns ou moins, suffisamment finement divisées pour s'oxyder en alumine in situ pendant le fonctionnement du four, ledit aluminium étant présent en quantité insuffisante pour produire un trajet électrique direct dans le mélange réfractaire tassé, et insuffisante pour remplir totalement les pores du mélange tassé par oxydation en alumine, mais étant présent en quantité au moins égale à 1 z et non supérieure à 15 %, en volume, par rapport aux solides du mélange. 2. Ciment selon la revendication 1, contenant au moins un fondant choisi dans le groupe comprenant le verre, l'argile et l'acide borique, en quantité allant jusqu'à 5 % en poids. 3. Ciment selon la revendication 1, où le matériau réfractaire cristallin est choisi dans le groupe comprenant l'alumine, la magnésie et le spinelle.