Brevet FR2455013A1 — publié le 19801121

La présente invention a trait au domaine des particules de matériaux réfractaires et converne tout spécialement une nouvelle chamotte, ou argile cuite, présentant des caractéristiques améliorées. On sait que les chamottes, obtenues par cuisson a tem pérature supérieure à 1300 OC de diverses argiles crues, notamment kaoliniques, sont utilisables notamment, en tant que matée riaux réfractaires, pour le moulage ou la réalisation de noyaux dans les fonderies métalliques. La chamotte est un produit à plusieurs phases contenant essentiellement, apres cuisson vers 1400-1500 C, de la mullite et de la cristoballite. Sa composition chimique, exprimée en oxydes métalliques est du type suivant A1203 : 35 a 45 % ; Si02: 50 a 65 % , Fe203 : 0,5 a 3 % TiO2 : 0,5 à 3 % ; K20 + Na2 O : 0,2 à 2 % ;CaO t MgO:0,2 l% Les produits connus à ce jour et utilisés par exemple en fonderie, sous diverses granulométries variant de 40 microns à 10 mm ou plus, présentent d'intéressantes caractéristiques notamment de dureté et de réfractairité, cette derniereJ mesurée au cône SEGER, correspondant à une température de 1740 à 1800 C. Toutefois, malgré les progrès réalisés dans la cuisson des argiles, les grains de chamotte ont une structure irrégulière, le taux moyen de sphéricité étant rarement superieur à I %. En outre, ces grains présentent une porosité ouverte ou totale de plusieurs % et il est difficile d'atteindre un taux inférieur à 1,5 ou I %. De ce fait, malgré des résultats encourageants obtenus dans l'utilisation comme sables en fonderie, ces produits sont souvent désavantagés par rapport à des matériaux réfractaires comme par exemple la chromite. En particulier,ils exigent une consommation supé- rieure de liant du fait que les grains à contours irréguliers présentent des micro-cavités qui retiennent ce liant. L'invention propose un produit de structure notablement améliorée, dont les grains pleins à surfacé pratiquement lisse permettent une économie de liant dans l'utilisation comme sable de fonderie, et qui présente une porosité considérablement inférieure à celle des argiles cuites obtenues jusqu'à ce jour. La nouvelle chamotte selon l'invention, dont la composition chimique est sensiblement du même ordre ou voisine de celle des chamottes normales réfractaires de type connu, se carac térise par le fait qu'elle se présente sous la forme de billes sphériques, vitrifiées a plus de 90 %, et de porosité ouverte totale inférieure à 0,5 %. Lorsqu'on sait que les chamottes préparées jusqu'à présent par cuisson des argiles ont un traux de vitrification inférieure à 10 %, une sphéricité (évaluée par séparation a la table vibrante) ne dépassant pas 1 % et une porosité totale variant généralement de 2 à 15 X, on mesure tout l'intérêt présenté par les produits de l'invention dans le domaine des réfractaires. Les chamottes sphériques vitreuses telles que définies ci-dessus peuvent être obtenues par mise en oeuvre des procédés connus récemment mis au point pour la préparation de produits vitreux à partir de matériaux pulverulents non sphériques tels que : argiles kaoliniques, halloysites, chamottes " flint-clay ".. etc. Par exemple la technique de fusion des particules en lit fluidisé par jets de plasma constitue l'un des moyens particu lièrement avantageux pour la fabrication de telles sphérules vi-: treuses. On a déjà préconisé, certes, l'utilisation d'un écoulement de plasma selon divers arrangements technologiques pour vitrifier des matériaux granulaires tels qué par exemple du quartz ou sable siliceux, de la zircone pure ou encore certains oxydes métalliques tels que alumine, oxydes alcalino-terreux ou de terres rares. Toutefois, l'application decette technique générale à des produits silico-alumineux comme la chamotte pose des probldmes particuliers du fait qu'il ne s'agit pas d'un matériau à une seule phase, comme ceux expérimentés jusqu ici, mais d'un mélange complexe (notamment de mullite et cristoballite comme rappelé ci-dessus) dont les divers constituants réagissent les uns avec les autres au cours de la vitrification.Les divulgations faites jusqu ici ne rendent donc pas évidente l'application de la voie plasma au cas de la chamotte par simple transposition. Conformément à un procédé de préparation spéciale ment intéressant pour la chamotte sphérique selon l'invention, on met en oeuvre la technologie du plasma au moyen de chalumeaux multiples, par exemple trois décalés de 60 degrés les uns par rapport aux autres, en munissant chaque chalumeau d'un tube de guidage du gaz plasmogene en matériau métallique, isolé électriquement d'un cône terminal segmenté comportant une pointe de centrage amovible et translatable, refroidie par l'eau. L'introduction de la chamotte non sphérique dans l'enceinte est faite au moyen d'une canne réfrigérée disposée dans l'axe de l'enceinte opératoire. Les caractéristiques et les détails de ce procédé perfectionné de four à plasma sont exposés dans la demande de brevet français N0 79.04280 déposée le 20 Février 1979, par les co-demanderesses. Des séries d'expérimentations de la technique susvisée ont permis de démontrer que les chamottes sphéroidisées et vitreuses, obtenues apyres traitement, présentaient les caractéristiques suivantes Composition chimique (% en poids) : 35 : 50 : 0,2 0,1 ( Na2 O + K20 t 0,7 0,1 ( CaO + MgO C 0,5 Taux de vitrification : supérieur à 90 % (mesure aux rayons X à partir d'étalons) Porosité totale : inférieure à 0,2 Z Densite absolue : 2,2 g/cm3 Sphéricité : supérieure à 70 Z (mesure à la table vibrante) Réfractairité : 1740 à 1800"C (au cône de SEGER) 34 Ceci avec des granulométries variant généralement de 20 à 400 microns. De telles chamottes sphériques conviennent particulièrement bien pour l'utilisation comme noyaux ou sables de contact dans les fonderies. Grâce à leur grande inertie chimique, à leur bonne tenue au métal liquide, à leur compatibilité avec les sables siliceux et, surtout, à leur faible consommation volumique en liant, elles constituent un matériau de choix donnant lieu, pour les pièces finies, à un tres bel aspect de surface Bien entendu, les chamottes selon l'invention se prêtent à de nombreuses autres applications comme par exemple l'introduction dans les bétons réfractaires, le traitement de surface de pièces mécaniques par grenaillage dit de précontrainte, l'utilisation comme matériaux d'interposition pour diminuer le coef ficient de frottement des pieces en mouvement,. ..etc. R E V E N D I C A T I O N S 1* Argile cuite réfractaire ou chamotte du type correspondant à la composition chimique 35 50 0,2 0,1 0,1 et d'indice de réfractairité correspondant à -una température de 1740 C à 18000C, caractérisée en ce qu'elle se présente sous la. for- mede billes vitrifiées à plus de 90 X et de porosité ouverte totale inférieure à 0,5 %. 2. Argile selon la revendication 1, caractérisée en ce que les dites billes ont une conformation sphérique, le taux de particules sphériques étant au moins égal å 70 X. 3. Application de la chamotte selon l'une quelconque des revendi- cations 1 ou 2 comme : sable de fonderie, additif aux bétons ré- fractaires, agent de traitement de surface de pièces mécaniques par grenaillage* matériau d'interposition; entre des pièces en mouvement.