Brevet FR2507178A1 — publié le 19821210

la production de matériaux réfractaires moulés s'effectue actuellement à l'aide d'oxydes métalliques, par fusion dans des fours électriques à arc, par coulée dans des moules et par un traitement thermique consécutif destiné à éliminer les tensions internes. la matière première contient certaines impuretés, d'effet nuisible dans le produit fini. Celles-ci sont constituées par exemple par des substances organiques, des occlusions de gaz, de l'eau combinée chimiquement, des combinaisons dégageant des substances volatiles, etc.Au cours de la fusion, de la matière provenant des électrodes, le plus souvent en graphite, peut parvenir dans la matière en fusion en y produisant des impuretés qui ne peuvent être éliminées que difficilement et moyennant des travaux coûteux et longs, par exemple, en faisant traverser le bain de matière en fusion par de l'oxygène, en utilisant des oxydants solides, par un traitement sous vide, etc. A la températu re de fusion se produisent certains phénomènes chimiques gênantes, par exemple des réductions, des ségrégations de carbone, la formation de carbures, la formation d'oxydes de valences inférieures, etc. Quelques procédés brevetés antérieurement portent sur l'élimination carbothermique d'impuretés, après quoi l'agent réducteur en excès est éliminé par insufflation d'oxygène dans la matière en fusion ou par addition d'agents oxydants. Ces impuretés présentent en outre l'inconvénient de modifier la composition chimique et par conséquent d'affecter la résistance à la corrosion, d'augmenter la porosité, c'est-à-dire de produire des cavités ou des retassures relativement volumineuse dans le matériau solidifié. La formation de retassures en certaine points du matériau réfractaire ne peut être évitée ou leur volume ne peut entre diminué que difficilement ; leur élimination complète et la production d'un matériau réfractaire plein, à pores très serrés, n'est possible dans l'état actuel de la technique qu'en éliminant, par découpage à la scie diamantée, la partie, contenan: des retassures, de la pièce moulée qui, à cet effet, doit être fabriquée sous de plus grandes dimensions. Ce procédé est motteux et fournit beaucoup de déchets.La majorité des procédés de production usuels ne permet pas même de fabriquer à partir d'une matière en fusion les substances réfractaires légères, présentant une porosité usuelle de 10 à 20 %, de faible conductibilité thermique, prévues dans des buts d'isolation, car, au cours du refroidissement, la partie poreuse ou contenant des retassures se sépare de la partie pleine. Du fait qu'en diminuant la porosité nocive pour les matières réfractaires, on améliore en pratique la valeur d'utilisation du produit et que, d'autre part, la structure poreuse réalisée artificiellement, rend le matériau avantageusement utilisable dans des buts d'isolation thermique, la solution intermédiaire, inévitable actuellement (consistant à admettre au lieu de la structure pleine désirable, c'est-à-dire à pores serrées, une porosité atteignant un certain pourcentage et qui entrain, là où au contraire on n'a besoin que de matériau poreux, à accepter une structure pleine à pores serrés, de bonne conductibilité thermi- que) ne peut être considérée comme idéale. L'élimination du contenu gazeux de la matière en fusion peut être réalisée, en plus de par les procédés mentionnés ci-dessus, aussi en élevant la température de fusion ou en diminuant la durée de fusion, éventuellement en insufflant d'autres gaz dans la matière en fusion, les petites bulles de gaz réparties en dispersion fine étant alors entrainées, par les bulles de gaz secondaires,plus grosses, et étant enlevées ainsi de la matière enfuson. A la température de fusion.élevée des matériaux réfractaires la mise en oeuvre des dispositions précitées est compliquée et est également coûteuse en raison de la grande consommation on d'énergie nécessaire. Le procédé conforme à l'invention, due à ACS Tibor, FEHER Ferenc, GONYE Laszlo, HORVATH Tibor, PUSKAS Ferenc, consiste essentiellement en ce que l'on part a priori de matières premières pures qui, par conséquent, n'exigent aucune intervention chimique, qu'en outre la matière en fusion, à sa sortie du four, est dispersée à l'aide d'un courant de gaz de vitesse élevée, en très petites particules, opération au cours de laquelle, par suite de l'augmentation de la surface spécifique, les gaz présents dans la matière en fusion peuvent s'échapper, les particules dispersées étant encore, avant leur solidification, projetées, en utilisant l'énergie du yaz porteur, contre un moule rigide, se réunissant de nouveau sous l'action de la pression résultant de leur énergie cinétique, le réglage de cette énergie de projection, obtenu en faisant varier la vitesse du courant de gaz ou en rapprochant ou éloignant le moule, permettant d'obtenir un matériau présentant la densitd de pores exigée ou un matériau réfractaire poreux destiné à l'isolation thermique. Le matériau obtenu de cette manière se distingue à de nombreux égards des matériaux réfractaires coulés de manière usuelle. Il est plus pur et plus homogène et sa structure est plus dense car la projection contre le moule refoule les bulles de gaz situées entre les particules projetées. L'une des propriétés les plus importantes du matériau ainsi obtenu est, enfin de présenter de fins cristaux, car ceux-ci n1 ont aucune possibilité de croissan ce, et que, dans le cas de matières réfractaires à plusieurs composants, ne s'effectue pas de ségrégation d'oxydes se solidifiant à différentes températures, pas plus non plus que d'appariti gênante de cavités ou de canaux verticaux que forment les cristaux de densité supérieure à celle de la matière en fusion, qui se déposent tout en augmentant constamment de volume, dans le cas où la matière en fusion présente une épaisseur relativement grande. Si lton n'envisage pas de réussir en un matériau à pores serrés le particules dispersées de matière en fusion, mais si au contraire on cherche à obtenir des sphérules légers, à intérieur creux, destinés à des buts d'isolation thermique, on peut y parvenir grâce d un choix approprié de la composition chimique du flux de matière en fusion (matière à point de fusion bien déterminé) et par un réglage approprié de la durée de séjour des particules dans le courant de gaz. la fabrication de matériaux granulaires, par exemple d'électrocorindon, de mullite, de magnésite, etc. peut s'effectuer de deux manières; d'.une manière discontinue par le procédé dit "en bloc" ou d'une manière continue, par le procédé dit "par coulée. L'inconvénient des techniques usuelles est que les matièr qui se solidifient ne sont homogènes, ni au point de vue chimique, ni au point de vue minéralogique, abstraction faite encore du fait qu'on ne peut régler que difficilement la grosseur idéale des cristaux qui détermine les dimensions de granules que l'on peut obtenir ensuite par fragmentation. Avec le procédé conforme à l'invention on obtient, à parti: de matières d'une pureté appropriée et, pour ainsi dire, en "gelant" le système de flux de matières en fusion, une structure homogène uniforme aussi bien chimiquement que pétrographiquement. D'autre part on a besoin de produits réfractaires dans lesquels la grosseur des cristaux est d'une importance déterminante, par exemple pour la résistance à l'usure, la résistance aux fluctuations thermiques, etc. Ces produits et les matières, de granulométrie dans l'ensemble grossière, mentionnés ci-dessus, peuvent être réalisés à l'aide du procédé conforme à l'invention. Au moyen de l'agent cristallisateur, ajouté au cours de la coulée, qui forme les germes de cristallisation, on peut obtenir des cristaux de grosseur idéale. Le procédé conforme à l'invention permet de fabriquer aussi, en plus de matériaux pleins, à pores serrés, des matériaux de porosité variable ou fibreux ou de la nature du feutre, par exemple des matériaux à pores très serrés, sur un tiers de leur épaisseur, dont la porosité augmente ensuite progressivement. Ces produits, en raison de l'homogénéité de leur composition, se révèlent également uniformes relativement aux variations de température. Ils ne présentent pas en effet de surface ou de zone limite " de séparation " qui pourrait entraîner, au cours de l'utilisation du matériau, une séparation en couches de la pièce moulée réfractaire.Un tel matériau réunit d'une manière avantageuse, du côté à porosité serrée destiné à être exposé à la chaleur, les qualités de résistance à la corrosion et à l'usure et, d'autre part, en raison de la porosité de son c8té extérieur, les qualités d'isolation thermique désirées. Ceci ne pouvait être obtenu, jusqu'à présent que par combinaison de matériaux différents, par exemple en collant sur un matériau réfractaire obtenu par coulée une couche poreuse d'isolation thermique constituée par une matière céramique. Les diverses conditions imposées aux refiMstauns nécessitent des matériaux qui, en plus d'une grande résistance à la chaleur, présentent une faible conductibilité thermique.Ces matériaux sont utilisés, dans la maçonnerie de fours en des emplacements où ils ne sont pas en contact avec la matière en fusion, par exemple les cols de brûleurs de fours de verrerie, des parois de chambres de régénérateurs, des votes de chambres et des voûtes de fours. Ces matériaux peuvent être fabriqués en ajoutant au flux de matière en fusion, à l'aide d'un courant de gaz à vitesse élevée, des matériaux qui expansent et augmentent le volume des particules de matière en fusion dispersées. Be produit ainsi obtenu est léger, résistant et convient bien à l'isolation thermique. Dans l'industrie des matières céramiques et des matières réfractaires on utilise, pour des pièces moulées liées par voie chimique et céramique des matières fondues dites Tau-rissantes. Plus particulièrement pour la fabrication des oxydes céramiques, mais aussi pour celle des matériaux réfractaires il faut des matières premières d'un degré de pureté élevée. Le procédé conforme à l'invention permet également de fabriquer, d'une manière continue, des matériaux précités dans lesquels n'intervient pas l'action polluante ultérieure du matériau constituant le moule et de l'eau de refroidissement. Exemples 1. Technique usuelle 2. Technique conforme à l'invention Densité : 2,996 kg/cm3 3,969 kg/cm3 Masse spécifique (briques finies : 3,10 kg/dm 3,50 kg/dm C : 0,062 % inférieur à 0,010 % SO3 : 0,032 % n n Porosité ouverte:8,80 1,24% Couleur : blanchStre blanc pur 3. Technique usuelle 2. Technique conforme à l'invention Densité : 3,904 kg/cm3 3,910 kg/cm3 terse spécifique 3 3 (briques finies) :3,42 kg/dm 3,600 kg/dm C : 0,085 % 0,015 % 5% : 0,028 % inférieur à 0,010 ffi Porosité ouverte: 2,05 % 0,82 % Couleur : gris clair jaune clair Comme il va de soi et comme il résulte d'ailleurs déjà de ce qui précède, l'invention ne se limite nullement à celui de ses modes d'application, non plus qu'à ceux des modes de réalisation de ses diverses parties, ayant été plus particulièrement envisagés elle en embrasse, au contraire, toutes les variantes. REVENDICATIONS 1. Procédé pour fabriquer des matériaux réfractaires de structure à pores serrés, à partir d'un flux d'oxydes métalliques en fusion, caractérisé en ce que le flux de matière première en fusion est dispersé à l'aide d'un courant de gaz de vitesse élevée, les particules étant accélérées par l'énergie cinétique du gaz et étant amenées à frapper, avec une énergie élevée, l'intérieur d'un moule disposé à proximité du jet de matière en fusion. 2. Procédé pour fabriquer des matériaux réfractaires et des matières isolantes réfractaires à partir d'un flux d'oxydes métalliques en fusion, caractérisé en ce que le flux de matière en fusion est dispersé à l'aide d'un courant de gaz de vitesse élevée, après quoi les particules du flux de matière en fusion sont amenées à frapper la paroi intérieure d'un moule qui est éloigné progressivement du jet de matière en fusion, de sorte qu'au cours de la diminution, progressive ou par stades de l'énergie cinétique des particules de matière en fusion et/ou, dans la phase finale du remplissage du moule, lors de l'introduction d'une matière supplémentaire expansant, on obtient tout d'abord un matériau à pores serrés, puis, progressivement ou par stades, un matériau de plus en plus poreux, éventuellement si c'est nécessaire un matériau entièrement poreux. 3. Procédé pour fabriquer un matériau réfractaire vitreux d'isolation thermique à partir d'un flux d'oxydes métalliques en fusion, caractérisé en ce que le flux d'oxydes métalliques en fusion, d'un point de fusion déterminé, est dispersé dans un courant de gaz de vitesse élevée et que les particules de matière en fusion sont ensuite maintenues dans le courant de gazSendant le temps nécessaire à leur solidification. 4. Procédé pour fabriquer un matériau fibreux d'isolation thermique, à partir d'un flux d'oxydes métalliques en fusion, caractérisé en ce que le flux d'oxydes métallique en fusion à point de fusion indéterminé se solidifiant d'une manière continue est dispersé dans un courant de gaz de vitesse élevée et est amené à se solidifier dans le courant de gaz. 5. Procédé pour fabriquer d'une manière continue des matières abrasives à partir d'un flux d'oxydes métalliques en fusion, caractérisé en ce que le flux de matière en fusion est dispersé dans un courant de gaz, est traité, pour obtenir la dimension de cristaux appropriée, à l'aide de germes de cristallisa tion et est ensuite déposé, sur une surface de configuration appropriée, par exemple sur la surface latérale d'un cylindre tournant lentement ou sur une surface mobile perpendiculairement à la direction du jet de gaz disperseur, selon une couche mince qui est ensuite enlevée d'une manière continue au fur et à mesure de sa solidification puis est réduite à la granulométrie désirée. 6. Procédé selon ltune quelconque des revendications 1 à 5, caractérisé en ce que le courant de gaz à vitesse élevée est constitué par de l'air comprimé, de l'azote, de l'argon, de l'oxygène, de l'anhydride carbonique, utilisés seuls ou en mélange. 7. Procédé selon la revendication 2, caractérisé en ce que comme additif expanseur, pour augmenter la prosLtè' du matériau ai ut:11se scusforme epridre, des oxqdés métalliques avides, tels que du dioxyde de zirconium, des hydroxydes métalliques à l'état solide, par exemple de l'hydroxyde d'aluminium, des agents oxydants, par exemple du peroxyde de baryum, des carbonates, par exemple du carbonate de magnésium, des matières organiques combustibles, par exemple des copeaux de scierie, et/ou des mélanges de telles substances présentant les mêmes propriétés chimiques. 8. Procédé selon l'une quelconque des revendications 2 à 7, caractérisé en ce que les additifs expanseurs sont amenés en contact avec le flux de matière en fusion à l'aide d'un courant de gaz da vitesse élevée. 9. Procédé selon la revendication 5, caractérisé en ce que l'on utilise comme germes de cristallisation (agents inséminateurs) principalement des poudres des oxydes métalliques correspondant à la matière du flux de matière en fusion et que ceux-ci sont amenés en contact avec le flux de matière en fusion à l'aide du courant de gaz de vitesse élevée.