Brevet FR2499970A1 — publié le 19820820

"Procédé pour la préparation de matériaux résistant au feu ou réfractaires, granulaires,contenant des fibres céramiques, maté- riaux préparés selon ce procédé et leur utilisation." La présente invention concerne un procédé pour la prépa- ration de matériaux résistant au feu ou réfractaires, granulaires, contenant des fibres céramiques, renfermantrdes fibres cérami- ques, de l'argile, un liant et éventuellement d'autres additifs habituels, le matériau préparé selon ce procédé ainsi que son utilisation. Des corps fibreux céramiques calorifuges, constitués de fibres réfractaires;de liant organique ou minéral ayant d'une part une solidité réduite et une compressibilité élevée et, d'autre part1des valeurs élevées pour la solidité, la densité et la résistance à la déformation, sont connus. Ainsi, la de- mande de brevet allemande déposée et acceptée en RFA NO 12 74 490 décrit une chambre de combustion pour four qui est constituée par formage de la masse fibreuse mélangée avec du liant et dans laquelle, la concentration en liant doit aller en diminuant à travers la section de la paroi. Comme liants appropriés, sont indiqués les argiles, les silicates alcalins, le phosphate d'aluminium, la silice colloïdale avec une propor- tion en poids de 5 à 35 X, de préférence 10 %. Mais le corps fibreux ne convient pas dans une mesure suffisante pour des charges élevées à cause de sa surface de paroi épaisse et dure et de la surface de paroi opposée molle et flexible. Dans le procédé selon la demande de brevet allemande déposée et acceptée en RFA NO 27 32 387, la plaque en fibres minérale liées avec un liant synthétique organique doit être consolidée par imprégnation avec une suspension aqueuse d'une argile liante puis par recuit. En outre, on connait par la de- mande de brevet allemande déposée et acceptée en RFA NO 26 18 813 des masses fibreuses à projeter qui contiennent à côté d'une grande quantité de fibres minérales, des quantités réduites de liant ou d'autres additifs minéraux ainsi qu'un liant chimique supplémentaire, ces masses fibreuses à projeter contenant encore 5 à 20 % en poids d'une huile pour éviter la Lormation de poussière. Lors de l'utilisation de ces masses fibreuses à projeter, il est formellement indiqué que les fi- bres minérales;comme par exemple la laine minérale sont intro- duites à l'état désagrégé. L'objet de la présente invention est un procédé pour la préparation de matériaux résistant au feu ou réfractaires, gra- nulairescontenant des fibres céramiques qui présentent à l'état transformé une résistance accrue, en particulier vis-à-vis de contraintes mécaniquesiet qui peuvent en particulier etra avan- tageusement utilisés dans ce que l'on appelle'rmasses fibreuses à projeter" Pour réaliser cet objet, on utilise un procédé caractéri- sé par le fait que dans un malaxeur sont mélangées soigneuisee:nt (a) 100 parties en poids de fibres céramiques, 2 à 15 parties en poids d'argile et/ou de A1203 très finement divisé et/ou de SIO2 très finement divisée et/ou d'hydroxydes d'aluminium et/ou de magnésie très finement divisée et/ou de dioxyde de titane très finement divisé et/ou d'oxyde de chrome très finement divisé, éventuellement jusqu'à 10 parties en pends d'autres additifs réfractaires et 1 à 10 parties en poids de liant organique, calculées sous forme solide;vec cviron 5 25 parties en poids d'eau et (b) que le mélange obtenu dans le stade (a) est compacté à un facteur de volume d'atu moins 3. séché puis broyé à la granulation désirée. Les formes préférées de réalisation du procédé sont éale- ment caractérisées par l'utilisation de bentonite conmmie argile, de fibres désagrégées comme fibres céramiques, de m6lasse. de lessive résiduaire sulfitique sous forme solide ou de solu- tion, de méthylcellulose sous forme solide et/ou sous forme de solution dans l'eau comme liant, de porcelaine pulvériséc ou de Chamotte comme additif réfractaire et par le fait que le compactage dans le stade (b) est effectué à un facteur de vo- lume de 5 à 8, ou à l'aide d'une boudineuse mais en prenant la précaution d'utiliser dans le stade (a) jusqu'à 100 narties en poids d'eau pour la préparation du mélange, ou bien dans un - dispositif à briqueter. La présente invention concerne en outre le matériau resis- tant au feu ou réfractaire granuleux, contenant des fibres cera- miques préparé selon ce procédé, qui possède des propriétés particulièrement bonnes. 24999 70 bes fibres céramiques ou les fibres minérales utilisées dans le procédé conforme à l'invention peuvent être toutes les fibres habituelles de ce genre, par exemple la laine minérale ou des fibres à base de silicate d'aluminium ayant une teneur en Al203 particulièrement élevée, de l'ordre de 45 à 95 % en poids. Bien entendu, on peut aussi utiliser des mélanges de différentes fibres céramiques. L'argile utilisée dans le procédé conforme à la présente invention peut être une argile classique ou une argile liante spéciale, par exemple la bentonite. Cette argile est habituel- lement utilisée en une quantité allant de 2 à 15 parties en poids pour 100 parties en poids de fibres céramiques. En outre, on peut, dans le procédé conforme à l'inventionutiliser jus- qu'à 10 parties en poids d'autres additifs réfractaires tels que par exemple la porcelaine pulvérisée et la chamotte. Les autres constituants très finement divisés se trouvant éventuel- lement dans la composition des matériaux granulaires conformes à 11inventioncomme Al203 très finement divisé et/ou SiO2 très finement divisée et/ou les hydroxydes d'aluminium et/ou la magnésie très finement divisée et/ou le dioxyde de titane très finement divisé et/ou l'oxyde de chrome très finement divisé sont des constituants utiliséscomme on le sait dans le domai- ne des réfractaires. Par l'expression "très finement divisé" utilisée ici en rapport avec les constituants cités plus haut, il faut comprendre que ces constituants se trouvent à l'état très finement moulu ou aussi à l'état colloïdal. En particulier, lors de l'utilisation de ces matériaux se trouvant à l'état colloïdalcomme SiO2 colloidaleou l'oxyde d'aluminium colloïdal, il est possible de n'utiliser que des quantités réduites de liant, c'est-à-dire près de la valeur limite inférieure de une partie en poids d'un tel liant. Avantageusement, la quantité globale d'argile et/ou des autres constituants très finement divisés plus d'autres addi- tifs réfractaires, s'élève à 20 parties en poids pour 100 par- ties en poids de fibres céramiques. Les liants organiques utilisés dans le procédé de la présente invention sont les liants usuels du type préféré,que sCnt les mLiassesla lessive résiduaire sulfitique et plus parti- culièrement la mnéthylcellulose. Les liants organiques sont habituellement utilisés sous forme d'une solution concentrée, une partie du liant organique, avantageusement jusqu'à 50 % en poids;peut toutefois atre ega- lement utilisée sous forme solide finement divisée. Dans le cas o la méthylcellulose est utilisée comme liant, celle-ci est mise en oeuvre habituellement sous rorme d'une solution à 5 % en poids dans l'eau. La lessive résiduaire sulfitique peut être utilisée sous forme de lessive résiduaire sulfitique avec une teneur usuelle en matières solides d'environ 50 % en poids, mais on peut également utiliser la lessive rêsiduaire sulfiti- que sèchefinement pulvérisée. Le mélange de$constituants du stade (a) du procédé con- forme à la présente invention peut s'effectuer dans un malaxeur classique, par exemple dans un malaxeur Drais. Dans une forme de réalisation avantageuse du procédé conforme à la présente invention, les fibres céramiques sont utilisées sous forme de fibres désagrégées, dans le stade (a). Pour cela, on met les fibres courantes du conmmerce dans leur état de livraison, dans un mélangeur à turbine (mélangeur rapi- de turbulent de marque*Drais) ou les fibres livrées habituelle- ment sous forme de faisceaux de fibres sont transformées en fi- bres désagrégées. Ce mélangeur à turbine consiste en un ensemble mélangeur avec des fraises à lames tournant vite,grâce à quoi les agrégats,éventuellement présents dans les fibres courantes en partie sous forme compactée, sont désagrégés sans que pour cela les fibres soient fortement broyées ou concassées de ma- nière inadmissible. Naturellement, il est également possible de mélanger les constituants à mélanger dans le stade (a),c'est-à-dire l'argile et/ou les autres constituants très finement divisés, éventuellement les autres additifs réfractaires et le liant organique si il est utilisé sous forme solide, avec les fibres, dans un mélangeur à turbine de ce type, ce qui produit en même temps une désagrégation des fibres et un mélange particulièrement bon et homogène avec les constituants ajoutés dans le stade (a). Ensuite, le liant éventuellement dissous et l'eau sont alors ajoutés et mélangés. Le mélange obtenu dans le stade (a) du procédé conforme à la présente invention doit être compacté à un facteur de volume d'au moins 3. Ceci peut s'effectuer avantageusement dans une boudineuse. En outre, on peut effectuer ce compactage dans une presse rotative ou dans un dispositif usuel de briquetage, mais on peut aussi utiliser toute autre presse classique. Dans le procédé conforme à l'invention, le compactage doit avoir lieu à un facteur de volume d'au moins 3, de préférence le compac- tage est effectué à un facteur de volume de 3 à 6. Le facteur maximal de volume du compactage est d'environ 12 à 14. Ensuite, le produit compacté à un facteur de volume d'au moins 3 est séché, généralement à des températures comprises entre 110 et 1800C jusqu'à ce que l'eau contenue soit éliminée presque en totalité ou complètement. Les morceaux alors obtenus sont broyés à la granulation désirée, la taille maximum des grains étant habituellement de 8 mm et avantageusement de 6 mm. Cepen- dant le broyage peut aussi être réglé dans un domaine déterminé, par exemple on peut obtenir un produit ayant une granulation entre 2 et 3 mm ou une taille maximale desgrains jusqu'à 2 mm ou 3 mm tout simplement par broyage dans un dispositif broyeur usuel et éventuellement par tamisage aux granulations désirées. Le matériau granulaire obtenu selon le procédé conforme à la présente invention possède une densité de 0,7 à 1,75 g/cm3 et présente un volume de pores de l'ordre de grandeur allant de 35 à 75 %. Le matériau granulaire obtenu selon le procédé conforme à la présente invention peut être utilisé de manière particu- lièrement appropriée en masses fibreuses à projeter. A cet ef- fet le matériau peut être soit amené à l'état sec à une buse de pulvérisation1à la tête de laquelle il est mélangé avec de l'eau et avec un autre liant ou d'autres additifs minéraux, soit préparé sous forme d'une suspension avec de l'eau et au moins un liant minéralpuis pulvérisé. Comme additifs de ce genre, soit les liants phosphatés, soit même les liants faisant prise d'une façon hydraulique, tels que le ciment Portland ou les ciments extrêmement réfractaires comme le ciment alumineux fon- du, peuvent être utilisés, également l'addition d'autres additifs usuels est possible lors de l'utilisation sous forme de masse fibreuse à projeter.Egalement une pulvérisation par addition d'eau, de liant et de fibre céramique est possible. Lors de l'utilisation du matériau granulaire conforme à l'in- vention en masses fibreuses à projeter, il est avantageux que ces masses fibreuses à projeter demandent peu d'eau pour la pulvérisation, ce qui peut permettre d'économiser jusqu'à 50 % d'eau. De plus, la nébulisation des fibres est largement dimi- nuée. Lors de l'utilisation conforme à la présente invention en masses fibreuses à projeter, celles-ci sont utilisées en garnissagesen particulier pour le revêtement isolant des fours pour traitement thermique1ou comme couches protectrices isolan- tes sur des matériaux réfractaires, ces masses fibreuses à projeter pouvant être utilisées également pour l'isolation ultérieure vis-à-vis du feu de garnissages déjà existants, par exemple pour des réparations. Dans le cas de cette utilisation, lors de la pulvérisation des masses fibreuses à projeter, un autre liant résistant aux températures élevées, par exemple un liant phosphaté ou un ciment alumineux fondu doit bien entendu être présent dans ces masses. Une utilisation particulièrement avantageuse des masses fibreuses à projeter concerne l'application au pistolet des plafonds de chaufferie. Ces revêtements de plafond de chauffe- rie sont décritspar exemple>dans la demande de brevet alle- mande déposée et acceptée en RFA NO 28 32 079 o ici, les feutres en matériau fibreux stables à la température sont fixés au moyen d'attaches et la dernière couche de feutre est ensuite recouverte complètement avec une couche protectrice d'un maté- riau de construction léger stable aux températures élevées. Lors de l'utilisation conforme à l'invention des masses fibreu- ses à projeter, il est possible d'appliquer au pistolet des constructions de plafond de ce genre avec les masses fibreuses à projeter de la présente invention qui, après le séchage, donnent une couche d'isolation compacte qui ne nécessite aucune plaque de recouvrement. Un autre avantage de la granulation fibreuse conforme à l'invention repose sur le fait que le liant organique lors de l'utilisation de ces granulations fibreuses,qu'elles soient telles quelles ou sous forme d'agrégats ajoutésà d'autres matiè- res réfractaires ou à des corps moulés réfractaires,brOlent aux températures élevées partiellement ou complètement, par exemple à des températures supérieures à 5000C, ce qui fait que les grains élémentaires de ce matériau ne conservent plus de liant, de sorte que les propriétés élastiques des fibres céramiques réapparaissent nettement. Lors de l'utilisation d'une granula- tion fibreuse céramique de ce genre, par exemple sous forme d'additif dans une masse réfractaire, il existe l'avantage que, après la combustion du liant organique, les grains élémentaires de la granulation fibreuse sont élastiquesde sorte que grâce à ceci,aux éléments de construction résistant au feu ou réfrac- taires préparés à partir de ces masses, est conférée la proprié- té avantageuse que les tensions internes se produisant peuvent être équilibrées. Ceci conduit au fait que ces éléments de construction résistant au feu ou réfractaires qui oantiealmnt la granulation fibreuse conforme à la présente invention, pré- sentent moins de fissuration1car les tensions sont supprimées par les grains élémentaires élastiques de la granulation fi- breuse. Dans le procédé conforme à l'invention, on utilise des quantités d'eau différentes lors de la préparation du mélange dans le stade (a). La quantité d'eau utilisée dépend essentiel- lement du dispositif dans lequel le mélange obtenu dans le stade (a) est ensuite compacté dans le stade (b). Quand ce com- pactage est effectué dans un dispositif de briquetage ou dans une presse rotative, des quantités d'eau de 5 à 25 parties en poids sont suffisantes, cependant, si le compactage est effec- tué sur une boudieuse, la quantité d'eau à ajouter dans le stade (b) est plus élevée et elle peut aller jusqu'à 100 par- ties en poids. En se basant sur de simples essais préliminaires, la quantité d'eau à utiliser peut être cependant tout simplement déterminée. La quantité d'eau utilisée dépend également de l'im- portance des quantitésutiliséesdans le stade (a) d'argile, de Al203 très finement divisé ou des autres constituants très finement divisés mentionnés, ce qui fait qu'en particulier lors de l'utilisation de SiO2 colloïdalvet de Al203 colloidal,des quantités d'eau plus grandes peuvent être avantageuses. La présente invention est expliquée plus en détail à l'aide des exemples ci-après. Dans ces exemples, des fibres céramiques A ayant 47 % de AI203 et 53% des fibres B ayant 95 % de A1203 et 5 % de SiO2. EXEMPLES 1 à 5 On utilise les compositions suivantes: Exemple on utilise de Si02)ou 4 5 Fibres céramiques A Fibres céramiques B Argile liante (ayant 35% A1203) Oxyde de chromeZ-_ 63 ym SiO2 colloïdale A1203 colloïdal Méthylcellulose, solide Lessive résiduaire sulfitique, solide Farine de chamotte Eau - --- 100 100 6 --- 50 50 4 -- 2 __ 1 7 2 0 15 2 4 4 1 12 25 Dans un malaxeur Eirich, les fibres céramiques sont mé- langées avec l'argile liante ou avec les autres constituants pendant 5 minutes, puis le liant organique ou le mélange de liants est ajouté et finalement l'eau est ajoutée. Le mélange dure en tout 20 minutes. Ce mélange est compacté dans un dispositif de briquetage (marque KHD) auxfacteursde volume indiquéspuis est séché 12 heures à 120 C et broyé ensuite à une taille maximale des grains d'environ 6 mm. Sur les granulations fibreuses obtenues, les propriétés suivantes sont déterminées: Exemple Densité apparente, R, (g/cm3) Facteur de compactage Volume de pores, Pg, (% en volume) EXEMPLES 6 à 10 1 2 3 l,-25 ,4 1,09 7,2 49,5 69,7 1,15 6,8 4 5 1,20 6,0 1, 23 6,5 68,0 53,8 62,6 On répète les opérations des exemples 1 à 5 mais en uti- lisant ici des fibres désagrégées. La désagrégation des fibres s'effectue dans un mélangeur à turbine(marque"Drais)pendant 5 minutes. Ensuite, les additifs usuels sont ajoutés et mélan- gés pendant 2 minutes. Le compactage s'effectue dans une presse hydraulique, en briques de 250 x 125 x 30 mm, celles-ci sont séchées 12 heures à 120 C puis broyées à une taille maximale des grains de 6 mm. Sur les granulations fibreuses obtenues, sont déter- minées les propriétés suivantes: Exemple 6 7 8 9 10 R (g/cm3) 1,10 0,95 1, 01 1,04 1,09 Facteur de compactage 6,0 7,9 7,2 6,9 7,3 Pg (% en volum.e) 56,0 73,5 71,7 59,9 66,6 EXEMPLE 11 On répète l'opération de l'exemple 6 sauf qu'on mélange 80 parties en poids d'eau. Le compactage s'effectue dans une boudineuse, la section transversale de la filière étant de 250 x 190 mm. Les galettes crues sortant de la boudineuse sont découpées en longueur appropriéeset séchées 24 heures à 120 C. Ensuite, les galettes sèches obtenues sont broyées à une taille maximale des grains de 3 mm. Sur la granulation fibreuse obte- nue, les propriétés suivantes sont déterminées: R (g/cm3) 0, 95 Facteur de compactage 3,2 Pg (% en volume) 62,7 REVENDICATIONS 1.- Procédé pour la préparation de matériaux résistant au feu ou réfractairesgranulaires, contenant des fibres céra- miques, renfermant:des fibres céramiques, de l'argile, un liant et éventuellement d'autres additifs usuels, caractérisé par le fait que: a) 100 parties en poids de fibres céramiques, 2 à 15 par- ties en poids d'argile et/ou de A1203 très finement divisé et/ou de SiO2 très finement divisée et/ou d'hy- droxyds d'aluminium et/ou de magnésie très finement divisée et/ou de dioxyde de titane très fine-ent divisé et/ou d'oxyde de chrome très finement divisé, éventuel- lement jusqu'à 10 parties en poids d'autres additifs réfractaires et une à 10 parties en poids de liant orga- nique, calculéessous forme solide, avec environ 5 à 25 parties en poids d'eau sont mélangées soitneusement dans un malaxeur, et b) que le mélange obtenu dans le stade (a) est compacté à un facteur de volume d'au moins 3, séché, puis broyé à la granulation désirée. 2.- Procédé selon la revendication 1, caractérisé par le fait que la bentonite est utilisée comme argile. 3.- Procédé selon la revendication 1, caractérisé par le fait que des fibres désagrégées sont utilisées comme fibres cé- ramiques. 4.- Procédé selon la revendication 1, caractérisé par le fait que la mélasse est utilisée comme liant. 5.- Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 3, caractérisé par le fait que la lessive résiduaire sulfi- tique; sous forme solide ou sous forme de solution, est utilisée comme liant. 6.- Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 3, caractérisé par le fait que la méthylcellulose,sous for- me solide et/ou sous forme de solution dans l'eau,est utili- sée comme liant. 7.- Procédé selon la revendication 1, caractérisé par le fait que la porcelaine pulvérisée ou la chamotte est utilisée comme autre matière réfractaire. 1l 8.- Procédé selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé par le fait que le compactage dans le stade (b) est effectué à un facteur de volume de 5 à 8. 9.- Procédé selon la revendication 1, caractérisé par le fait que dans le stade (b) le compactage est effectué par des boudineuses mais en utilisant alors dans le stade (a) jusqu'à 100 parties en poids d'eau pour la préparation du mélange. 10.- Procédé selon la revendication 1, caractérisé par le fait que dans le stade (b), le compactage est effectué dans un dispositif de briquetage. 11.- Matériau résistant au feu ou réfractaire granulai- re, contenant des fibres céramiques préparé selon le procédé décrit dans l'une quelconque des revendications 1 à 10. 12.- Utilisation du matériau résistant au feu ou réfrac- tairegranulairecontenant des fibres céramiques en masses fi- breuses à projeter. 13.- Utilisation du matériau résistant aufeu ou refractare, granulaire> contenant des fibres céramiques,comme additif dans les éléments de construction résistant au feu ou réfractaires} soumis à des tensions lors de leur utilisation.