Brevet FR2556337A1 — publié le 19850614

2556337. PROCEDE POUR LA FABRICATION D'UNE PIECE FIBREUSE ISO- LANTE ET PIECE AINSI OBTENUE. L'invention concerne un procédé pour la fabrication d'une pièce fibreuse isolante. Elle concerne également les pièces fibreuses isolantes obtenues selon ce procédé. Il est bien connu de revêtir les enceintes destinées à être portées à haute température d'une couche d'un matériau isolant. A l'origine, pour ce faire, on a utilisé des briques réfractaires. Cette technique, bien que lar- gement répandue, présente l'inconvénient d'être coûteuse, de conduire à des revêtements lourds, sensibles aux chocs thermiques et qui, pour certaines appli- cations ont une grande capacité calorifique, ainsi qu'une forte inertie thermique. Depuis quelques années, on a proposé de remplacer les briques par des nappes fibreuses. Dans une première forme de réalisation, on a suggéré de dérouler sur la paroi à revêtir des nappes à base de fibres résistant à haute températuretelles que des fibres céra- miques. Ces nappes sont fixées parallèlement aux parois du four à l'aide des tiges métalliques. Ces tiges provo- quent des ponts thermiques, se corrodent et précipitent la corrosion des parois du four même, ainsi que la chute des nappes. Pour éviter ces inconvénients, dans une seconde for- me de réalisation, on a suggéré de faire appel à un empi- lement de nappes élémentaires en fibres résistant à haute température, superposées sur le champ ou pliées, fixées sur les parois à l'arrière, ce qui évite les ponts ther- miques. Cette dernière technique ne permet de réaliser qu'une isolation homogène de la face chaude à la face froide, ce qui en augmente inutilement le coût. L'invention concerne un procédé pour la fabrication d'une pièce fibreuse isolante, notamment pour le revête- ment intérieur d'enceintes destinées à être portées à 2556337. -2- haute température, qui soit facile à mettre en oeuvre, économiquenotamment pour la fabrication de petites sé- ries,et permette de réaliser commodément des pièces de dimensions et de formes appropriées avec des spécifica- tions déterminées. Ce procédé pour la fabrication d'une pièce fibreuse isolante, notamment pour le revêtement intérieur d'encein- tes destinées à être portées à haute température, à base de fibres résistant à haute température, se caractérise en ce qu'il consiste: - à préparer une première suspension contenant pour partie majoritaire un premier type de fibres résistant à haute température et pour partie minoritaire des fibres papetières; - - à préparer au moins une seconde suspension conte- nant pour partie majoritaire un second type de fibres résistant à haute température et pour partie minoritaire des fibres papetières; - à verser chaque suspension dans un compartiment distinct d'un bac dont le fond comporte un tamis filtrant momentanément obstrué et dont les compartiments élémen- taires sont séparés entre eux par une plaque amovible; - puis, simultanément, tout en retirant la plaque de séparation, d'une part, à agiter localement le mi- lieu au moins au voisinage de cette plaque de sépara- tion, et d'autre part, de manière connue, à égoutter l'eau au travers du tamis filtrant - enfin, après avoir séché la pièce obtenue, à chauffer celle-ci à une température susceptible de provo- quer dans cette pièce la céramisation des cendres prove- nant de la combustion préalable des fibres papetières. Avantageusement, en pratique: - les fibres majoritaires résistant à la température sont des fibres céramique; 2556337. -3- - les fibres minoritaires sont des fibres papetières mécaniques, notamment des fibres de récupération,c'est- à-dire réalisées à partir de papier encré, chargé, etc., recyclé; - la proportion en poids de fibres minoritaires pa- petières est comprise entre 1 à 5 % en poids du poids sec des fibres majoritaires résistant à la température; si cette proportion est inférieure à 1 %, on aura pas assez de cendres après chauffage, donc de matières lian- tes et,en revanche, si cette proportion est supérieure à %, le matériau aura tendance à se comporter déjà comme du carton, ce qui, lors du séchage, entraînera un retrait; - la concentration en fibres varie d'une suspension à l'autre, mais la quantité de suspension versée dans chaque compartiment élémentaire est identique d'une suspension à l'autre; - on fait appel de préférence à des fibres en vrac, que l'on disperse de manière connue dans de l'eau; - pour préparer chaque suspension élémentaire, on réalise tout d'abord une suspension contenant des fibres résistant à haute température, notamment en vrac, s'il y a lieu additionnée d'agents mouillants, puis on ajoute ensuite à cette suspension une autre suspension préparée séparément contenant des fibres papetières; - la concentration de chaque suspension est comprise entre 50 et 80 grammes/litre car,en deça, la quantité d'eau éliminée est trop importante,alors qu'en revanche, au-delà, on obtient une mauvaise dispersion des fibres élémentaires; - l'agitation du milieu est obtenu de manière connue, par exemple,soit par un agitateur à vibrations, soit tout simplement en ménageant,soit sur la paroi de la plaque amovible soit à son extrémité inférieure, un peigne trans- versal destiné à former organe d'agitation lors du -4- retrait de cette plaque amovible; - lors du remplissage des compartiments élémentaires du bac, le tamis du fond du bac est obstrué par une couche d'eau qui sera éliminée lors de la phase d'égouttage; - la céramisation des cendres résultant de la combus- tion des fibres papetières est effectuée à une température d'au moins 1000 C; - après chauffage, la pièce refroidie peut être en- duite d'une nouvelle composition minérale liante, telle que par exemple une solution aqueuse de phosphate d'alumine, que-l'on sèche ensuite à l'étuve. La manière dont l'invention peut être réalisée et les avantages qui en découlent ressortiront mieux des exemples de réalisation qui suivent, donnés à titre indi- catif et non limitatif à l'appui des figures annexées. La figure 1 est une représentation schématique som- maire d'un dispositif pour la mise en oeuvre du procédé selon l'invention. Les figures 2 et 3 montrent respectivement ce dispo- sitif en coupe selon les axes I-I' (figure 2) et II-II' (figure 3) de la figure 1. La figure 4 est une vue perspective sommaire de la plaque amovible du dispositif de la figure 1. La figure 5 est une représentation schématique en perspective sommaire d'une pièce isolante conforme à l'invention. Le dispositif montré aux figures 1 à 4 pour la mise en oeuvre du procédé selon l'invention se compose essen- tiellement d'un bac (1) formant hausse,ouvert à son ex- trémité supérieure (2) et dont le fond (3) est constitué par une grille fortement àjourée,mais résistante. Ce bac (l),par exemple en tôle d'acier, comporte sur deux bords opposés des fentes élémentaires (4,5,6,7) en nombre approprié destinées à délimiter des compartiments élé- mentaires (8,9),par mise en place d'une plaque de -5- séparation rigide (10), par exemple également en tôle, inserrée dans chacune de ces fentes (4,6-5,7). La surface de cette plaque de séparation amovible (10) correspond à la section interne du bac (1). Cette plaque (10) présente des oreilles d'extrémité (11 12),destinées à venir s'inserrer dans les fentes (4-7),et qui dépassent du bac pour en permettre la mise en place et le retrait. Le fond de la plaque de séparation (10) comporte une seconde plaque transversale (13) légèrement incurvée, destinée à venir au contact du tamis (15) placé sur le fond ajouré (3). Cette pièce (13),soudée par exemple, présente une pluralité d'arêtes élémentaires (14) à l'instar d'un peigne. Comme déjà dit, le fond (3) en grillage fortement ajouré, est revêtu d'un tamis filtrant (15) métallique de 5 mm de maille. Le fond de la hausse (1) comporte une collerette (16) de raccord au corps (17) et de maintien du tamis (15). Le corps (17) qui repose sur des pieds (18,19) présente sur la face avant une vanne d'égouttage (20). Exemple 1: Dans un seau d'eau de dix litres, on ajoute cinq cent grammes d'une fibre céramique résistant à une température de 1400 C, commercialisée par Lafarge Réfractaire sous la dénomination K60,de longueur voisine de un centimètre. Parallèlement, dans un demi-litre d'eau, on met en suspension 25 grammes d'une pâte mécanique papetière ontenue à partir d'un papier récupéré, encré et forte- ment chargé. A température ambiante, on ajoute la suspension aqueuse de fibres papetières dans la suspension de fibres céramique. On a préparé ainsi 10, 5 litres d'une première suspension aqueuse contenant environ 500 grammes de fibres céramique et 25 grammes de fibres papetières. De la même façon, on prépare une seconde suspension contenant,toujours pour 10,5 litres,500 grammes de fibres 2556337. -6- céramique, mais de qualité "K45" commercialisée par Lafar- ge Réfractaire, résistant seulement à une température de 1250 C et 25 grammes de fibres papetières. On verse la première suspension à base de fibres céramique K60 dans le premier compartiment (8) etsimulta- nément la seconde suspension de fibres majoritaire K45 dans le second compartiment (9). Le fond du bac (1) sur lequel est disposé le tamis filtrant (15) est obturé par une couche d'eau provenant du remplissage à ras bord du corps (17). Cette couche forme ainsi joint entre les deux compartiments. Les deux suspensions préparées,placées dans chaque compartiment distinct (8) et (9),sont séparées entre elles par la plaque amovible (10). On enlève alors cette plaque (10) en la tirant vers le haut par les oreil- les (11,12). Dans ce mouvement ascendant, les arêtes élé- mentaires (14) du peigne (13) provoquent au voisinage de cette plaque (10) des turbulences qui brassent locale- ment les deux suspensions contenues dans les compartiments (8) et (9), de sorte que les fibres de ces suspensions au voisinage de cette plaque (10) se mélangent. Simulta- nément, on ouvre la vanne (20) de vidange, de sorte que l'eau de chacune des suspensions s'égoutte très rapide- ment, puisqu'il n'y a pas de rétention d'eau. Si nécessaire, au moyen d'un gabarit, on tasse le dessus du mât fibreux réalisé, de manière à obtenir une surface plane. On ouvre alors la collerette (16), puis en tirant l'ensemble grâce à la toile filtrante (15), on amène le mât fibreux sur un plateau. On sèche ensuite ce matériau à l'étuve à 90 C, pendant quatre heures. On obtient alors un matériau montré à la figure 5 mesurant environ 21 par 29 centimètres de côté pour une épaisseur de 70 milli- mètres et une masse volumique voisine de 0,2 g/cm3. On place ensuite ce matériau dans un four o on le chauf- fe pendant trois heures à 1000 C. Cette température 2556337.- -7- provoque tout d'abord la combustion des fibres papetières, puis la céramisation des cendres obtenues lors de cette combustion, ce qui lie entre elles les fibres céramique élémentaires de chacune des suspensions. Le pavé obtenu (25) montré à la figure 5 se compose essentiellement de trois zones, à savoir: - tout d'abord une première portion (26), formant face chaude, c'est-à-dire destinée à venir au contact de la paroi chaude, constituée par les fibres les plus résistantes à la température, en l'occurence des fibres céramiques K60 résistant à 1300 C; - une deuxième zone opposée (27), formant face froi- de, formée de fibres moins résistantes à la température (K45) - et une portion intermédiaire (28) dans laquelle ces deux zones s'interpénètrent; cette portion (28) étant essentiellement formée, autour d'une ligne de jonc- tion (29), plus précisément de deux zones (30,31), la première (30) étant plus riche en fibres à haute résis- tance à la température et la seconde (31) étant plus riche en fibres moins résistantes à haute température. Les fibres de ces trois zones sont liées entre elles de façon homogène par les cendres céramisées provenant de la combustion de fibres papetières. Exemple 2: On répète l'exemple précédent en remplaçant la fibre céramique K60 par une fibre céramique commercialisée par Morgan sous la dénomination "Cerachrome", de longueur voisine de dix centimètres. On obtient un pavé analogue à celui de l'exemple 1, mais dont la face chaude résiste à une température de 1450 C. Exemple 3: On répète l'exemple 1, mais en remplissant le deuxiè- me compartiment (9) non plus avec la suspension de fibres K45, mais de fibres K60 avec une concentration réduite de 2556337. -8 moitié, c'est-à-dire de 25 grammes au lieu de 50 grammes par litre. Après compactage à une épaisseur uniforme, on obtient un pavé dont les deux faces ont une densité différente l'une de l'autre. La couche la plus dense permettra de consituer la face froide, alors que la moins dense constituera la face chaude. Exemple 4: On répète l'exemple 1 en faisant varier la concen- tration de la pâte papetière d'un compartiment à l'autre. Le compartiment le plus chargé en fibres papetières étant le plus lié, présente une meilleure cohésion. Exemple 5: Le bac est divisé en trois compartiments élémentai- res identiques que l'on remplit respectivement: - le premier à l'aide d'une suspension contenant dans six litres d'eau, 300 g de fibres céramiques K60 et 15 grammes de fibres papetières mécaniques; - le second, toujours dans six litres d'eau, conte- nant 300 grammes de fibres céramiques K45 et 15 grammes de fibres papetières; - le troisième, toujours dans six litres d'eau, con- tenant 300 grammes de laine de verre et 15 grammes de fibres papetières mécaniques. On obtient également un pavé de 7 x 21 x 29 cm dans lequel la-face chaude est constituée par la nappe à base de fibres K60, alors que la face froide est cons- tituée par celle en laine de verre. Dans ce cas, la cuisson s'effectuera après montage, afin que la température reste compatible avec la laine de verre. Exemple 6: On répète l'exemple précédent en modifiant le volu- me des différents compartiments élémentaires, pour 2556337. -9 - moduler l'épaisseur de chaque couche. Exemple 7: Le pavé de l'exemple 1 est immergé avant ou après cuisson dans une composition liante minérale constituée par une solution aqueuse de phosphate d'alumine. Après immersion et imprégnation, on sèche l'ensemble pendant deux heures à 90 C. Exemple 8: On répète l'exemple 1 avec la modification suivante. Un générateur de vibrations ultrasonique est fixé sur la paroi externe de la hausse (1) et est mis en fonctionne- ment pendant quelques secondes après que ait été enlevée la plaque de séparation (10). Les ultrasons provoquent une vive agitation de la masse liquide, ce qui induit une interpénétration de suspensions plus régulière que celle obtenue avec le peigne (13), et un gradient de concentra- tion des fibres réglable dans la zone (28) en fonction du temps d'agitation. Exemple 9: On répète l'exemple 1 en ajoutant à l'une ou à cha- cune des suspensions une charge minérale,telle que par exemple du Kaolin, qui modifie les propriétés de toute ou partie de la pièce après cuisson (porosité, résistivi- té électrique, résistance mécanique, facilité d'usinage, etc..). Le procédé selon l'invention présente de nombreux avantages par rapport à ceux connus à ce jour. On peut citer: - la possibilité de réaliser des pièces de dimensions appropriées, même de grandes dimensions, ce qui se tra- duit par un gain de temps; - la possibilité de réaliser des pièces à meilleur coût, puisque seule la face chaude est en fibres résis- tant à la plus haute température; - une résistance mécanique améliorée, puisque après 2556337i - 10 - chauffage, les cendres céramisees formant une liaison minérale homogène la possibilité de réaliser des pièces en forme par le choix de bacs de forme appropriée, tels que par exemple des éléments de voûte dans un four - la facilité de manipulation, grâce à la présence des fibres papetières, ce qui permet de réaliser la cuisson finale après montage de ces pièces dans le four lui-même - la possibilité de réaliser à la demande et en petites séries des pièces de forme et de spécification déterminées. De la sorte, ces pièces peuvent être utilisées avec succès pour l'isolation des revêtements intérieurs de fours destinés à travailler à des températures élevées. - ll - REVENDICATIONS 1/ Procédé pour la fabrication d'une pièce fibreuse isolante, notamment pour revêtement intérieur d'enceintes destinées à être portées à haute température, à base de fibres résistant à haute température, caractérisé en ce qu'il consiste: - à préparer une première suspension contenant pour partie majoritaire un premier type de fibres résistant à haute température et pour partie minoritaire des fibres papetières, - à préparer au moins une seconde suspension conte- nant pour partie majoritaire un second type de fibres résistant à haute température et pour partie minoritaire des fibres papetières, - à verser chaque suspension dans un compartiment distinct (8,9) d'un bac (1) dont le fond (3) comporte un tamis filtrant (15) momentanément obstrué et dont les compar- timents élémentaires (8,9) sont séparés entre eux par une plaque amovible (10), - puis simultanément, tout en retirant la plaque de séparation amovible (10), d'une part, à agiter localement le milieu au moins au voisinage de cette plaque de sépa- ration (10) et, d'autre part, de manière connue, à égout- ter l'eau au travers du tamis filtrant (15), - enfin, après avoir séché la pièce obtenue, à chauf- fer celle-ci à une température susceptible de provoquer dans cette pièce la céramisation des cendres provenant de la combustion préalable des fibres papetières. 2/ Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que les fibres majoritaires résistant à la température sont des fibres céramique. 3/ Procédé selon l'une des revendications 1 et 2, caractérisé en ce que les fibres minoritaires sont des fibres papetières mécaniques de récupération. - 12 - 4/ Procédé selon l'une des revendications 1 à 3, caractérisé en ce que les fibres minoritaires papetières représentent 1 à 5 % en poids du poids sec des fibres majoritaires résistantes à la température. 5/ Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que l'on ajoute une charge minérale à au moins l'une des suspensions élémentaires. 6/ Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que la plaque amovible (10) présente au moins, à son extrémité (13) destinée à venir au contact du tamis (15) une série d'arêtes transversales (14) destinées à former organe d'agitation lors du retrait de cette plaque (10). 7/ Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que le cuisson de la pièce égouttée et séchée, est effectué à une température d'au moins 1000 C. 8/ Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que la concentration des suspensions contenues dans chaque compartiment (8,9) varie d'une suspension à l'au- tre, mais en ce que le volume de suspension versée dans chaque compartiment (8,9) est identique. 9/ Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que avant ou après chauffage, la pièce est enduite à l'aide d'une composition minérale liante séchée à l'étuve. 10/ Pièce isolante préparée par un procédé selon l'une des revendications 1 à 6.