Brevet FR2549468A1 — publié le 19850125

PROCEDE DE FABRICATION D'UNE BRIQUE LEGERE REFRACTAIRE ET BRIQUE AINSI OBTENUE La présente invention concerne un procédé de fabri5 cation de briques légères réfractaires par moulage, séchage et calcination d'un mélange constitué par (a) une barbotine comprenant au moins une matière réfractaire partiellement à grains fins, des additifs et éventuellement des adjuvants réfractaires ou résistant 10 au feu, et (b) une mousse préparée séparément et ajoutée à la barbotine et mélangée à celle-ci, elle concerne également les briques légères réfractaires fabriquées selon le procédé. D'après la demande de brevet allemande à l'inspection publique n 1 471 314, on connaît déjà un procédé de fabrication de matières réfractaires poreuses, dans lequel une mousse préparée séparément est ajoutée à une barbotine, et à ce mélange est ajouté un agent de précipitation, ce 20 qui fait que la viscosité de la barbotine est augmentée d'une façon telle qu'elle ne coule plus Comme matière de départ pour la préparation de la barbotine, on peut citer en particulier la chamotte broyéemais dans cette publication on indique également l'utilisation de quartz En outre, 25 d'après la demande de brevet allemande à l'inspection publique n 2 023 089, on connaît un procédé pour la fabrication de granulés ou de corps moulés, calcinés, soufflés, à partir de matières minérales pulvérulentes, en particulier, à partir de la poudre de rochelo à la masse pâteuse 30 de ces matières minérales est ajoutée une masse de mousse. En outre, en vue de diminuer la viscosité de la masse pâteuse, un agent fluidifiant peut être ajouté. D'après la demande de brevet allemande à l'inspection publique n 1 965 008, on connaît un procédé de fa35 brication de produits légers en céramique,o une matière de départ en céramique pulvérisée est utilisée avec une dispersion colloidale aqueuse d'oxyde de silicium ou d'oxy- de d'aluminium, et d'un agent porogène dégageant un gaz à température plus élevée. La présente invention a pour objet un procédé de fabrication de briques légères réfractaires poreuses à ba5 se de Si O 2, A 1203 ou de mullite, dans lequel les briques légères réfractaires peuvent être fabriquées avec une grande pureté; une conductivité thermique faible, et une résistance élevée sans utiliser de liants supplémentaires Afin de réaliser cet objet, on utilise le procédé 10 conforme à l'invention, qui est caractérisé par le fait que pour la fabrication de la barbotine on broie à l'état humide 75 à 88 parties en poids de silice fondude verre de quartz, d'oxyde d'aluminium ou leurs mélanges dans la compositionde la rullite avec 25 à 12 parties en poids d'eau, 15 jusqu'à ce qu'au moins 25 % en poids de silice fonduoe, de verre de quartz, d'oxyde d'aluminium, se trouvent sous forme finement divisée, inférieure à 3 Dm et que 100 % en poids soientinférieurs à 0,2 mm, ou bien la matière de départ réfractaire ayant une finesse suffisante est mélangée inti20 mement avec l'eau, puis dans la masse humide ainsi obtenue, on introduit 0,2 à 1,5 partie en poids de montmorillonite magnésienne,exprimée en matière solide,sous forme d'une pâte à 2-6 % en poids dans l'eau et,au mélange ainsi obtenu, est ajoutée 0,1 à 1 partie en poids de magnésie caustique, 25 calculée en matière solideet dispersée dans une faible quantité d'eau, puis mélangée. Selon une forme de réalisation préférée du procédé de la présente invention, la quantité de montmorillonite magnésiennecalculée en matière solide,est de 0,2 à 0,6 30 partie en poids par rapport à 75 88 parties en poids de silice fondue,de verre de silice, d'oxyde d'aluminium, ou de leur mélange utilisés. Selon une autre forme de réalisation préférée du procédé de la présente invention, la quantité en magnésie 35 caustique ajoutée est de 0,1 à 0,3 partie en poids,exprimée en matière solide qui est dispersée dans une faible quantité d'eau par rapport à 75 88 parties en poids de silice fondue de verre de quartz, d'oxyde d'aluminium ou de leur mélange-. Selon une forme de réalisation préférée du procédé de la présente invention, la surface des briques légères réfractaires est détachée après la calcination sur une épaisseur de 1 à 10 mm Ainsi, des briques légères réfractaires de dimensions exactes sont obtenues avec des propriétés homogènes sur toute la section transversale Lors du moula10 ge et du séchage des briques légères réfractaires, une faible quantité de l'agent porogène migre à la surface et entraîne alors des matières apparemment solubles Les brinues légères réfractaires en silice fondueacquièrent en particulier, du fait de acalcination,une surface partielle15 ment cristalline qui pourrait altérer l'homogénéité des propriétés de la brique, ce qui serait loin d'être avantageux. Selon une autre forme de réalisation préférée, on utilise comme oxyde d'aluminium finement divisé, l'alumine 20 coulée qui est un produit du commerce et est constituée par A 1203 finement broyé Lors de l'utilisation de cette alumine coulée, il n'est plus nécessaire dans le premier stade du procédé de la présente invention de diminuer davantage la granulométrie par un processus de broyage à 25 l'état humide Le mélange avec l'eau peut être effectué d'une façon satisfaisante dans un récipient comportant un agitateur pour obtenir un mélange intime d'eau et d'alumine coulée. Selon un mode de réalisation davantage préféré, la 30 calcination des briques légères réfractaires conformes à la présente invention s'effectue 1 dans le cas o on utilise de l'oxyde d'aluminium pour la préparation de la barbotine, à des températures de 1500 à 1700 C En utilisant de la silice fondue ou du verre de quartzfinement diviséspour la 35 préparation de la barbotine, une température de calcination allant d'environ 1000 à 1100 C ou de 1100 à 1500 C, -4 en particulier de 1350 à 1450 C est utilisée Dans le cas o la calcination va jusqu'à 1100 C maximum, on obtient une brique légère réfractaire de silice fonduequi peut être réchauffée rapidement et dont les propriétés se main5 tiennent à des températures allant jusqu'à 1100 C. Dans le deuxième cas o la calcination a lieu de 1100 à 1500 C, on obtient une brique légère réfractaire de silice avec une phase cristalline, constituée essentiellement de cristobalite qui doit être chauffée lentement;com10 me on le sait 1 jusqu'à 1000 C et qui peut être utilisée jusqu'à des températures d'environ 1650 C à cause de sa structure interne cristalline La brique légère réfractaire de silice convient en particulier pour la fabrication de la voûte des fours à cuve de verrerie. Le procédé conforme à la présente invention est particulièrement avantageux étant donné que les briques moulées vertes peuvent être démoulées au bout d'un temps relativement court et peuvent être seulement alors séchées et calcinées. Bien entendu, on peut fabriquer des briques légères réfractaires de grandes dimensions et tailler ces briques comme d'habitude au format souhaité De cette façon, même l'enlèvement de la couche superficielle s'effectue nécessairement au moins sur les côtés taillés d'une telle bri25 que légère réfractaire. Les matières de départ utilisées pour la fabrication des briques légères réfractaires sont des matières connues Par l'expression"'silice fondueou verre quartzeuw, on désigne du dioxyde de silicium granulaire amorphe. Dans le procédé conforme à la présente invention, la matière réfractaire servant à la fabrication de la barbotine de silice fondue,deverre quartzeux, d'oxyde d'aluminium ou de leur mélange, dans la composition de la nullite, dans la mesure o elle ne présente pas une disper35 sion granulométrique suffisamment fine, est broyée jusqu'à ce qu'au moins 25 % en poids de la matière de départ ré- fractaire ait une granulométrie inférieure à 3 Nm. Dans le procédé conforme à la présente invention, au moins 25 % de la matière de départ réfractaire doivent être sous une forme finement divisée, telle que des temps de prise judicieux puissent être obtenus après la coulée dans les moules. Dans la matière de départ réfractaire, la silice fondue, le verre quartzeux présentent avantageusement au moins 40 % en poids de grains ayant une taille inférieure à 3 Nm Dans la matière de départ réfractaire, l'oxyde draluminium est limité avantageusement à la partie des 25 à 40 % inférieure à 3 gm et une granulométrie suffisante jusqu'à 0,2 mm est prévue dans la barbotine Ces mesures se répercutent favorablement pour la brique légère réfractaire base d'oxyde d'aluminium en donnant un faible retrait lors de la calcination. Dans la fabrication des briques légères réfractaires selon la présente invention, des adjuvants réfractaires à grosse granulométrie dont la taille des grains peut 20 allez jusqu'à environ 1 mm, peuvent être,comme on le sait, ajoutés à la barbotine Pour la fabrication des briques légères réfractaires de silice, on peut utiliser comme adjuvant réfractaire les déchets de briques siliceuses calcinées ayant une granulométrie de O à 1 mm, ce qui fait 25 que contrairement à la silice fondue relativement chère, une diminution avantageuse du prix de la matière réfractaire est obtenue La matière siliceuse prévue comme adjuvant contient déjà les modifications cristallines de Si O 2 transformées par la calcination à partir de la matière 30 de départ. Comme autre adjuvant réfractaire, on peut utiliser également du silicate de zirconium ou de l'oxyde de zirconium. L'adjuvant réfractaire peut être ajouté à la barbo35 tine jusqu'à 100 % par rapport à la matière réfractaire à grains fins déjà contenue dans la barbotine terminée Avec des additifs à gros grains et en particulier allant jusqu'à %, on diminue naturellement la résistance des briques légères réfractaires. En vue de diminuer la quantité d'eau nécessaire à la réalisation du procédé conforme à la présente invention, il peut être avantageux d'ajouter un fluidifiant connu. L'addition de ce fluidifiant s'effectue avantageusement selon le procédé de broyage à l'état humide au cours du premier stade du procédé conforme à la présente invention. 10 La montmorillonite magnésienne ajoutée dans le deuxième stade du procédé de la présente invention sert de ce qu'on appelle un"stabilisant, une limite inférieure de 0,2 partie en poids de montmorillonite magnésienne ajoutée étant indiquée du fait qu'au dessous de cette valeur, 15 cette montmorillonite n'agit plus du tout comme stabilisant tandis qu'une augmentation de la quantité indiquée supérieure à 1,5 partie en poids n'apporte aucune amélioration supplémentaire à son action de stabilisant. La magnésie caustique ajoutée sous forme de disper20 sion dans l'eau, dans le troisième stade du procédé de la présente invention, sert comme amorceur de la réaction. Généralement, 1 partie en poids de magnésie caustique est dispersée dans 3 à 10 parties en poids d'eau Cette magnésie caustique provoque un enchaînement des matières réfractaires finement divisées, de sorte qu'un durcissement se produit après la coulée dans les moules. Le procédé de la présente invention est effectué de façon classique, c'est-à-dire que tout d'abord les matières réfractaires sont broyées ou mélangées à l'état humide avec 30 l'eau, dans les proportions indiquées, dans le cas o les matières de départ sont déjà sous une forme suffisamment fines, c'est-à-dire qu'au moins 25 % en poidsont une granulométrie inférieure à 3 gm Ensuite, la montmorillonite magnésienne est ajoutée en la quantité donnée sous forme d'une pâte au mélange broyé à l'état humide, la durée du mélange étant, dans ce cas, habituellement de 1 à 2 minu- -7 tes Ensuite, la dispersion de magnésie caustique est ajoutée et mélangée jusqu'à ce qu'on ait un produit homogène également pendant 1 à 5 minutes, de préférence, pendant 1 à 2 minutes. Simultanément à la préparation du mélange de barbotine, tout en incorporant des adjuvants réfractaires à gros grainsjéventuels, on prépare d'une façon connue dans un deuxième récipient muni d'un agitateur la mousse nécessaire à la fabrication de la brique légère réfractaire de 10 la présente invention Pour cela, l'agent porogène et l'eau utilisés habituellement dans un rapport en volume de 1: 10,sont transformés en une mousse stable à l'aide d'un agitateur tournant à grande vitesse. Comme agent porogene, sont appropriés les produits du commerce, tels que par exemple un alkyléthersulfate d'ammonium avec un sulfonate de s Qdium aromatique ou avec un alkylpolyglycoléthersulfate de sodium Pour la fabrication des briques légères réfractaires de silice fonduedes polypeptide-polyoxyalkylènes en particulier tensio-actifs (produit'Airocel PK*(marque déposée de la firme Mearl Corp. USA, New Jersey)) se sont révélés favorables. Cette mousse est ensuite introduite dans la barbotine,la densité apparentedu produit fini pouvant être réglée par le choix des proportions de barbotine et de mousse. Si on désire par exemple une densité apparent pour une brique légère réfractaire de silice fondue de 0,6 g/cm 3, il faut utiliser 10 litres de barbotine (contenant 14,4 kg de silice fondue à grains fins) et environ 20 litres de mousse, ces quantités pouvant être éventuellement encore augmentées 30 par suite d'une faible retombée de la mousse pendant le mélangeage Cela est toutefois évidemment possible en se basant sur des connaissances usuelles et des essais antérieurs simples. Après le mélangeage de la barbotine avec la masse de mousse, le mélange ainsi obtenu est coulé dans le moule souhaité, avantageusement un moule à volet, et au bout d'environ 12 à 30 heures, le corps moulé peut être démoulé. Ensuite, un séchage à l'air est avantageusement effectué pendant 24 heures et pour des briques moulées de plus grandes dimensions, pendant 48 heures, puis un séchage à des températures montant régulièrement de 40 C à 110 C est effectué dans un four de séchage approprié. Après le séchage, c'est-à-dire après l'élimination de l'eau physiquement liée, on effectue la calcination qui, selon la matière de départ réfractaire utilisée, à lieu à différentes températures, pour la silice fondue une augmentation de température de 150 C/h jusqu'à la température de calcination de 1100 C étant réalisée pour la calcination, une augmentation de température avantageusement de 40 C/h jusqu'à la température de calcination de 1400 C étant réa15 lisée quand on utilise un mélange de silice fondue et de déchets de silice, et une augmentation de température de C/h jusqu'à la température de calcination de 1500-1700 C étant observée quand on utilise de l'oxyde d'aluminium comme matière 5 de départ réfractaires Lors de l'utilisation 20 d'une matière de départ dans la composition de la m-ullite, on choisit de préférence une montée en température de 40 C/h jusqu'à la température de calcination qui est de 1500 à 1650 C. Selon les dimensions de la brique, la calcination 25 est effectuée pendant 1 à 5 heures après avoir atteint la température de calcination. La présente invention est illustrée par les exemples descriptifs et non limitatifs ci-après. Exemple 1 Afin de fabriquer une brique légère réfractaire de silice fondue, on utilise comme matière réfractaire la silice fondue contenant plus de 99 % en poids de Si O 2 80 parties en poids de silice fondue broyée au préalable a une granulométrie allant jusqu'à 1 mm sont mélangées avec 35 20 parties en poids d'eau et sont broyées finement dans un broyeur pendant 12 heures, de sorte que 40 % en poids de la silice fondue ont unegranulométrie inférieure à 3 gm. Avec le broyeur appelé Attriteur, la matière broyée et les boulets en corindon sont agités par les pales d'un arbre traversant la cuve. Dans une opération séparée de la préparation de la matière broyée à l'état humide, on prépare une pâte à 4 % en poids constituée par une partie en poids de montmorillonite magnésienne et 24 parties en poids d'eau à l'aide d'un agitateur tournant à grande vitesse. A la matière broyée à l'état humide envelée de l'Attriteur, on ajoute cette pâte de montmorillonite magnésienne à raison de 1 partie en poids de montmorillonite magnésienne par rapport à 80 parties en poids de silice fondue et on mélange pendant 2 minutes. A ce mélange, on ajoute 0,15 partie en poids de magnésie caustique dispersée dans 0,5 partie en poids d'eau. Dans une opération séparée de la préparation de la barbotine, on prépare au préalable une mousse en utilisant du polypeptide-polyoxyalkylène comme agent porogène, au20 quel on ajoute 10 parties en volume d'eau pour 1 I partie en volume d'agent porogène, et on transforme le tout en une mousse stable à l'aide d'un agitateur tournant à grande vitesse. Pour 9 litres de barbotine préparéeau préalable, on 25 utilise 18 litres de mousse, la mousse étant délayée dans la masse de la barbotine. Après la coulée dans un moule et après le démoulage effectué 18 heures plus tard, le corps moulé est séché à l'air pendant 24 heures Ensuite, on sèche la brique dans 30 un séchoir pendant encore 48 heures en montant la température de 40 C à 110 C. Après le séchage, on monte la température à raison de 150 C/h jusqu'à la température de calcination de 1100 C et on calcine cette brique pendant 4 heures. La brique légère réfractaire de silice fondue obtenue possède les propriétés suivantes: Taux de Si O 2 % 98,5 Densité apparente g/cm 3 0,6 Résistance à la compression N/mm 2 7,5 Porosité totale % 71 Conductibilité thermique w/(m k) 400 C 0,21 600 C 0,24 900 C 0,32 Température limite d'utilisation C 1100 Exemple 2 Cet exemple montre la fabrication d'une brique légère réfractaire à base d'oxyde d'aluminium. Pour fabriquer cette brique légère réfractaire, on utilise une alumine calcinée qui est déjà à grains suffisamment fins, c'est-à-dire que plus de 70 % en poids ont une taille 15 de grain inférieure à 3 gm Dans un récipient équipé d'un agitateur, on mélange 33 parties en poids d'alumine calcinée, 33 parties en poids d'oxyde d'aluminium ayant une granulation de O à 0,03 mm et 17 parties en poids d'oxyde d'aluminium ayant une granulation de O à 0,2 mm ainsi que 17 par20 ties en poids d'eau et 0,1 partie en poids de polyphosphate de sodium comme fluidifiant En outre, on ajoute 0,5 partie en poids de montmorillonite magnésienne sous forme d'une pâte à 4 % en poids dans l'eau et on mélange pendant 2 minutes Finalement, on ajoute l'amorceur de la réaction cons25 titué par 0,12 partie en poids de magnésie caustique sous forme d'une dispersion aqueuse à 20 % en poids, puis on mélange pendant également 2 minutes. 1 partie en volume de cette barbotine est mélangée avec 3 parties en volume d'une mousse et est moulée en bri30 que puis séchée selon le mode opératoire décrit dans l'exemple 1 Comme agent porogène, on utilise l'alkyléthersulfate d'ammonium avec du sulfonate de sodium aromatique dans un rapport d'1 partie en volume d'agent porogène pour 10 parties en volume d'eau. On monte la température à raison de 80 C/h jusqu'à la température de calcination de 1700 C et on calcine ces briques pendant 3 heures à cette température. Les propriétés des briques légères à base d'oxyde d'aluminium obtenues sont les suivantes: Taux de A 1203 % environ 99 Densité apparente g/cm 3 0,92 Résistance à la compression N/mm 2 17 Porosité totale % 77 Conductibilité thermique w/(m k) 400 C 1,0 600 C 0,9 900 C 0,8 Température limite d'utilisation C 1850 Exemple 3 Cet exemple décrit la fabrication de ce qu'on appelle une Ibrique légère réfractaire à base de silice. On utilise la barbotine de silice fondue préparée dans l'exemple 1 Après avoir enlevée la matière broyée à l'état humide de l'Attriteur, on mélange tout d'abord le déchet de brique siliceuse calcinée avec la silice fondue dans un rapport pondéral de 1 pour 1 Le déchet de brique 20 siliceuse à une taille granulaire de 0 à 1 mm. L'addition et le mélangeage de la montmorillonite magnésienne et de la magnésie caustique ainsi que la transformation ultérieure en briquess'effectuent selon le mode opératoire de l'exemple 1. Après le séchage, on monte la température à 40 C/h et on calcine les briques pendant 5 heures à 1450 C et on les refroidit lentement en fonction de la structure cristalline formée Les briqueslégèresréfractair essiliceuse obtenus possèdent l E propriétés suivantes: Taux de Si O 2 % environ 97 Densité apparente g/cm 3 0,57 Résistance à la compression N/mm 2 4,4 Porosité totale % 76 Conductibilité thermique w/(m k) 400 C 0,29 600 C 0,34 900 C 0,44 Température limite d'utilisation C 1650 Exemple 4 Pour fabriquer une brique légère réfractaire à partir du mélange de silice fondue et d'oxyde d'aluminium dans la composition de la mullite, on peut opérer de la façon suivante On utilise une barbotine de silice fondue comme matière broyée à l'état humide de l'exemple 1, en une quantité de 28,8 parties en poids, contenant 5,8 parties en poids d'eau et 23 parties en poids de silice fondue, dont 10 40 % en poids présentent une taille de grain inférieure à 3 Dm A cette barbotine de silice fondue, on ajoute 17 parties en poids d'alumine calcinée (plus de 70 % en poids ayant une taille de grain inférieure à 3 gm,selon l'exemple 2), 40 parties en poids d'oxyde d'aluminium ayant une gra15 nulation de O à 0,03 mm et 14,2 parties en poids d'eau,en mélangeant (En se rapportant à la somme de Si O 2 et de A 1203 on obtient par voie de calcul une composition d'environ 72,5 % en poids de A 1203 et 27,5 % en poids de Si O 2). Selon l'exemple 1, on ajoute la pâte de montmoril20 lonite magnésienne à raison de 1 partie en poids de montmorillonite magnésienne et de 0,15 partie en poids de magnésie caustique, et on mélange En ajoutant 2,5 parties en volume de mousse de l'exemple 1 pour 1 partie en volume de barbotine, on obtient une barbotine en mousse à partir de laquelle on obtient des briques légères réfractaires par moulage, séchage et calcination ayant la composition de la mullite. REVENDICATIONS 1. Procédé de fabrication de briqueslégèresréfractairespar moulage, séchage et calcination d'un mélange constitué par (a) une barbotine comprenant une matière réfractaire au moins partiellement à grains fins, des additifs, et éventuellement des adjuvants réfractaires ou résistant au feu, et (b) une mousse préparée séparément et ajoutée à la 10 barbotine et mélangée à celle-ci, ce procédé étant caractérisé par le fait que pour la préparation de la barbotine, on broie à l'état humide 75 à 88 parties en poids de silice fondue, de verre de silice, d'oxyde d'aluminium ou de ler mélange dans la composition de la mullite, avec 25 à 12 parties 15 en poids d'eau, jusqu'à ce qu'au moins 25 % en poids de silice fondue, de verre de silice, d'oxyde d'aluminium soient à l'état finement divisé avec des grains inférieurs à 3 pm, et que 100 % en poids présentent des grains inférieurs à 0,2 mm, ou bien on mélange intimement la matière de 20 départ réfractaire ayant une finesse suffisante avec de l'eau, on introduit et mélange dans la matière humide ainsi obtenue 0,2 à 1,5 partie en poids de montmorillonite magnésiennecalculée en matière solidesous forme d'une pâte de 2 à 6 % en poids dans l'eau, et au mélange ainsi obtenu, on 25 ajoute et mélange 0,1 à 1 partie en poids de magnésie caustique calculée en matière solide et dispersée dans une faible quantité d'eau. 2. Procédé selon la revendication 1, caractérisé par le fait qu'à la matière humide on ajoute 0,2 à 0,6 par30 tie en poids de montmorillonite magnésienne calculée en matière solide. 3. Procédé selon l'une des revendications 1 et 2, caractérisé par le fait qu'on ajoute 0,1 à 0,3 partie en poids de magnésie caustiqueicalculée en matière solide, et 35 dispersée dans une faible quantité d'eau. 4. Procédé selon l'une quelconque des revendica- tions précédentes, caractérisé par le fait que la surface des briques légères réfractaires est détachée après la calcination surune épaisseur de 1 à 10 mm. 5. Procédé selon l'une quelconque des revendica5 tions précédentes, caractérisé par le fait que l'on utilise comme oxyde d'aluminium finement divisé,l'alumine coulée. 6. Procédé selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé par le fait que lors de l'utilisation de l'oxyde d'aluminium pour la préparation de la barbotine, on utilise une température de calcination de 1500 à 17000 C. 7. Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 5, caractérisé par le fait que lors de l'utilisation de la silice fondue ou du verre de silice pour la pré15 paration de la barbotine, on utilise une température de calcination allant soit de 1000 à 1100 C, soit de 1100 à 1500 C, en particulier de 1350 à 1450 C. 8. Briques légères réfractaires fabriquées selon le procédé décrit dans l'une quelconque des revendications 20 précédentes.