Brevet FR2549467A1 — publié le 19850125

Procéde de fabrication d'une brique légère réfractaire La présente invention concerne un procédé pour la préparation d'une brique légère réfractaire à partir d'un mélange de matièresréfractaires annulaires, d'un liant, d'un porogène, d'autres additifs et de l'eau, o le mélange est versé dans des moules sous forme de barbotine aqueuse transformée en mousse, et les corps moulés solidifiés sont séchés et calcinés. On connaît des briqueslégèresréfractaires qui sont 10 fabriquées à partir d'une barbotine aqueuse La barbotine contient une matière granulaire réfractaire, telle que par exemple l'argile calcinée et l'alumine frittée ayant une taille de grain de O à 2 mm, un liant et une mousse formant des pores. Le liant peut être constitué par une solution de liqueur 15 noire (lignosulfonate de sodium), de méthylcellulose, de silicate de sodium, de combinaisonsde phosphateede sodium, d'un S 9 l d'acide silicique et d'un liant hydraulique. Selon la demande de brevet allemande à l'inspection publique n 19 65 008, il est utilisé une dispersion aqueuse 20 colloïdale d'oxyde de silicium ou d'oxyde d'aluminium pour la fabrication de produits légers en céramique Pendant le chauffage du mélange dans des moules, il se produit une mousse grâce au carbonate alcalin qui se décompose, et le corps moulé se solidifie Selon le brevet U S 22 35 881, 25 il est fabriqué une brique calcinée poreuse à partir d'une barbotine de céramique contenant un additif porogène Pour obtenir un raffermissement par la formation d'un gel d'oxyde d'aluminium, on ajoute tout d'abord un sel d'aluminium tel que le chlorure d'aluminium, et comme dernier constituant, 30 du mélange d'hydroxyde d'ammonium La fabrication de ces briques légères réfractaires est liée à des stades opératoires onéreux et à la formation de gaz insalubres Les briaues obtenues après le raffermissement et le durcissement n'ont pas de propriétés satisfaisantes, et en particulier, 35 ne possèdent pas une résistance suffisante. Comme liant pour des produits réfractaires ayant une densité apparente élevée, le chlorure d'hydroxyde d'aluminium (A 12 (OH)5 C l-2-3 HI 20) peut être également utilisé, qui est stable en solution aqueuse acide à un p H inférieur à 5 La liaison et le durcissement se produisent avec le traite5 ment thermique du corps moulé par séchage et calcination. Le problème posé est la mise au point de la fabrication d'une brique légère réfractaire selon le procédé mentionné au début qui conduise à des briques légères de structure régulière et qui se durcissent très rapidement. 10 Le problème posé est résolu grâce à un procédé de fabrication de cette brique légère réfractaire qui consiste à mélanger une matière réfractaire granulaire, un liant, un agent porogène, d'autres additifs et de l'eau, à verser ce mélange dans des moules sous forme d'une barbotine aqueu15 se transformée en mousse, et à sécher et calciner les corps moulés solidifiés, ce procédé étant caractérisé par le fait que le mélange contient 1 à 10 % en poids,et de préférence 3 à 7 % en poids d'hydroxychlorure d'aluminium (A 12 (OH)5 Cl-3-4 H 20), 0,1 à 3 % en poids de magnésie frittée 20 à grains fins (Mg O) ou 0,1 à 3 % en poids, et de préférence 0,3 à 1,4 % en poids de magnésie calcinée caustique (Mg O), et 87 à 97 % en poids,de préférence 91,6 à 96,7 % en poids de matière réfractaire, par rapport à la somme de ces trois constituants Ce procédé est encore caractérisé par25 le fait que le mélange contient comme matière réfractaire granulaire, du corindon, du silicate d'alumine comme la mullite frittée, la sillimanite, la chamotte, la cordierite synthétique, la chamotte de silicate d'alumine contenant de la cordierite, de l'oxyde de zirconium à grains gros30 sier 5 de 0,1 à 1 mm et à qrainsfinsinférieursà 0,1 mm et de l'argile et/ou de l'oxyde de zirconium à grainsfinsinférieurs à 0,1 mm Le mélange contient comme additif 1 à 30, et de préférence 1 à 10 % en poids de matières d'autoovrogqénation, calculés sur la somme des constituants Lydroxychlorure d'aluminium, magnésie et matière réfractaire Le mélange est composé d'un premier mélange contenant la matière ré- fractaire granulaire, l'hydroxychlorure d'aluminium et l'eau et d' un deuxième mélange contenant la magnésie calcinée caustique, l'agent porogène et l'eau Ce deuxième mélange est constitué par 0,1 à 10 % en poids d'agent po5 rogène qui résiste à l'eau dans la zone de p H 3 à 10, et par 1 à 40 % en poids d'eaupar rapport à la somme des constituants hydroxvchlorure d'aluminiummagnésie et matière réfractaire, et par de la magnésie Quant au premier mélange, il peut contenir comme additif un agent dispersant 10 ou un stabilisant. Selon la présente invention, la fabrication de briqueslégères réfractaires estréalisée d'une façon tout à fait surprenante selon un procédé comportant quelques stades opératoires et avec un durcissementrapide de la barbotine ayant 15 moussé versée dans les moules En particulier, il s'est révélé avantageux d'ajouter au premier mélange le deuxième mélange comportant de la magnésie frittée à grains fins,ou de la magnésie calcinée caustique, et l'agent porogène, o la magnésie dispersée et dissoute est répartie dans la mousse 20 aqueuse Le temps s'écoulant entre le moment immédiat o la coulée du mélange dans les moules est terminée, jusqu'au moment o le durcissement (résistance verte du corps moulé) s'est produit, et au bout duquel le démoulage des corps moulés peut s'effectuer sans risque de casser légère25 ment des parties, est de 10 à 120 minutes Le durcissement du corps moulé se distingue par le fait que la surface de la barbotine versée dans le moule est mate et que le corps moulé s'écarte légèrement des parois du moule en formant une fente étroite La résistance verte obtenue du corps moulé prouve également la transformation du corps moulé, de sorte qu'après le démoulage les moules peuvent être également réutilisés On obtient des briques légères ayant une densité apparente comprise entre 0,4 et 1,8 g/cm 3. La magnésie frittée à grains fins prévue pour le 35 procédé peut être une magnésie frittée industrielle ayant au moins 90 % en poids de Mg O et une granulation inférieure à 0,1 mm, en particulier inférieure à 0,063 mm Quand la finesse de la magnésie augmente et qu'on utilise de la magnésie à grains fins calcinée caustique, on diminue la durée pour le traitement jusqu'au durcissement du mélange terminé. 5 Grâce à l'utilisation de matières réfractaires granulaires diverses, on peut obtenir des briques légères pour des températures d'utilisation élevées et/ou des résistances élevées aux attaques mécaniques,chimiques et aux changements de température. Grâce au remplacement partiel de la matière réfractaire granulaire par des matières d' autopyrogénation, la porosité peut être encore augmentée avantageusement pour les briques légères préparées selon le procédé à la barbotine moussante,et calcinées sans que la résistance des briques soit particulièrement diminuée Comme matière 5 d'autopyrogénation appropriées, on peut utiliser les matières déjà connues, telles la sciure, le poussier de coke, le polystyrène, la poudre de liège et des fibres organiques Les matières sciure et poudre de liège doivent être au préalable légère20 ment humidifiées avec de l'eau pour obtenir une barbotine de consistance uniforme. Au premier mélange prévu dans le procédé conforme à l'invention,qui contient la matière réfractaire granulaire> 1 'hydroxychlorure d'aluminium et l'eau, on ajoute avantageusement et de 25 façon connue un dispersant ou un stabilisant (par exemple de la bentonite), ce qui empêche une sédimentation de 5 gros grains. Comme agents porogènes, on peut utiliser des produits du commerce comme par exemple un alkyléthersulfate d'ammonium Lors d'une addition de porogène dans la gamme des limites supérieures mentionnées, la densité apparente des briques légères ne varie que très peu, de sorte que des additions d'agents porogènes supérieures à 10 % ne sont pas avantageuses. La présente invention est illustrée par les exemples descriptifs et non limitatifs 1 à 15 ci-après. Le mélange de la barbotine aqueuse transformée en mousse est obtenu à chaque fois en ajoutant le deuxième mélange contenant l'agent porogène au premier mélange décrit précédemment Pour le premier mélange, les constituants sont ajoutés dans le mélangeur dans l'ordre suivant: l'eau, l'hydroxychlorure d'aluminium, la matière réfractaire granulaire et les additifs. Après la coulée de la barbotine transformée en mousse dans les moules et après le démoulage des corps moulés, 10 ceux-ci sont séchés à chaque fois 48 heures à 110 C, puis calcinés pendant 5 heures aux diverses températures de calcination obtenues avec une montée en température allant jusqu'à 100 C/h. Comme magnésie, on utilise dans les exemples une 15 magnésie caustique à 99 % 9 S en poids de Mg O et une magnésie frittée à % en poids de Mg O avec une granulométrie à chaque fois inférieure à 0,063 mm Comme agent porogène, on utilise un alkyléthersulfate d'ammonium. Les mélanges des exemples 1 à 3 montrent pour une 20 brique légère deschamotte l'augmentation de la résistance verte et de la résistance après la calcination quand la quantité d'hydroy Tchlorure d'aluminium augmente Les exemples 4 et 5 donnent la quantité minimum et la quantité maximum de Mg O D'après les exemples 2, 4 et 5, on peut voir 25 l'influence de la teneur en Mg O sur le temps de traitement du mélange ( vie en pot) et le temps de durcissement. D'après les exemples 2, 7 et 8, (exemples 7 et 8 d'après le tableau 2) on voit l'influence d'une quantité croissante de porogène sur la densité apparente D'après 30 les exemples 9 à 12, on peut utiliser en plus par exemple de la sciure comme matière d'autopyrogénation. Les exemples 13, 14 et 15 du tableau 3 montrent des mélanges pour briques légères réfractaires ayant des propriétés particulières Avec l'exemple 13, on obtient 35 une brique légère ayant une résistance élevée vis-à-vis des variations de température à cause de la chamotte de silicate d'alumine contenant de la cordiérite (environ 60 % en poids de cordiérite 2 Mg O 2 A 1203 5 Si O 2) On peut obtenir une température d'utilisation et une résistance à la corrosion élevées avec les briques légères des exemples 14 et 15. TABLEAU 1 1 2 3 ( 1 Mélange:) hydroxychlorure d'aluminium Eau Kalolin ( 40 % A 1203) chamotte ( 0,1 1,0 mm) chamotte (-0,1 mm) Sciure ( O -2 min) + 30 20 48 + 30 20 43 + 30 20 39 + 30 20 44,9 + 30 20 42 + 30 20 42 ( 2 Mélange:) Magnésie caustique Magnésie frittée Agent porogène Eau 0,1 + 1 + 1 + 15 + 15 + 1 + 1 + 1 + 15 + 15 + 15 + 1 + 15 I Vie en pot (minutes) Temps de durcissement (minutes) Résistance verte Résistance (produit calciné) N/mm 2 Densité apparente après calcination g/cm 3 Température de calcination C (Exprimé en % pondéral) faible r 1,2 0,65 moyenne bonne 1,7 0,68 2,5 0,70 faible 1,5 0,67 moyenne i,5 0,67 moyenne 1,5 0,67 1300 ru ut TABLEAU 2 7 8 9 10 12 ( 1 ' Mélange:) Hydroxychlorure d'aluminium 5 5 5 5 5 5 Eau + 30 + 30 + 30 + 30 + 40 30 Kaolin ( 40 % A 1203) 30 30 30 30 20 20 chamotte ( 0,1 1, 0 mm) 20 20 20 20 20 20 chamotte (-0,1 mm) 44 44 39 34 24 53 Sciure ( O 2 mm) 5 10 30 1 ( 2 ' Mélange:) Magnésie caustique 1 1 1 1 I 1 Agent porogène + 0,1 + 10 + 1 + 1 + 1 + 1 1 Eau + 15 + 15 + 15 + 15 + 15 + 15 Vie en pot (minutes) 5 5 5 5 5 5 Temps de durcissement (minutes) 40 40 40 40 40 40 Résistance verte bonne faible moyenne moyenne moyenne moyenne Résistance (produit 3 calciné) N/mm 2 3,0 1,2 1,2 1,0 0,8 1,5 Densité apparente après calcination g/cm 3 0,75 0,6 0,6 0,55 0,4 0,65 Température de calcination C 1300 1300 1300 1300 1300 1200 t (Exprimé en % pondéral) Il N TABLEAU 3 13 14 15 Hydroxychlorure d'aluminium 4 6 5 Kaolin ( 40 % Al 203) 25 chamotte de cordiérite ( 0,1-1 mm) 30 chamotte de cordiérite (-0,1 nn) 40,5 Alumine tabulaire (-0,01 mm) 20 Corindon ( 0,1 0,5 mm) 10 Corindon (-0,1 mm) 63 Bentonite (stabilisant) + 0,2 + 0,5 Oxyde de zirconium ( 0,1-0,2 mm) 63 Oxyde de zirconium (-0,1 mm) 30 Eau + 35 + 20 + 20 Magnésie caustique 0,5 1 2 Agent porogène + 0,5 + 1 + 1 Eau + 15 + 10 + 15 Vie en pot (minutes) 4 5 2 Temps de durcissement (minutes) 40 40 25 Résistance verte faible moyenne moyenne Résistance (produit calciné)N/mm 2 3,0 20 30 Densité apparente après calcination g/cm 3 0,75 1,3 1,8 Température de calcination C 1300 1650 1700 (Exprimé en % pondérai) -10 REVENDICATIONS 1. Procédé de fabrication d'une brique légère réfractaire à partir d'un mélange de matière réfractaire granulaire, de liant, d'un agent porogène, d'autres ad5 ditifs et d'eau, le mélange étant versé dans des moules sous forme d'une barbotine aqueuse transformée en mousse et les corps moulés solidifiés étant séchés et calcines, ce procédé étant caractérisé par le fait que le mélange contient 1 à 10 % en poids d'hydroxychlorure d'aluminium (A 12 (OH)5 C 1-3-4 H 20), 0,1 à 3 % en poids de magnésie frittée à grains fins (Mg O) ou de magnésie calcinée caustique (Mg O) et 87 à 97 % en poids de matière réfractaire, par rapport à la somme de ces trois constituants. 2. Procédé selon la revendication 1, caractérisé 15 par le fait que le mélange contient 3 à 7 % en poids d'hydroxychlorure d'aluminium, 0,3 à 1, 4 % en poids de magnésie calcinée caustique et 91,6 à 96,7 % en poids de matière réfractaire, par rapport à la somme de ces trois constituants. 3 Procédé selon la revendication 1, caractérisé par le fait que le mélange contient comme matière réfractaire granulaire, du corindon, du silicate d'alumine tel que la mullite frittée, la sillimanite, la chamotte, la cordierite synthétique, la chamotte de silicate d'alumine 25 contenant de la cordierite, de l'oxyde de zirconium en grains grossiers de 0,1 à 1 mm et en grains fins inférieurs à 0,1 mm et de l'argile et/ou de l'oxyde de zirconium en grains fins inférieurs à 0,1 mm. 4. Procédé selon les revendications 1 et 2, carac30 térisé par le fait cue le mélanqe contient 1 à 30, de préférence 1 à 10 % en poids de matièresd'autopyrogénation comme additif,par rapport à la somme des constituants hydroxychlorure d'aluminium, magnésie et matière réfractaire 5. Procédé selon la revendication 1, caractérisé par le fait que le mélange est composé d'un premier mélange contenant la matière réfractaire granulaire, l'hydroxy- _ 11 chlorure d'aluminium et l'eau, et d'un deuxième mélange contenant la magnésie calcinée caustique, l'agent porogène et l'eau. 6. Procédé selon la revendication 5, caractérisé 5 par le fait que le deuxième mélange est constitué par 0,1 à 10 % en poids d'agent porogène résistant à l'eau dans la zone de p H de 3 à 10, et 1 à 40 % en poids d'eau,par rapport à la somme des constituants hydroxychlorure d'aluminiummagnésie et matière réfractaire, et de magnésie. 10 7 Procédé selon la revendication 5, caractérisé par le fait que le premier mélange contient une addition d'un dispersant ou d'un stabilisant.