Brevet FR2588362A1 — publié le 19870410

i "Matériau composite en céramique et revêtement intérieur pour fours de fusion métallurgiques utilisant un tel matériau" L'invention concerne un matériau composite en céramique et un revêtement intérieur pour fours de fusion métallurgiques utilisant un tel matériau compo- site en céramique. Dans les fours pour.la fusion de métaux, des revetements réfractaires résistant à l'attaque chimique du laitier et du métal fondu, doivent être utilisés dans les parties du four venant en contact avec le laitier et le métal fondu. En général, la réactivité chimique des matériaux en céramique ou des matériaux réfractaires augmente avec la température. Si des matériaux réfractaires présentant de bonnes propriétés d'isolation thermique sont utilisés comme matériaux de revêtement intérieur, ces matériaux sont très vite détruits du fait de la température de surface très élevée. Pour contrôler et réduire l'attaque chimique des revêtements intérieurs réfractaires, il est souhai- table, au moins pour les parties les plus vulnérables des revêtements réfractaires, d'utiliser des matériaux en céramique présentant une conductibilité thermique relativement élevée, et de réaliser un bon contact thermique entre le matériau en céramique et une surface refroidie, constituée, par exemple, par la coque d'un four. De cette manière, la température du matériau en céramique peut être abaissée, ce qui permet de réduire l'attaque chimique du matériau en céramique se trouvant en contact avec le métal fondu ou le laitier fondu. L'invention a pour but de résoudre les problèmes ci-dessus en créant un matériau composite en céramique présentant une conductibilité thermique élevée et pouvant être monté sur une surface métallique de manière à réaliser un très bon contact thermique entre le matériau composite en céramique et la surface métal- 1ique. A cet effet, l'invention concerne un matériau composite en céramique caractérisé en ce que ce matériau comprend un réseau de fibres métalliques dans lequel une partie des fibres métalliques peut être remplacée par des fibres de céramique et/ou de carbone, ce réseau de fibres métalliques étant noyé dans un matériau en céra- mique et en ce que le réseau de fibres métalliques situé d'un c6té du matériau composite en céramique, sort de la surface de ce matériau composite en céramique. Par réseau de fibres, il faut entendre ici une structure de fibres pouvant être à deux dimensions ou à trois dimensions. Le principal but du réseau de fibres est d'augmenter la conductibilité thermique du matériau composite en céramique dans une direction donnée, et de réduire la température de surface de ce matériau compo- site en céramique lorsqu'il est exposé à des températures élevées. Selon une forme préférée de réalisation de l'invention, la surface du réseau de fibres métalliques représente 60 à 95 % de la surface totale de la zone dans laquelle le réseau de fibres sort de la surface du matériau composite en céramique. Les fibres utilisées dans le réseau ont, de préférence, un diamètre inférieur à 1 mm. L'invention concerne, en outre, un revêtement intérieur réfractaire pour fours de fusion métallur- giques, caractérisé en ce qu'il comprend un réseau de fibres métallurgiques dans lequel une partie des fibres métalliques peut être remplacée par des fibres de céra- mique et/ou de carbone, en ce que le réseau de fibres métalliques est noyé dans un matériau en céramique, en ce que le réseau de fibres métalliques situé d'un côté du matériau composite en céramique sort de la surface de ce matériau composite en céramique, et en ce que le matériau composite en céramique est fixé par une liaison métallique sur une partie métallique refroidie du four de fusion. Une forme préférée de réalisation de l'inven- tion sera décrite en détail ci-après en se référant à la figure unique jointe représentant un matériau compo- site en céramique selon l'invention, monté sur une plaque métallique. La référence 1 désigne un réseau à trois dimensions de fibres métalliques noyées dans un matériau en céramique 2. Les fibres métalliques sont réalisées dans un métal ou dans un alliage résistant à haute tem- pérature et présentent, de préférence, un diamètre inférieur à 1 mm. Les fibres métalliques 1 sont complè- tement noyées dans le matériau en céramique du c6té 3 du matériau composite en céramique 2 destiné à venir en contact avec le métal liquide ou le laitier liquide, tan.dis que le réseau de fibres métalliques 1 sort de la surface située du côté opposé du matériau composite en céramique 2, ces fibres étant destinées à être reliées à une surface métallique. Comme le montre la figure, le matériau compo- site en céramique est relié à une plaque métallique 4 pouvant être un carter métallique ou tout autre type de partie métallique refroidie du four de fusion métallur- gique. Le matériau composite en céramique 2 est fixé à la plaque métallique 4 par brasure ou par soudure, comme indiqué en 5. Ainsi, un excellent contact thermique est obtenu entre le matériau composite en céramique 2 et la plaque métallique 4. Pour le refroi- dissement de la plaque métallique 4, un transfert de chaleur élevé est obtenu entre le matériau composite en céramique 2 et la plaque métallique 4. Pour obtenir une liaison sure et un bon contact thermique entre le matériau composite en céramique 2 et la plaque métallique 4, il est préférable que la surface du réseau de fibres métalliques 1 se trouvant du côté de la surface inférieure du matériau composite en céramique 2, représente 60 à 95 % de la surface totale de la zone concernée. En utilisant le matériau composite en céra- mique selon l'invention comme revêtement intérieur réfractaire dans les parties d'un four de fusion venant en contact avec le métal fondu ou le laitier fondu, il est obtenu un transfert de chaleur très élevé vers l'extérieur, à travers le matériau composite en céra- mique, pour refroidir la plaque métallique sur laquelle ce matériau en céramique est monté. Cela permet d'abais- ser très fortement la température de surface du matériau en céramique et, par conséquent, de réduire l'attaque chimique de la surface du matériau en céramique. La durée de vie du matériau en céramique est ainsi consi- dérablement augmentée. La composition du matériau en céramique est choisie suivant les conditions dans lesquelles ce matériau doit être utilisé, et, en principe, n'importe quel matériau en céramique peut être utilisé. Le matériau composite en céramique selon l'invention est, de préférence, produit en commençant par réaliser le réseau de fibres métalliques sous la forme géométrique voulue, puis en imprégnant ensuite ce réseau de fibres métalliques par le matériau en céramique, par exemple par un procédé sous pression à chaud ou par un procédé sous vide. R E V E ND I C A T I 0 N S 1 ) Matériau composite en ceramique caracté- rise en ce que ce matériau comprend un réseau (3) de fibres métalliques dans lequel une partie des fibres métalliques peut être remplacée par des fibres de céramique et/ou de carbone, ce réseau (1) de fibres métalliques étant noyé dans un matériau en céramique (2), et en ce que le réseau (1) de fibres métalliques situé d'un côté du matériau composite en céramique, sort de la surface de ce matériau composite en céra- mique. 2 ) Matériau composite en céramique selon la revendication 1, caractérisé en ce que le réseau (1) de fibres occupe 60 à 95 % de la surface totale de la zone dans laquelle le réseau de fibres métalliques sort de la surface du matériau composite en céramique. 3 ) Matériau composite en céramique selon l'une quelconque des revendications 1 et 2, caractérisé en ce que les fibres du réseau (1) présentent un diamètre inférieur à 1 mm. 4 ) Revêtement intérieur pour fours de fusion métallurgiques, utilisant le matériau composite en céramique selon l'une quelconque des revendications 1 à 3, revêtement intérieur caractérisé en ce qu'il com- prend un réseau (1) de fibres métalliques dans lequel une partie des fibres métalliques peut être remplacée par des fibres de céramique et/ou de carbone, en ce que le réseau de fibres métalliques est noyé dans un matériau en céramique (2), en ce que le réseau (1) de fibres métalliques situé d'un côté du matériau composite en céramique sort de la surface de ce matériau composite en céramique, et en ce que le matériau composite en céramique est fixé par une liaison métallique (5) sur une partie métallique (4) refroidie du four de fusion.