Brevet FR2617473A1 — publié le 19890106

L'invention est relative à une composition réfractaire, notamment destinée à la réalisation de pièces de forme réfractaires, utilisables en sidérurgie par exemples Bien que l'invention ait été spécialement développée dans le domaine de la sidérurgie, les propriétés particulières qui découlent de l'utilisation de la composition réfractaire décrite ci-après pourront être également utilisées dans d'autres cas où les problèmes posés sont similaires et peuvent être résolus par les caractéristiques spécifiques de la présente invention. Dans le domaine de la sidérurgie, l'élaboration de l'acier s'effectue généralement dans des fours dont les parois internes sont équipées de parois réfractaires aptes à résister h la température de l'acier en fusion, soit des températures de 1500 à 17000C. On connait notamment des réalisations de fours électriques dans lesquels des électrodes liquides permettent une circulation de courant électrique pour autoriser la fusion de l'acier. Les pièces de forme réfractaires au niveau de ces électrodes sont très vulnérables, d'une part du -fait de la température et d'autre part du fait de la corrosion. En effet, les pièces réfractaires, en plus de l'effet néfaste de la température, doivent pouvoir résister mécaniquement à une érosion créée d'une part par le contact avec l'acier en fusion et d'autre part par la circulation de 1' acier. Par exemple, dans certains fours électriques, du fait de la fusion et de la circulation de l'acier en fusion, il se crée des turbulences d'acier liquide à des vitesses pouvant aller jusque un mètre par seconde. Cet effet particulier diminue . considérablement la durée de vie des pièces réfractaires du fait du frottement et généralement de telles pièces ont une tenue mécanique, lors d'une utilisation continue, de l'ordre de trois semaines. I1 est connu de réaliser les pièces de forme réfractaires par moulage en utilisant un béton réfractaire composé de deux minerais naturels de magnésie et d'un liant chimique permettant une prise chimique de la pièce. Les magnésies utilisées sont des magnésies ordinaires extraites de mines ou autres, telles que la magnésie chinoise ou d'eau de mer. Ces pièces ainsi réalisées donnent de bons résultats sur le plan réfractaire et sur la qualité de l'acier mais toutefois sont très vulnérables et ont une durée de vie très courte ce qui nécessite -des changements et entretiens fréquents au niveau de l'utilisation du four. Les inconvénients de ces pièces connues proviennent essentiellement du fait de la porosité de ces pièces et de leur tenue relativement mauvaise au choc thermique du béton ainsi réalisé. Par ailleurs, très récemment, a été développé un procédé de fabrication de magnésie dite électrofondue. Un tel type de minerais électrofondu augmente le pouvoir réfractaire du produit ; toutefois ce procédé augmente également la température de frittage ainsi que le point de fusion de la magnésie. Ainsi, remplacer la magnésie ordinaire par une telle magnésie électrofondue dans un béton réfractaire traditionnel n'apporte pas d'avantage particulier car, bien qu'améliorant la résistance à la température, la résistance mécanique à la corrosion est diminuée du fait que l'on n' arrive pas lors de l'utilisation au frittage du matériau. Le but de la présente invention est de proposer une composition réfractaire, notamment destinée à la réalisation de pièces de forme réfractaires, aptes à résister è une température T, utilisables en sidérurgie par exemple, dont la durée de vie est considérablement augmentée par rapport aux produits connus, voire meme doublée. Ceci se répercutera d'une part sur la qualité de l'acier à réaliser et d'autre part sur le coût de revient de l'entretien du four sur un double plan, à savoir les pièces en tant que telles et la manutention nécessitée par leur changement. Un des buts de la présente invention est donc de proposer une composition réfractaire qui permette le réalisation de pièces de forme réfractaires palliant les inconvénients des réalisations connues notamment en augmentant la tenue des pièces à la chaleur, en augmentant leur résistance aux chocs thermiques et en permettant la réalisation d'une pièce dont le grain est inattaquable afin d'augmenter considérablement la résistance mécanique à la corrosion. D'autres buts et avantages de la présente invention apparaitront au cours de la description qui va suivre qui n'est cependant donnée qu'a titre indicatif et qui n'a pas pour but de la limiter. Selon la présente invention, la composition réfractaire, notamment destinée à la réalisation de pièces de forme réfractaires, aptes à résister à une température T, utilisables en sidérurgie par exemple, est caractérisée par le fait qu'elle comprend - un premier minerai réfractaire électrofondu dont le point de frittage et le point de fusion sont supérieurs à la température d'utilisation T, - un deuxième minerai réfractaire électrofondu dont le point de fusion est supérieur à la température d'utilisation T mais dont le point de frittage correspond sensiblement à la température d'utilisation T, - un liant chimique qui permet d'obtenir une cohésion de ladite composition jusqu'au frittage dudit deuxième minerai réfractaire électrofondu et qui assurea le relais thermique. La présente invention sera mieux comprise à la lecture de la description suivant. L'invention vise une composition réfractaire, notamment destinée à la réalisation de pièces de forme réfractaires, aptes à résister à une température T. De telles pièces de forme sont notamment utilisées dans le domaine de la fusion des métaux et par exemple en sidérurgie. Toutefois, la composition réfractaire de la présente invention n'est nullement limitée à ce type d'application et pourrait être appliquée à tout autre domaine où les parois réfractaires sont nécessaires, dans lesquelles les problèmes posés trouvent réponse par les caractéristiques spécifiques de la présente invention. Pour obtenir une bonne tenue à la chaleur et aux chocs thermiques, il est nécessaire d'utiliser un matériau dont le point de fusion est nettement supérieur à la température d'utilisation T. Par contre, pour obtenir une bonne résistance mécanique et un grain inattaquable, il est intéressant d'utiliser un composant dont le frittage intervient sensiblement à la température d'utilisation de la pièce de forme réalisée. Cependant, lorsqu'on utilise un composé du premier type, c'est-à-dire résistant à la température, on n'obtient jamais de frittage car le point de frittage est trop élevé pour l'utilisation. Par contre, si on utilise un composé avec un point de frittage plus bas, c'est au détriment de la résistance à la température. La composition réfractaire de la présente invention permet un compromis qui permet, d'une part, d'obtenir le frittage à la température d'utilisation et d'autre part, d'avoir une pyroscopie élevée et supérieure à ladite température d'utilisation. A cet égard, la composition réfractaire de la présente invention comprend au moins trois constituants de base, à savoir un premier minerai réfractaire électrofondu, un second minerai réfractaire électrofondu et un liant chimique. Le premier minerai réfractaire électrofondu présente un point de frittage et un point de fusion supérieurs à la température d'utilisation T de la pièce de forme ainsi réalisée. Par contre, le deuxième minerai réfractaire electrofondu présente un point de fusion supérieur à la température d'utilisation T mais le point de frittage correspond sensiblement à cette température. Le liant chimique permet d'obtenir une cohésion de ladite composition jusqu' au frittage dudit deuxième minerai réfractaire électrofondu et assure le relais thermique. En dosant respectivement les différents composants et en jouant sur la granulométrie, on obtient un produit final de très bonne qualité et de durée de vie nettement supérieure à ce qui est connu jusqu'à ce jour dans le domaine de la sidérurgie. En effet, les essais ont montré que la durée de vie était au moins doublée. Selon l'invention, lesdits premier et deuxième minerais réfractaires sont choisis parmi les minerais électrofondus basiques tels que magnésie électrofondue ou magnésie chrome électrofondue, et/ou minerais électrofondus neutres, tels que spinelle électrofondue, zircon et/ou minerais électrofondus acides tels que alumine tabulaire. Pour obtenir une bonne compacité du béton et pour qu'il soit le moins poreux possible, lesdits premier et second minerais réfractaires électrofondus se présentent sous une forme pulvérulente de granulométrie étagée de zéro micron à trois millimètres. Plus spécialement, le premier minerai réfractaire électrofondu est un mélange de matières de granulométrie zéro à un et un à trois millimètres. Par contre, le deuxième minerai réfractaire électrofondu, dont le point de frittage correspond sensiblement à la température d'utilisation T, a une granulométrie du type farine, c'est-à-dire de zéro à cent microns. En ce qui concerne le liant chimique, il est avantageusement formé d'un complexe de phosphates minéraux qui permettra au mélange de faire une prise chimique à basse température. Ce complexe sera constitué par exemple de phosphate alcalin. Selon la présente invention, la composition réfractaire comporte en poids - 18 à 38 % dudit premier minerai réfractaire électrofondu de granulométrie O à 1 millimètre, - 28 à 48 % dudit premier minerai réfractaire électrofondu de granulométrie 1 à 3 millimètres, - 18 à 38 S dudit deuxième minerai réfractaire électrofondu de granulométrie O à 0,1 millimètre, - 5 à 10 % dudit liant chimique, la somme des composants donnant 100 % en poids. A partir de cette composition, dans le cas de la réalisation de pièces de four électriques à acier, ladite température d'utilisation étant de ltordre de 1500 à 18000C, il est intéressant d'utiliser un mélange de granulométrie étagée de O à 3 millimètres de magnésie électrofondue en tant que dit premier minerai, et de "farine" de spinelle électrofondue de granulométrie inorieure à 100 microns, en tant que dit deuxième minerai. A cet égard, la composition réfractaire suivante a donné de bons résultats dans un four électrique à acier pour constituer les pièces des électrodes liquides, pour 100 en poids - 35 à 40 S de magnésie électrofondue de granulométrie 1 à 3 millimètres, - 25 à 30 % de magnésie électrofondue de granulométrie O à 1 millimètre, - 25 à 30 S de spinelle électrofondue de granulométrie inférieure à 100 microns, - 6 à 7 % d'un complexe de phosphate alcalin la somme des différents éléments donnant 100 S. A titre d'essai comparatif, des pièces réalisées selon une technique connue en magnésie frittée dont la porosité et la sensibilité aux chocs thermiques provoquent une érosion et une destruction au bout de trois semaines. Les pièces réalisées suivant la description ci-dessus et dans les mêmes utilisations ont une durée de vie supérieure à huit semaines. Ces résultats sont justifiés par le fait que la magnésie électrofondue présente une température de frittage de 1700 à 1900DC et un point de fusion de l'ordre de 28000C ; Ia spinelle électrofondue présente une température de frittage de 1550 à 16000C et un point de fusion de l'ordre de 21000C. Ainsi, à une température d'utilisation de l'ordre de 1500 à 17000 C, on voit que les températures de fusion des différents composants sont nettement supérieures. Ce qui est intéressant par contre, grâce à l'utilisation de la "farine" de spinelle, c'est qu'on obtient un frittage de la composition réfractaire à la température d'utilisation de la pièce. Pour réaliser les pièces de forme réfractaires à partir de la composition réfractaire de la présente invention, on procède d'une manière traditionnelle dans le domaine considéré, ctest-à-dire qu'on réalise un moulage de forme à partir de la composition réfractaire précitée mélangée avec de l'eau puis on étuve la pièce pour éliminer toute l'eau avant utilisation. Toutefois, on a noté de bons résultats en hydratant la composition réfractaire à environ 5 à 6 S afin d'obtenir un mélange thyxotropique afin de faciliter le moulage. En ce qui concerne le moulage, il peut être effectué par dammage et/ou par vibration. Ensuite le mélange est étuvé progressivement jusqu'à une température de 3500C. On parvient donc à une résistance chimique grace au liant chimique. En ce qui concerne le frittage, il est mené à une température de l'ordre de 1500 à 17000C dans une phase ultérieure soit avant une utilisation du four, soit directement au moment de l'utilisation dans le four. Naturellement, d'autres mises en oeuvre de la présente invention, à la portée de l'Homme de l'Art, auraient pu être envisagées sans pour autant sortir du cadre de celle-ci. REVENDICATIONS 1. Composition réfractaire, notamment destinée à la réalisation de pièces de forme réfractaires, aptes à résister à une température T, utilisables en sidérurgie par exemple, c a r a c t é r i s é e par le fait qu'elle comprend - un premier minerai réfractaire électrofondu dont le point de frittage et le point de fusion sont supérieurs à la température d'utilisation T, - un deuxième minerai réfractaire électrofondu dont le point de fusion est supérieur à la température d'utilisation T mais dont le point de frittage correspond sensiblement à la température d'utilisation T, - un liant chimique qui permet d'obtenir une cohésion de ladite composition jusqu'au frittage dudit deuxième minerai réfrartaire électrofondu et qui assurera le relais thermique. 2. Composition réfractaire, selon la revendication 1, c a r a c t é r i s é e par le fait que lesdits premier et deuxième minerais réfractaires électrofondus sont choisis parmi les minerais électrofondus basiques tels que magnésie ou magnésie chrome, et/ou minerais électrofondus neutres tels que spinelle, zircon et/ou minerais électrofondus acides tels que alumine tabulaire. 3. Composition réfractaire, selon la revendication 1, c a r a c t é r i s é e par le fait que le liant chimique est formé d'un complexe de phosphates minéraux. 4. Composition réfractaire, selon la revendication 1, c a r a c t é r i s é e par le fait que lesdits premier et deuxième minerais réfractaires électrofondus se présentent sous une forme pulvérulente de granulométrie étagée de zéro micron à trois millimètres. 5. Composition réfractaire, selon la revendication 4, c a r a c t é r i s é e par le fait que le premier minerai réfractaire électrofondu a une granulométrie étagée de 0 à 1 et de 1 à 3 millimètres et que le deuxième minerai réfractaire électrofondu a une granulométrie de O à 100 microns. 6. Composition réfractaire, selon la revendication 5, c a r a c t é r i s é e par le fait qu'elle comporte en poids. - 18 à 38 S dudit premier minerai réfractaire électrofondu de granulométrie O à 1 millimètre, - 28 à 48 % dudit premier minerai réfractaire électrofondu de granulométrie 1 à 3 millimètres, -- 18 à 38 S dudit deuxième minerai réfractaire électrofondu de granulométrie 0 à 0,1 millimètre, - 5 à 10 S dudit liant chimique, la somme des composants donnant 100 S. 7. Composition réfractaire, notamment destinée à la réalisation de pièces de fours électriques à acier, ladite température dlutilisation T étant de l'ordre de 1500 à 18000C, c a r a c t é r i s é e par le fait qu'elle comporte un mélange de granulométrie étagée de O à 3 millimètres de magnésie électrofondue en tant que dit premier minerai et de "farine" de spinelle électrofondue en tant que dit second minerai. 8. Composition réfractaire, selon la rev-endication 6, c a r a c t é r i s é e par le fait qu'elle comporte en poids - 35 à 40 % de magnésie électrofondue de granulométrie 1 à 3 millimètres, - 25 à 30 S de magnésie électrofondue de granulométrie O à 1 millimètre, - 25 à 30 S de spinelle électrofondue de granulométrie 0 à 0,1 millimètre, - 6 à 7 S d'un complexe de phosphate alcalin la somme des composants donnant 100 S en poids. 9. Composition réfractaire, selon la revendication 1, c a r a c t é r i s é e par le fait que les différents composants de ladite composition sont hydratés à environ 5 à 6 % pour obtenir un mélange thixotropique afin de faciliter le moulage. 10. Composition réfractaire, selon la revendication 9, c a r a c t é r i s é e par le fait que le mélange est étuvé progressivement jusqu'à une température de 3500C, le frittage étant mené à une température de l'ordre de 1500 à 17000C dans une phase ultérieure.