Brevet FR2625994A1 — publié le 19890721

PROCEDE DE FABRICATION D'UNE BRIQUE EN CHAMOTTE LEGERE, ET BRIQUES EN CHAMOTTE LEGERE FABRIQUEES SELON CE PROCEDE. L'invention concerne un procédé de fabrication de briques en chamotte légère, par moulage, séchage et éventuellement cuisson d'un mélange d'une barbotine, constituée, au moins partiellement, de dioxyde de sili- cium à fine granulométrie et éventuellement d'autres additifs, et d'une mousse, préparée séparément et ajou- tée à la barbotine et mélangée à cette dernière, ou par addition d'un agent moussant à la barbotine et battage jusqu'à obtention d'une masse moussée, un composé alca- lin de Mg ou de Ca étant ajouté après le mélange ou après le battage, de même que des briques en chamotte légère, fabriquées par ce procédé. On connaît, à partir du brevet DE-33 26 271, un procédé de fabrication de briques en chamotte légère, par moulage, séchage et cuisson d'un mélange, ce mélange étant constitué d'une barbotine, laquelle peut contenir comme matériau réfractaire du dioxyde de silicium, ainsi que d'une mousse, préparée séparément et ajoutée à la barbotine et mélangée à cette dernière. Selon ce mode opératoire de la technique antérieure, on ajoute au mélange de barbotine et de mousse qui y est ajoutée une faible quantité de montmorillonite au magnésium et une faible quantité d'oxyde de magnésium (magnésie dégour- die), et on l'y incorpore par mélange. La montmorillo- nite chargée au magnésium sert alors d'agent de fixa- tion, et l'oxyde de magnésium (magnésie dégourdie), lequel est ajouté à l'état de dispersion dans l'eau, sert à accélérer la solidification. Selon ce procédé de la technique antérieure, on utilise comme dioxyde de silicium de la silice fondue ou du quartz fondu, dont au moins 25 % en poids se présentent sous forme finement divisée, avec une granulométrie inférieure à 3 pm. La présente invention a pour but de fournir un nou- veau procédé de fabrication de briques en chamotte légère, dans lequel l'addition de la montmorillonite au magnésium, utilisée en tant qu'agent de fixation, ne soit pas nécessaire, et dans laquelle on puisse utiliser des matières de départ bon marché. Ce but est atteint par un procédé du type ci- dessus, caractérisé en ce qu'on utilise comme dioxyde de silicium une silice amorphe très finement divisée, ayant une granulométrie inférieure ou égale à 0,3 pm. Cette silice, amorphe ou vitreuse, très finement divisée, utilisée selon l'invention, ayant une granulo- métrie inférieure ou égale à 0,3 pm, est une matière première bon marché, et on utilise avantageusement le produit qui est obtenu sous forme de poussières volantes en tant que sous-produit de la fabrication du ferrosili- cium ou de la réduction du silicate de zirconium en dioxyde de zirconium. Cela signifie que la silice amor- phe ou vitreuse, très finement divisée, telle que pou- vant être utilisée selon l'invention, n'a pas besoin d'être un produit ayant une pureté très élevée, mais qu'on peut aussi utiliser ce que l'on appelle des "pro- duits techniques", tels ceux que l'on peut se procurer sur le marché. Ces poussières volantes de SiO2, appelées aussi SiO2 pyrogène, présentent une aire spécifique, mesurée par la méthode BET, de 10-40 m2/g et de préfé- rence de 15-30 m2/g, et elles sont constituées d'agglo- mérats dont les particules primaires ont une taille com- prise entre 0,1 et 0,3 pm. La granulométrie définie selon l'invention se rapporte à ces particules primai- res. Selon une forme de réalisation préférée du procédé selon l'invention, on peut ajouter à la barbotine jusqu'à 75 % en poids, et de préférence jusqu'à 50 ou 30 % en poids, par rapport à l'extrait sec de la barbo- tine, de substances ignifuges ou réfractaires ayant une granulométrie supérieure à 1 pm. Pour ce qui est de ces substances ignifuges ou réfractaires, il peut aussi s'agir de ce que l'on appelle des débris, de préférence de débris de briques de silice, c'est-à-dire des maté- riaux à base de dioxyde de silicium. Ces matériaux- débris peuvent être utilisés avec une granulométrie pou- vant aller par exemple jusqu'à 1 mm, et de préférence de 0,1 mm. Cependant, outre les matériaux à base de dioxyde de silicium, on peut aussi ajouter des matériaux à base de A1203, par exemple de l'argile finement divisée, de l'argile calcinée, de l'argile tabulaire ou du A1203 fondu, leur granulométrie maximale devant elle aussi être de 1 mm, de préférence de 0,5 mm et tout spéciale- ment de 0,1 mm. Grâce au remplacement, dans la barbo- tine, d'une partie de la silice amorphe finement divisée par des substances de ce genre, ignifuges ou réfractai- res, ayant une granulométrie plus élevée, on arrive à fabriquer des briques en chamotte légère présentant des propriétés spéciales, recherchées pour ce qui est de leur résistance mécanique, de leur résistance à l'atta- que par les scories et les gaz de chauffage, et en outre à ajuster plus facilement la masse volumique apparente des briques en chamotte légère à la valeur souhaitée. Selon une autre forme de réalisation préférée de l'invention, lors de la fabrication des briques en cha- motte legère, avant le battage, on ajoute encore, à la barbotine ou au mélange constitué de la barbotine et de l'agent moussant ajouté, jusqu'à 5 % en poids de fibres inorganiques et/ou organiques, par rapport à l'extrait sec de la barbotine. De cette manière, il est possible d'améliorer les propriétés mécaniques des briques en chamotte légère fabriquées par le procédé selon l'inven- tion, cette amélioration de la résistance mécanique se maintenant lors de l'utilisation de fibres inorganiques, même après la cuisson, tandis que, quand on utilise des fibres organiques, qui brûlent complètement lors de la cuisson des briques en chamotte légère, on peut réaliser volontairement, dans ces briques, des espaces creux ou des pores. Dans le procédé selon l'invention, on ajoute au mélange de barbotine et de mousse, ou à la barbotine moussée, c'est-à-dire après battage de la barbotine, un composé alcalin de magnésium ou de calcium. L'addition d'un tel composé accélère la solidification du mélange coulé dans les moules, car les articles moulés verts sont solides dans le moule après un temps de séjour relativement bref et peuvent en être extraits. Les arti- cles moulés verts peuvent être séchés après le démou- lage, pour ensuite subir éventuellement une cuisson. Bien évidemment, il est possible de fabriquer des briques en chamotte légère ayant des dimensions plus importantes et de réaliser, à partir de ces briques, par des opérations classiques de découpage, des briques aux dimensions voulues. Par rapport à l'état actuel de la technique, le procédé selon l'invention présente l'avantage que la matière de départ dioxyde de silicium utilisée n'a pas besoin d'être broyée à la finesse nécessaire. Pour diminuer les besoins en eau lors de la mise en oeuvre du procédé selon l'invention, il peut s'avérer avantageux d'ajouter un fluidifiant, connu en soi. Ces fluidifiants sont des produits du commerce. Les composés de Mg ou de Ca à ajouter dans le pro- cédé selon l'invention permettent au mélange constitué de la barbotine et d'une mousse, ou à la barbotine moussée, d'avoir un pH compris entre 6 et 10, de préfé- rence entre 7 et 9, ce qui conduit à une rapide solidi- fication du mélange. Après addition d'un tel composé de Mg ou de Ca, il faut bien évidemment introduire rapide- ment le mélange dans les moules appropriés, avant le début de la solidification. On peut citer en tant que composés appropriés de Mg ou de Ca l'oxyde de magnésium dégourdi, c'est-à-dire le MgO non surcuit, mais pouvant encore entrer en réaction avec l'eau dans des conditions alcalines, Mg(OH)2, le lait de chaux ou le carbonate de calcium. Dans le cas des pièces moulées pas trop grandes, il est possible d'effectuer le démoulage dès environ 20 min et jusqu'à 2 h après l'introduction dans le moule. Après le démoulage, les briques en chamotte légère, ou les pièces moulées réfractaires légères, sont séchées à une température s'élevant lentement jusqu'à un maximum d'environ 150 C. Les briques en chamotte légère ou pièces moulées réfractaires légères peuvent alors subir une éventuelle cuisson, ceci dépendant cependant de la résistance méca- nique souhaitée, c'est-à-dire que la cuisson des briques en chamotte légère ou des pièces moulées réfractaires légères peut aussi n'avoir lieu qu'après leur pose sur le site, c'est-à-dire par l'utilisateur. Si l'on procède à une cuisson des briques en cha- motte légère ou des pièces moulées réfractaires légères, cette opération a lieu à des températures d'au moins 800 C, la température de cuisson pouvant cependant, selon les matières de départ utilisées, aller aussi jusqu'à 1450 C; cependant, habituellement, on ne dépasse pas une température de cuisson de 1100 C, si les constituants réfractaires ne sont que des matériaux à base de SiO2. Par rapport au procédé selon le brevet DE N 33 26 271, le procédé selon l'invention présente encore un grand avantage: le temps de séjour dans le moule, jusqu'à l'obtention d'une résistance mécanique suffi- sante pour le démoulage,est considérablement plus court. Dans le procédé selon l'invention, le composé de Mg ou le composé de Ca est habituellement ajouté en des quantités de 0,1 à 2 parties en poids, exprimées en MgO ou CaO, pour 100 parties en poids des constituants soli- des contenus dans la barbotine (extrait sec). La mousse utilisée dans le procédé selon l'inven- tion est préparée d'une manière connue en soi, à l'aide d'un agent moussant du commerce et d'eau, ces derniers étant mélangés l'un à l'autre, d'une manière habituelle, selon un rapport en volume de 1:10, à l'aide d'un agita- teur tournant à grande vitesse. Dans l'autre forme de réalisation, dans laquelle l'agent moussant est ajouté à la barbotine préparée au préalable, la quantité néces- saire de l'agent moussant est introduite dans la barbo- tine qui est ensuite, ici aussi, battue à l'aide d'un agitateur tournant à grande vitesse jusqu'à obtention d'une mousse stable. Grâce au choix convenable du rapport de la barbo- tine à la masse de mousse dans la première forme de réa- lisation, ou grâce à un choix approprié, dans la seconde forme de réalisation, de la quantité d'agent moussant ajoutée à la barbotine préparée au préalable, on peut ajuster la masse volumique du produit fini. Si par exem- ple on souhaite avoir une masse volumique de 0,6 g/cm3, il faudra, pour une barbotine contenant 10 kg de matiè- res solides, ajouter au moins 16,6 1 de mousse. L'invention sera mieux comprise à l'aide des exem- ples ci-après: Exemple 1 100 kg de SiO2 amorphe et finement divisé, ayant une granulométrie maximale de 0,3 pm, ont été placés dans 45 1 d'eau pour donner une barbotine. Séparément, on a préparé une masse de mousse à partir de 8 1 d'eau et de 1 1 d'agent moussant. On a alors obtenu un volume de mousse d'environ 200 1. On a mélangé, sous agitation, la barbotine et la masse de mousse. Puis on a ajouté 0,5 kg de MgO dégourdi en dispersion dans 5 1 d'eau, on a bien mélangé puis versé le mélange obtenu dans un moule. Les briques obtenues, de dimensions 250 x 500 x 100 mm, ont ensuite été séchées d'abord pendant 24 h à l'air, le séchage de la brique légère étant ensuite mis en oeuvre en étuve sèche, pendant encore 24 h, la température s'élevant de 40 à 100 C. Cette brique légère présentait les propriétés sui- vantes: Masse volumique apparente (g/cm3) 0,6 Résistance à la compression à froid (N/mm2) 2,0 Porosité, (%) 75 Température de classification ( C) 900 Conductibilité thermique (W/m.K) 0,10 à 200 C 0,13 à 400 C 0,16 à 600 C Une autre brique légère a été cuite après séchage, pendant 4 h à 800 C. Après la cuisson, sa résistance à la compression à froid était de 10 N/mm2. Exemple 2 On a préparé une barbotine à partir de 50 kg du SiO2 finement divisé utilisé dans l'Exemple 1, ayant une granulométrie maximale de 0,3 pm, 50 kg de débris de brique de silice ayant une granulométrie maximale de 0,1 mm, et 40 1 d'eau. Séparément, on a préparé une masse de mousse à partir de 7 1 d'eau et de 0,6 1 d'un agent moussant, avec un volume de mousse de 150 1. La masse de mousse a été mélangée à la barbotine, puis on a ajouté 0,55 kg de carbonate de magnésium en suspension dans 5 1 d'eau. Après mélange prolongé, on a rapidement rempli un moule. Le temps de solidification a été d'environ 40 min. Selon le mode opératoire de l'Exemple 1, on a pro- cédé au séchage des briques en chamotte légère, qui pré- sentaient les propriétés suivantes: Masse volumique apparente (g/cm3) 0,7 Résistance à la compression à froid(N/mm2) 1,2 Conductibilité thermique (W/m.K) 0,12 à 400 C 0,15 à 600 C 0,19 à 800 C 0,23 à 1000 C Température de classification ( C) 1500 Exemple 3 On a repris le mode opératoire de l'Exemple 1, en utilisant 50 kg de SiO2 amorphe finement divisé et 50 kg d'argile calcinée ayant une granulométrie maximale de 0,1 mm, ainsi que 1 kg de fibres céramiques ayant une teneur en A1203 d'environ 47 % en poids et une tempé- rature limite d'utilisation de 1260 C avec 52 1 d'eau, pour obtenir une barbotine. Séparément, on a battu 10 1 d'eau et 1 1 d'agent moussant pour obtenir un volume de mousse d'environ 230 1. Puis on a ajouté 0,4 kg de Ca(OH)2, exprimé en CaO, sous forme d'un lait de chaux, le volume du lait de chaux étant de 4 1. Conformément au mode opératoire de l'Exemple 1, on a obtenu des briques en chamotte légère ayant après séchage les propriétés suivantes: Masse volumique apparente (g/cm3) 0,5 Résistance à la compression à froid (N/mm2) 3,0 Porosité, (%) 82 Température de classification ( C) 1520 Conductibilité thermique (W/m.K) 0,15-0,25 entre 200 et 1000 C Revendications 1. Procédé de fabrication de briques en chamotte légère, par moulage, séchage et éventuellement cuisson d'un mélange d'une barbotine, constituée, au moins par- tiellement, de dioxyde de silicium à fine granulométrie et éventuellement d'autres additifs, et d'une mousse, préparée séparément et ajoutée à la barbotine et mélangée à cette dernière, ou par addition d'un agent moussant à la barbotine et battage jusqu'à obtention d'une masse moussée, un composé alcalin de Mg ou de Ca étant ajouté après le mélange ou après le battage, caractérisé en ce qu'on utilise comme dioxyde de sili- cium une silice amorphe très finement divisée, ayant une granulométrie inférieure ou égale à 0,3 pm. 2. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'on utilise comme silice amorphe très finement divisée le matériau obtenu en sous- produit, sous forme de poussières volantes, lors de la fabrication du ferro- silicium ou lors de la réduction du silicate de zirco- nium en dioxyde de zirconium. 3. Procédé selon la revendication 1 ou 2, caracté- risé en ce qu'on ajoute à la barbotine jusqu'à 75 % en poids, par rapport à l'extrait sec de la barbotine, de substances ignifuges ou réfractaires ayant une granulo- métrie supérieure à 1 pm. 4. Procédé selon la revendication 1 ou 2, caracté- risé en ce qu'on ajoute à la barbotine jusqu'à 50 %en poids, par rapport à l'extrait sec de la barbotine, de substances ignifuges ou réfractaires ayant une granulo- métrie supérieure à 1 pm. 5. Procédé selon la revendication 3, caractérisé en ce qu'on ajoute à la barbotine jusqu'à 30 % en poids, par rapport à l'extrait sec de la barbotine, de substan- ces ignifuges ou réfractaires ayant une granulométrie supérieure à 1 um. 6. Procédé selon l'une quelconque des revendica- tions 1 à 5, caractérisé en ce qu'on ajoute à la barbo- tine jusqu'à 5 % en poids, par rapport à l'extrait sec de la barbotine, de fibres inorganiques et/ou organi- ques. 7. Brique en chamotte légère, séchée ou cuite, fabriquée par le procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 6.