Brevet FR2657604A1 — publié le 19910802

i Elément façonné en céramique réfractaire et procédé pour sa fabrication. La présente invention concerne un élément façonné en céramique réfractaire présentant une imprégnation remplissant, au moins partiellement, le volume des pores ouverts. L'imprégnation au moyen de produits pétroliers, tels que le goudron ou la poix, est connue depuis longtemps. Elle sert avant tout à accroître la résistance à l'in- filtration ou la résistance à l'égard des scories agres- sives des produits céramiques réfractaires correspondants. Pour imprégner, le produit d'imprégnation est amené à une viscosité déterminée, au-delà de son point de fusion, à l'aide d'un dispositif de chauffage, afin de remplir en- suite les pores avec de la poix ou du goudron, par un procédé sous vide/sous pression. Les inconvénients résident d'une part dans les tem- pératures d'imprégnation qui sont nécessaires ainsi que dans le recuit ultérieur des éléments façonnés imprégnés à plus de 300 'C afin d'éliminer les composants volatils. En outre, les composants volatils sont très polluants pour l'environnement. Par le brevet DE-37 04 020, on connaît un procédé d'imprégnation de tubes de cheminée en céramique dans lequel est utilisé un produit d'imprégnation à base de silicone, additionné de méthylcellulose, le produit d'imprégnation étant introduit dans les pores ouverts du tube de cheminée, par un procédé d'immersion et ce, de manière uniquement sélective, à partir de l'extérieur jusqu'à une profondeur de pénétration de quelques mil- limètres. Sans compter le fait qu'une imprégnation à base de silicone n'offre pas une résistance suffisante aux hautes températures pour les éléments céramiques réfrac- taires tels que ceux utilisés, par exemple, dans la métallurgie secondaire, le remplissage sélectif des pores est éliminé à plus ou moins long terme par lixiviation et les éléments sont ensuite à nouveau directement soumis par exemple à une attaque du laitier. L'invention se propose donc d'indiquer une possi- bilité d'imprégnation d'éléments façonnés céramiques réfractaires à pores ouverts qui soit non seulement plus simple que les imprégnations connues à base de goudron et/ou de poix, mais qui, en même temps, pollue moins l'environnement. L'invention repose sur la découverte que la tech- nologie appliquée jusqu'à présent dans l'état de la technique (fluidification d'un produit d'imprégnation pour introduction dans les pores ouverts puis solidifi- cation du produit d'imprégnation dans les pores) peut s'obtenir non seulement en jouant sur la température, mais par un tout autre moyen, notamment mécanique/physique. Une barbotine présentant des caractéristiques thi- xotropes peut, notamment -"à l'état froid" de même que, par exemple, de la poix chauffée, passer dans un état plus ou moins visqueux Suivant le choix des composants de la barbotine, sa viscosité peut être abaissée de ma- nière qu'elle remplisse plus ou moins complètement le vo- lume des pores ouverts et -après coupure d'une unité d'excitation mécanique/physique correspondante se soli- difier à nouveau par suite de ses caractéristiques thixo- tropes et boucher ensuite fiablement le volume des pores. Le choix de la barbotine thixotrope se fonde sur les critères suivants: la granulométrie de la fraction solide de la barbotine doit être adaptée à la grosseur des pores à remplir, c'est-à-dire qu'elle doit être assez petite Dans le domaine préféré, la granulométrie moyenne des parti- cules du composant solide de la barbotine doit être égale au maximum à 1/5,de préférence au maximum à 1/10 du diamètre moyen des pores ouverts de l'élément façonné Plus la barbotine est fine, plus elle peut remplir complètement les pores même petits Dans une forme de réalisation pré- férée, il est donc proposé de conduire la granulométrie des particules de la barbotine de manière qu'elle soit inférieure à 1/10 du diamètre moyen des pores Avec un diamètre moyen des pores de 30 pm par exemple, la fraction solide peut se situer dans une granulométrie inférieure à 3 pm. Le composant solide est, de préférence, un compo- sant céramique qui présente lui-même une grande résis- tance au feu Dans le cas d'une imprégnation d'un pro- duit basique, il s'agira d'un matériau de remplissage basique, dans le cas d'un remplissage d'un produit acide, d'un composant acide de la barbotine Comme exemples, on peut citer du corindon micronisé ou de la magnésite à fines particules, il est possible, naturellement aussi, d'utiliser des matières amphotères. Pour préparer la barbotine, celle-ci contient, outre le composant solide, un composant formant un squelette et/ou un composant liquide qui, dans une forme de réalisation préférée, est une résine, par exemple une résine phénolique La résine introduit en même temps un composant carboné dans la barbotine qui subit un craquage lors d'un traitement thermique ultérieur de l'élément façonné à imprégner, par exemple entre 150 et 200 'C et qui forme ensuite un squelette carboné pour les particules céramiques réfractaires, lequel accroît encore la stabi- lité du produit d'imprégnation. L'invention est définie ci-après selon les carac- téristiques générales suivantes: L'imprégnation est réalisée dans un matériau de matrice céramique réfractaire à fines particules et un composant à teneur en carbone et/ou céramique, servant de squelette entre les particules céramiques réfractaires. la granulométrie moyenne des particules de la fraction solide de l'imprégnation est, au plus, égale à un cinquième du diamètre moyen des pores ouverts de l'élément façonné. La granulométrie moyenne des particules de la fraction solide de l'imprégnation est, au plus, égale à un dixième du diamètre moyen des pores ouverts de l'élé- ment façonné. La granulométrie maximale des particules de la fraction solide de l'imprégnation est égale à 3 >im. Le composant à teneur en carbone est une résine, par exemple,une résine phénolique, notamment de type Novolaque. Le composant réfractaire est basique en tant que constituant d'imprégnation pour un élément façonné basique et est acide en tant que constituant d'imprégnation pour un élément façonné acide. Procédé d'imprégnation d'un élément façonné en céramique réfractaire à pore ouverts présentant les caractéristiques suivantes: une barbotine présentant des caractéristi- ques thixotropes, à base d'un matériau céramique réfrac- taire à fines particules est fluidifiée au moyen d'une unité mécanique et/ou physique d'excitation et introduite dans le volume de pores ouverts de l'élément moulé, éven- tuellement par utilisation d'une pression et/ou d'un vide, Après obtention d'un degré de remplissage donné, l'unité d'excitation est coupée en même temps que le produit d'imprégnation se solidifie dans les pores, le corps façonné ainsi rempli est recuit et le liquide de l'imprégnation est presque totalement éli- miné. La proportion de matière solide du produit d'impré- gnation doit être au minimum de 40 % en poids Plus elle est importante, plus le degré de remplissage des pores est grand. De préférence, la barbotine contient un additif qui renforce les caractéristiques thixotropes Parmi ces produits-se trouve, par exemple, la méthylcellulose, mais aussi d'autres agents mouillants, tels que l'alkyl-aryl- polyoxyéthanol. La proposition suivant l'invention offre un grand nombre d'avantages, à savoir: l'imprégnation peut s'effectuer "à l'état froid", c'est-à-dire par exemple, à température ambiante Ceci permet de réaliser des économies d'énergie, contrairement, par exemple, à la fusion du goudron et de la poix. le produit d'imprégnation peut contenir des compo- sants céramiques hautement réfractaires qui possèdent de meilleures caractéristiques que le goudron ou la poix aux hautes températures et une plus grande résistance à l'in- filtration. il n'est absolument pas indispensable ici de pro- céder à un recuit, pour faire évaporer les constituants volatils, après l'imprégnation, comme c'est le cas dans l'état de la technique Dans tous les cas, les produits sont séchés à des températures maximales de 200 'C, afin de chasser les constituants volatils ou de favoriser une carbonisation des composants carbonés, dans le but de former un squelette carboné de stabilisation Mais cette opération pourrait aussi s'effectuer lors de l'utilisation ultérieure "sur le site". le procédé d'imprégnation proposé n'entraîne aucune émission polluante pour l'atmosphère. Les dispositifs d'excitation mécanique/physique, prévus pour la liquéfaction de la barbotine thixotrope, peuvent être, par exemple, des vibreurs mécaniques ou des dispositifs à ultrasons Les produits à imprégner peuvent être placés, par exemple, dans une cuve remplie de barbotine L'ensemble du dispositif est ensuite mis en mouvement (vibré) ou la barbotine est sollicitée physiquement par un dispositif à ultrasons, de sorte que dans tous les cas le squelette thixotrope de la barbotine se défait et peut pénétrer dans le volume des pores ouverts L'opération d'imprégnation peut être favorisée, en outre, par l'emploi d'un dispositif sous pression/sous vide, tel qu'il est connu dans l'état de la technique. L'invention est également définie par les caracté- ristiques suivantes: On utilise une barbotine qui contient, outre le composant céramique réfractaire, un composant carboné tel qu'une résine. Le recuit s'effectue à des températures pour les- quelles la résine subit un craquage avec formation d'un squelette carboné pour le composant réfractaire. On utilise une barbotine dont la teneur en matière solide est au moins égale à 40 % en poids. On utilise une barbotine dont la proportion de matière solide présente une granulométrie maximale égale à 1/5 du diamètre moyen des pores de l'élément façonné. On utilise une barbotine dont la proportion de matière solide présente une granulométrie maximale de 1/10 du diamètre moyen des pores de l'élément façonné. On utilise une barbotine qui contient un agent thixotrope. On utilise comme agent thixotrope une méthylcel- lulose. L'invention peut s'appliquer à tous les types de produits réfractaires, par exemple dans le domaine de la céramique pour obturateurs, des briques de poches, des briques pour la zone du laitier de cuves métallurgiques, des briques pour cuves en verre, etc REVENDICATIONS 1. Elément façonné en céramique réfractaire pré- sentant une imprégnation remplissant au moins partiel- lement le volume de pores ouverts, caractérisé en ce que l'imprégnation est réalisée dans un matériau de matrice céramique réfractaire à fines particules et un composant à teneur en carbone et/ou céramique, servant de squelette entre les particules céramiques réfractaires. 2. Elément façonné selon la Revendication 1, carac- térisé en ce que la granulométrie moyenne des particules de la fraction solide de l'imprégnation est, au plus, égale à un cinquième du diamètre moyen des pores ouverts de l'élément façonné. 3. Elément façonné selon la revendication 1, carac- térisé en ce que la granulométrie moyenne des particules de la fraction solide de l'imprégnation est, au plus, égale à un dixième du diamètre moyen des pores ouverts de l'élément façonné. 4. Elément façonné selon l'une quelconque des reven- dications 1 à 3, caractérisé en ce que la granulométrie maximale des particules de la fraction solide de l'impré- gnation est égale à 3 "m. 5. Elément façonné selon l'une quelconque des reven- dications 1 à 4, caractérisé en ce que le composant à te- neur en carbone est une résine, par exemple, une résine phénolique, notamment de type Novolaque. 6. Elément façonné selon l'une quelconque des reven- dications 1 à 5, caractérisé en ce que le composant ré- fractaire est basique en tant que constituant d'imprégna- tion pour un élément façonné basique et est acide en tant que constituant d'imprégnation pour un élément façonné acide. 7. Procédé d'imprégnation d'un élément façonné en céramique réfractaire à pores ouverts présentant les caractéristiques suivantes: 7.1 une barbotine présentant des caractéristiques thixotropes, à base d'un matériau céramique réfractaire à fines particules est fluidifiée au moyen d'une unité mécanique et/ou physique d'excitation et introduite dans le volume de pores ouverts de l'élément moulé, éventuellement par utilisation d'une pression et/ou d'un vide. 7.2 après obtention d'un degré de remplissage donné, l'unité d'exitation est coupée en même temps que le pro- duit d'imprégnation se solidifie dans les pores, 7.3 le corps façonné ainsi rempli est recuit et le liquide de l'imprégnation est presque totalement éli- miné; 8 Procédé selon la revendication 7, caractérisé en ce qu'on utilise une barbotine qui contient, outre le composant céramique réfractaire, un composant carboné tel qu'une résine. 9 Procédé selon la revendication 7 ou 8, caracté- risé en ce que le recuit selon la caractéristique 7 3 de la revendication 7 s'effectue à des températures pour les- quelles la résine subit un craquage avec formation d'un squelette carboné pour le composant réfractaire. Procédé selon l'une quelconque des revendica- tions 7 à 9, caractérisé en ce qu'on utilise une barbo- tine dont la teneur en matière solide est au moins égale à 40 % en poids. 11 Procédé selon l'une quelconque des revendica- tions 7 à 10, caractérisé en ce qu'on utilise une barbo- tine dont la proportion de matière solide présente une granulométrie maximale égale à 1/5 du diamètre moyen des pores de l'élément façonné. 12 Procédé selon la revendication 11, caractérisé en ce qu'on utilise une barbotine dont la proportion de matière solide présente une granulométrie maximale de 1/10 du diamètre moyen des pores de l'élément façonné. 13 Procédé selon l'une quelconque des revendica- tions 7 à 12, caractérisé en ce qu'on utilise une barbo- tine qui contient un agent thixotrope. 14 Procédé selon la revendication 13, caractérisé en ce qu'on utilise comme agent thixotrope une méthyl- cellulose.