Brevet FR2665434A1 — publié le 19920207

i PROCEDE POUR LA FABRICATION D'UN MATERIAU REFRACTAIRE ISOLANT ET MATERIAU AINSI OBTENU. L'invention concerne un procédé pour la fabrication d'un matériau réfractaire isolant, susceptible de tra- vailler au contact d'un métal ferreux fondu, notamment lors de la coulée de l'acier Elle vise également le matériau réfractaire isolant ainsi obtenu. Il est bien connu d'utiliser des matériaux réfrac- taires au contact d'un métal en fusion, notamment lors de la coulée de l'acier Il importe que ce matériau puisse résister sans dommage et sans altération ni corrosion à des températures de plus de 10000 C, notamment de 1400 à 1600 'C dans le cadre de l'acier. En pratique, on utilise actuellement essentiellement de la brique ou du béton Or, on le sait, ces matériaux sont peu adaptés pour une utilisation dans les procédés20 de coulée continue du fait de leur faible caractère iso- lant thermique Il en résulte une grande difficulté à contrôler avec précision la température du métal. On connait par ailleurs des matériaux céramiques composites isolants Malheureusement, ces produits, s'ils sont réfractaires, sont facilement mouillés par l'acier qui pénètre dans les très nombreux pores du matériau et qui, en outre, les corrode. L'invention pallie ces inconvénients Elle vise un procédé pour préparer un matériau réfractaire isolant non mouillé, ni pénétré, ni corrodé par l'acier liquide, fa- cile à mettre en oeuvre, et adapté en particulier à une utilisation dans les différents procédés de coulée con- tinue, notamment pour la régulation précise des tempéra- tures du métal. Ce procédé pour la fabrication d'un matériau réfrac- taire isolant susceptible de travailler au contact d'un métal ferreux fondu, se caractérise en ce qu'il consiste: tout d'abord, à imprégner un matériau céramique réfractaire poreux, avec une solution d'un sel de zir- conium; puis, à sécher ce matériau céramique imprégné; et enfin, à pyrolyser ce matériau séché pour for- mer dans les pores une fine couche protectrice de zir- cone. En d'autres termes, l'invention consiste à immerger le matériau céramique réfractaire poreux dans une solu- tion de sels de zirconium, puis, après séchage, à pyro-15 lyser cette solution, de manière à transformer ce sel de zirconium en oxyde de zirconium, et ainsi, former une fine couche d'oxyde qui recouvre la paroi des pores du matériau céramique de base. Avantageusement, en pratique: le sel de zirconium soluble est un sel organique tel que notamment l'acétate de zirconium, voire le for- miate, le propionate ou le nitrate; il importe que le sel utilisé soit facilement soluble dans l'eau, notamment25 à température ambiante, pour bien pénétrer au coeur du matériau poreux et ainsi remplir tous les pores; il importe que l'oxyde de zirconium formé soit le seul rési- du solide de la pyrolyse; la concentration de la solution aqueuse d'impré- gnation en sel de zirconium, notamment en acétate de zirconium, est comprise entre 5 et 23 % en poids de zir- cone (Zr O 2), et de préférence entre 15 et 20 %, pour ob- tenir une fine couche continue de zircone tapissant les parois des pores; si la concentration est inférieure à35 5 %, cette couche ne sera pas toujours continue, ce qui altèrera la mouillabilité par le métal ferreux fondu; si cette concentration excède 23 %, la solution d'impré- gnation n'est pas commercialement disponible et serait trop visqueuse pour bien pénétrer dans les pores; par 5 ailleurs, cette viscosité élevée conduirait à une perte progressive du caractère isolant par bouchage des pores; l'imprégnation s'effectue par trempage plein bain à température ambiante, et le séchage s'effectue à l'étuve pendant plusieurs heures à 110-1300 C et ce, en fonction du volume de la pièce à sécher; la pyrolyse est effectuée entre 8000 C et 900 C, pendant deux à six heures, notamment quatre heures, en présence d'air pour faciliter la formation de l'oxyde de zirconium; la solution d'imprégnation peut contenir des ajouts connus, afin d'éviter ou de minimiser la migration du produit en surface pendant la phase de séchage. La manière dont l'invention peut être réalisée et les avantages qui en découlent ressortiront mieux de l'exemple de réalisation qui suit. Exemple: On utilise comme matériau céramique réfractaire poreux une plaque commercialisée par la Demanderesse sous la marque déposée "PROCELIT 160 ", ayant une dimension de 650 x 320 x 30 mm et résistant à 1600 C Cette plaque en matériau céramique réfractaire poreux présente une com- position ayant 85 % d'alumine et 15 % de silice, et une30 densité voisine de 0,3. On immerge cette plaque à température ambiante pen- dant une minute environ (jusqu'à disparition des derniè- res bulles) dans une solution aqueuse d'acétate de zir- conium à 20 % en poids La plaque poreuse absorbe environ 2,5 fois son poids sec de solution. On sèche ensuite à l'étuve ventilée à 1300 C pendant vingt-quatre heures, pour éliminer entièrement l'eau. On pyrolyse ensuite au four électrique à 800 a C pen- dant quatre heures Pendant cette pyrolyse, l'acétate est transformée en oxyde de zirconium et l'eau et le gaz carbonique résiduel sont éliminés dans l'atmosphère. On obtient une plaque ayant sensiblement les mêmes dimensions que la plaque de départ, constituée par le matériau céramique composite à haute porosité, mais dont les parois des pores sont recouvertes d'une fine couche de zircone (épaisseur de l'ordre du manonmètre, notam- ment comprise entre 0,2 et 0,4 manomètre), ce qui en outre augmente favorablement la rigidité du matériau. Cette plaque, pour une densité voisine de 0,45 (contre 0,3), présente une composition moyenne de: % d'alumine (contre 75 %); 10 % de silice (contre 10 %); % de zircone. Ces plaques conviennent parfaitement pour la fabri- cation de masselottes de coulée d'acier. La zircone déposée sur la paroi des pores affecte légèrement la réfractarité de la plaque, mais surtout empêche l'acier liquide fondu de pénétrer dans les pores du matériau et/ou de le corroder.30 Comme le traitement d'immersion est effectué à par- tir d'une solution, on obtient une bonne pénétration à coeur De la sorte, ce traitement peut être effectué sur des ébauches, ce qui limite les pertes de zircone lors35 des usinages ultérieurs. Le procédé selon l'invention présente de nombreux avantages, notamment par rapport aux solutions connues à ce jour On peut citer: la simplicité de fabrication; la facilité de finition des pièces en usinage, même avec des outils habituels en acier ou en carbure; la non mouillabilité du matériau par l'acier fon- du; la possibilité de maîtriser la température de coulée du métal ferreux fondu. De la sorte, ces matériaux réfractaires conviennent parfaitement pour la coulée continue de l'acier. REVENDICATIONS 1/ Procédé pour la fabrication d'un matériau réfrac- taire isolant susceptible de travailler au contact d'un métal ferreux fondu, caractérisé en ce qu'il consiste: tout d'abord, à imprégner un matériau céramique réfractaire poreux, avec une solution d'un sel de zir- conium; puis, à sécher le matériau céramique imprégné; et enfin, à pyrolyser ce matériau séché pour for- mer dans les pores, une fine couche protectrice de zir- cone. 2/ Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que le sel de zirconium est un sel organique soluble dans l'eau. 3/ Procédé selon la revendication 2, caractérisé en ce que le sel de zirconium est de l'acétate de zirconium. 4/ Procédé selon la revendication 3, caractérisé en ce que la concentration de la solution aqueuse d'immer- sion présente une concentration comprise entre 5 et 23 % en poids d'acétate de zirconium. / Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que l'imprégnation s'effectue plein bain à température ambiante et en ce que le séchage s'effectue à l'étuve à -130 a C. 6/ Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que la pyrolyse s'effectue entre 8000 C et 9000 C, pen- dant deux à six heures. 7/ Matériau céramique réfractaire poreux, à haute porosité, caractérisé en ce que la paroi des pores est recouverte d'une fine couche de zirconium d'épaisseur de l'ordre du manomètre.