Brevet FR2717468A1 — publié le 19950922

I L'invention concerne une brique céramique réfractaire. De telles briques sont composées usuellement d'un matériau réfractaire, en particulier à base d'oxydes métalliques appropriés, tels que MgO, ZrO2, A1203, se présentant sous différentes fractions granulométriques, usuellement inférieures à 8 mm. Kneschke et Krawulsky ont fait état dans le cadre du XXXIIIeme Internationalen Feuerfest-Kolloquiums à Aachen, qui s'est tenu du 8 au 9 octobre 1990, de la liaison existant entre la structure granulométrique et les propriétés des compositions réfractaires basiques. Ils divisent les granulométries réfractaires (basiques) en trois classes: le grain grossier (plus de 1 mm), le grain moyen (moins de 1 mm) et le grain fin (moins de 0,09 mm); et ils expliquent que le grain fin constitue, comme composant à forte réactivité lors du frittage, le composant principal pour conférer de la résistance, tandis que les propriétés mécaniques et thermiques doivent être influencées par les proportions en grain moyen et en grain grossier. Les propriétés mécaniques ne peuvent cependant être influencées que dans une mesure relativement faible par le réglage du spectre granulométrique. De plus, les teneurs en oxydes étrangers, par exemple d'un fritté de MgO utilisé, réduisent l'efficacité des dispositions prises pour la granulométrie, du fait qu'elles accroissent le degré de frittage. Dans le brevet DE 42 33 015 Cl, on propose de choisir un oxyde réfractaire céramique se trouvant dans la plage des grains extrêmement fins, avec une structure granulaire qui suit une caractéristique de tamisage tout à fait spéciale, et de l'utiliser comme liant pour des masses céramiques. Après addition à une masse céramique et, le cas échéant, après fabrication de pièces moulées, on assure alors une bonne résistance au vert et une bonne résistance à chaud des produits. L'invention a pour but d'offrir une brique réfractaire qui doit présenter après cuisson des propriétés mécaniques avantageuses et, en particulier, présenter un comportement aussi plastique (ductile) que possible, donc un comportement aussi peu fragile que possible. La ductilité (avec comme unité de mesure: le mètre) est indiquée par R'''' et sa variation est soumise à la loi ci-après: Gf R''' '= f E [m] 0f on a également la proportionnalité ci-après: R'' -Gf GO Gf caractérisant la résilience (J/m2), Go la résilience à la rupture (J/m2), of la contrainte de rupture (N/m2) et E le module d'élasticité (N/m2). L'invention part de la considération qu'une amélioration des propriétés mécaniques peut être obtenue par une influence sur le comportement au frittage et ici, en particulier, au frittage des particules, dans la plage de la granulométrie extrêmement fine (plage des farines). Pour obtenir un comportant aussi ductile que possible du produit cuit il est avantageux qu'une fissure qui se serait constituée coupe un grand nombre de ponts de liaison fins et non pas un nombre relativement faible de ponts de liaison grossiers, fortement frittés. Ce faisant, on a indépendamment de Gf une diminution de la résistance à la rupture GO et une augmentation de Gf/Go ainsi qu'également de R''''. Dans sa forme de réalisation la plus générale, l'invention propose par suite une brique réfractaire à base d'au moins un oxyde métallique réfractaire, présent en une fraction granulométrique inférieure à 8 mm et en une proportion de fraction réfractaire très fine inférieure à 0,01 mm, comprise entre 4 % et 30 % en poids, fabriquée par cuisson au- dessous d'une température pour laquelle les particules de la fraction réfractaire très fine frittent avec des particules voisines, en opérant une cristallisation globale. La "cuisson" peut également s'effectuer pendant l'emploi de la brique, d'autant que la résistance au vert peut déjà être augmentée à une valeur suffisante, suite à la présence de la granulométrie très fine. Il est remarquable que la résistance de la brique, et donc sa cohésion nécessaire, ne se manifestent qu'à cause de l'existence de la fraction très fine, respectivement de son frittage, de sorte que l'on n'obtiendrait pas la résistance suffisante sans l'addition de la fraction très fine. De cette manière, non seulement on constitue au moyen de la fraction à granulométrie très fine un grand nombre de petits ponts de liaison, mais, bien plus, du fait de la limitation de la température de cuisson, il y a une nette diminution de la cristallisation globale lors du frittage des particules très fines, voire une cessation de ce phénomène. En d'autre termes, la brique réfractaire selon l'invention se distingue également après cuisson par le fait que la taille des particules très fines est sensiblement inchangée par rapport à ce que l'on a à l'état non fritté. La combinaison d'une fraction réfractaire très fine avec une température de cuisson plus faible par rapport à celle de l'état de la technique est décisive. La fraction réfractaire très fine peut être introduite sous forme de suspension dispersée ou de dispersion pulvérulente et être constituée d'oxydes métalliques réfractaires usuels, tels que MgO, A1203 ou ZrO2. Le produit selon l'invention est utile, particulièrement en cas d'utilisation de magnésie frittée riche en fer (avec un rapport CaO/SiO2 élevé (supérieur à 1,87)), parce qu'il présente normalement une forte tendance au frittage et, de ce fait, des propriétés mécaniques défavorables dans le sens cité ci-dessus. Suite au choix d'une fraction réfractaire très fine spéciale et à la cuisson de la pièce moulée à des températures de cuisson relativement faibles, on obtient également pour ces produits une résistance suffisante, surtout grâce à la fraction très fine. Une composition typique selon l'invention est constituée par exemple de: 70 à 96 (85 à 95) % en poids de matériaux de matrice réfractaire usuelle se présentant sous une fraction granulométrique inférieure à 8 mm - 4 à 30 (5 à 15) % en poids d'un ou plusieurs matériaux réfractaires se présentant sous une fraction très fine inférieure à 0,01 mm, les limites des plages indiquées entre parenthèses s'étant avérées suffisantes pour résoudre le problème selon l'invention, dans la mesure o cette masse est traitée ensuite pour donner des pièces moulées et cuite à des températures pour lesquelles les particules de la fraction réfractaire fine ne frittent pas encore avec des particules voisines dans le cadre d'une cristallisation globale. En partant d'une composition (D) constituée de: - 92 % en poids de magnésite frittée de granulométrie 0,5 à 4 mm - 8 % en poids d'une dispersion de magnésie très fine avec une granulométrie maximale de 0,001 mm, on obtient, après une préparation usuelle et un formage à la presse avec une pression de 150 N/mm2, ainsi qu'un frittage à 900 C, une brique présentant les caractéristiques suivantes: Masse volumique apparente: 3,10 g/cm3 porosité apparente: 13,20 % en volume résistance à la compression à froid 65,0 N/mm2 De plus, l'invention permet d'optimiser les propriétés mécaniques de la brique grâce à une teneur en fibres d'armature, telles que des fibres d'acier. L'addition par exemple de fibres d'acier à des masses réfractaires et à des pièces moulées est certes connue, mais elle n'est cependant la plupart du temps pas applicable à des produits cuits du fait que les fibres d'acier ne résistent pas aux températures de cuisson nécessaires par exemple quand on a affaire à des produits basiques. La température de cuisson, diminuée dans le cas du produit selon l'invention, permet cependant d'utiliser ces fibres. Grâce à l'utilisation par exemple de fibres d'acier fortement alliées, la ténacité de la brique est en plus l'objet d'une augmentation supplémentaire. Ceci vaut en particulier lorsque l'on a une addition de fibres d'acier comprise entre 1 et 2 % en poids, rapportée à la masse totale. Ainsi, déjà en cas d'addition de 2 % en poids de fibres d'acier à la composition (D) citée ci-dessus, on atteint les données d'essai physique ci-après sur la brique cuite (échantillon E): masse volumique apparente: 3,12 g/cm3 porosité apparente: 13,15 % en volume résistance à la compression à froid: 85,0 N/mm2 On a utilisé des fibres d'acier allié au chrome d'une longueur de 25 mm et d'une teneur en chrome d'à peu près 25 % en poids. De tels produits peuvent être avantageusement utilisés dans des fours industriels pour lesquels, du fait de la température de fonctionnement et de la technique d'élaboration (gradient des températures), règnent, dans le domaine de brique revendiqué, des températures inférieures à la limite de résistance des fibres d'acier. Des exemples sont constitués par des fours destinés à l'industrie du ciment, à l'industrie des métaux non ferreux, ou également à des installations d'incinération. De manière pertinente ceci vaut également pour le produit D. L'efficacité est obtenue sans limitation lorsque l'avantage de la cuisson à faible température n'est pas masqué par la valeur trop élevée des températures rencontrées en fonctionnement. Un domaine d'application typique pour les briques selon l'invention est obtenue lorsque dans le tiers médian de la brique du garnissage résistant à l'usure (il se produit ici fréquemment des sollicitations thermomécaniques) on ne dépasse pas, ou alors on ne le fait que brièvement, une température d'à peu près 1200 C. D'autres caractéristiques physiques d'une brique selon l'invention sont indiquées ci-après, exprimées en pourcentage par rapport au produit (A à C) de l'état de la technique (toutes les indications sont données en pourcentage en poids): Composition A B C magnésie frittée (0,5 à 4 mm) 72 68 70 spinelle fritté (0,5 à 1,5 mm) 12 argile frittée (0,5 à 1,5 mm) 8 farine de magnésie ( briques à une température d'à peu près 1550 C. On a utilisé la même magnésie frittée riche en fer pour tous les produits A à E. Le tableau ci-après indique en cas d'utilisation d'une brique réfractaire selon l'invention les améliorations pouvant être obtenues concernant la ductilité des produits cuits, les valeurs mesurées concernant R'''' se référant à la valeur maximale R'''' de tous les cinq échantillons, et en se rapportant à la température ambiante. Le tableau montre de manière analogue les valeurs correspondantes de la résilience Gf, en se référant ici à la valeur maximale Gfmax des cinq échantillons: A B C D E Gf Gf 53 55 48 50 100 Gfmax R t 71 78 28 52 100 R''' max Les valeurs permettent de voir que le produit E est celui qui présente la plus grande résilience Gf tandis que les valeurs de Gf des autres produits ne se distinguent que très peu entre elles. Pour ce qui concerne la brique E selon l'invention, la valeur R'''' est également la plus élevée. La brique D a certes une valeur R'''' moindre que celle des produits A et B, cependant on a une valeur nettement meilleure que pour le produit C pour lequel il s'agit d'un produit standard unique, purement magnésitique. Il en résulte également que même sans addition d'argile frittée ou de spinelle on peut obtenir des améliorations notables par rapport au produit purement magnésitique, dans la mesure o l'on prend en considération les caractéristiques selon l'invention. Ceci s'avère surtout un avantage économique, mais également technique, par rapport aux produits comportant les additifs (A et B), du fait que l'on peut obtenir des propriétés à chaud aussi avantageuses, en particulier également au contact avec des substances étrangères basiques (riches en CaO), issues de l'enceinte du four. REVENDICATIONS 1. Brique réfractaire à base d'au moins un oxyde métallique réfractaire, en une fraction granulométrique inférieure à 8 mm et une proportion de fraction réfractaire très fine inférieure à 0,01 mm, comprise entre 4 % et 30 % en poids, fabriquée par cuisson au-dessous d'une température pour laquelle les particules de la fraction réfractaire très fine frittent avec des particules voisines, en opérant une cristallisation globale. 2. Brique réfractaire selon la revendication 1, dans laquelle la proportion de la fraction réfractaire très fine est de 5 % à 15 % en poids. 3. Brique réfractaire selon la revendication 1 ou 2, dans laquelle la fraction réfractaire très fine se présente avec une taille de particule inférieure à 1,0 gm. 4. Brique réfractaire selon l'une des revendications 1 à 3, contenant des fibres d'armature, telles que des fibres d'acier. 5. Brique réfractaire selon la revendication 4, dans laquelle la teneur en fibres d'armature est de 1,0 à 2,0 % en poids, par rapport à la masse totale.