Brevet FR2712284A1 — publié le 19950519

L'invention concerne l'utilisation d'une brique réfractaire céramique pour le revêtement de four tubulaire rotatif à ciment. Pour effectuer le revêtement de four tubulaire rotatif à ciment se sont surtout répandues, ces dernières dizaines d'année, des briques réfractaires basiques à base de MgO. Un inconvénient décisif concernant les briques à base de magnésie pure est considéré dans le fait que le module d'élasticité des briques est relativement élevé et que les briques ne présentent qu'une faible flexibilité structurelle. Selon le brevet DE 36 17 904 C2, le module d'élasticité de briques de magnésie pure est compris entre 60 et kN/mm2. Il est en outre connu que du minerai à base de chrome améliore la résistance aux fluctuations de température de brique à base de magnésie. Des produits contenant du minerai de chrome donnent cependant des produits de réaction toxiques. On dispose avec les briques à base de magnésie, ou de magnésium-aluminium, de variantes de produit ne provoquant aucune émission nocive pour l'environnement. Pour augmenter la résistance aux réactions de la spinelle de MgO x A1203 (appelée ci- après spinelle MA) vis-à-vis de CaO et des substances basiques, avec un rapport CaO/SiO2 > 1,87 et retarder ainsi la formation de produit de décomposition contenant de la chaux et/ou pour en diminuer la quantité produite, le brevet DE 36 17 904 C3 propose une composition réfractaire pour une brique réfractaire à base de spinelle de magnésie pour le garnissage de fours tubulaires rotatifs destinés à l'industrie du ciment, avec une teneur d'au moins %, mais inférieure à 86,1 % en poids de magnésie de frittage, une teneur supérieure à 13,9 % et allant jusqu'à % en poids par rapport à la composition globale de klinker de spinelle (spinelle MA stoechiométrique) comme support de A1203 et avec une teneur allant de 1 à 2 % en poids rapportée à la quantité totale de klinker de spinelle et de magnésie de frittage, en se basant sur 100 % en poids, en utilisant de l'oxyde de zirconium dans une plage de granulométrie inférieure à 0,06 mm. On ajoute donc une spinelle MA stoechiométrique présynthétisée suivant des pourcentages en poids déterminés à une brique à base de MgO, conjointement avec de l'oxyde de zirconium. Par le brevet EP 0 531 130 A2 est connu un procédé de fabrication d'un produit réfractaire, composé de 60 à 93 % en poids de MgO à gros grains, de 50 à 30 % en poids de spinelle MA stoechiométrique à gros grains et de 1 à 15 % en poids de A1203 à petits grains, ainsi que composé de différents autres additifs. Le produit réfractaire ainsi fabriqué doit présenter une résistance à chaud améliorée, en particulier à des températures dépassant 1 260 C (2 300 F) et pour des applications dans les fours tubulaires rotatifs à ciment. L'adjonction d'un composant d'aluminate finement divisé est considérée alors comme un facteur essentiel. Le A1203 finement divisé doit améliorer la liaison céramique et mettre à disposition une source d'aluminate pour la formation in-situ de spinelle MA (stoechiométrique). Pour des applications métallurgiques, le brevet DE 35 32 228 C2 décrit une composition réfractaire composée de 10 à 30 % en poids d'une spinelle MA, contenant de 40 à % en poids d'A1203 et de 20 à 60 % en poids de MgO, ainsi que de 90 à 70 % parties en poids d'un matériau à base d'oxyde de magnésium. Dans ce brevet on renvoie au fait que la teneur en A1203 ne doit pas se situer au-dessous de 40 % en poids, parce que ceci présente des inconvénients sur la résistance aux variations de température du matériau réfractaire. Une teneur en A1203 supérieure à 70 % en poids est également considérée comme désavantageuse du fait que de trop nombreux cristaux de corindon sont formés autour des corps cristallins de la spinelle, de sorte que la résistance à la corrosion du matériau réfractaire ne peut être améliorée. Le brevet DE 34 45 482 A1 décrit également une brique réfractaire à base de magnésie de frittage et de spinelle MA. La teneur en A1203 de la spinelle utilisée se situe, selon le tableau II, à 66,2 % en poids et, ainsi, au-dessous de celle d'une spinelle MA stoechiométrique, ayant 71,8 % en poids de A1203. Le choix de matériau connu par le brevet DE 34 45 482 Ai mène à obtenir une résistance au feu et à la compression, à.une température supérieure à 1 740 C, et un fluage sous pression de -3 à -5 % à 1 400 C, après 24 heures, sous une charge de 0,2 N/mm2. Le document édité par la Société ALCOA et intitulé "New Spinel Materials for Refractory Linings in the Steel-Making Sector" se réfère à un article publié à l'occasion du Feuerfest-Kolloquiums à Aachen, octobre 1992. Dans ce document on fait rapport de nouveaux matériaux contenant de la spinelle pour des revêtements réfractaires dans des applications métallurgiques. En particulier le document de la société concerne des masses de coulée pour des poches d'acier, faisant utilisation de spinelle MA sur- stoechiométrique, par exemple avec 78, respectivement 90 % en poids de A1203, la spinelle MA devant être utilisée avec des parties en masse de 23 à 25 %. Les masses coulées doivent en particulier mener à une amélioration de la tenue face aux scories. L'utilisation d'une spinelle sur- stoechiométrique, en combinaison avec de l'argile réactive, est alors considérée comme une hypothèse nécessaire et contraignante. L'invention a pour but d'indiquer une possibilité d'améliorer la résistance aux variations de température et la flexibilité structurelle des briques céramiques réfractaires à base de MgO, destinées à effectuer des revêtements dans des fours tubulaires rotatifs à ciment. A cette fin, l'invention propose l'utilisation d'une brique céramique réfractaire à base de MgO avec une partie en masse comprise entre 3 et 23 % de MgO x A1203 présynthétisée, appelée spinelle (MA), avec une teneur en A1203 comprise entre 75 et 95 % en poids, pour effectuer le revêtement de four tubulaire rotatif à ciment. Il s'est avéré que l'utilisation de quantités relativement faibles de spinelle MA sur-stoechiométrique dans des briques à base de MgO menait à une diminution caractéristique du module d'élasticité des briques et, ainsi, à une nette amélioration de la possibilité de relaxation des contraintes dans les briques. Il a été constaté lors d'essais que la spinelle MA sur- stoechiométrique se convertit lors de la cuisson de la brique (par exemple entre 1 450 et 1 550 C) en spinelle stoechiométrique et en corindon (A1203). Le corindon est alors quasiment protégé, par la spinelle MA sur- stoechiométrique, contre toute autre réaction avec la matrice à base de MgO. Lors de la cuisson de la brique, il y a également disparition du grain de spinelle MA ajoutée. Ceci mène à ce que les grains de spinelle MA et la matrice de Mgo se séparent les uns des autres, par de petits espaces creux, après la cuisson. Ce phénomène éclaire également pourquoi des parties en masse relativement faibles, par exemple, 3, 5 ou 10 %, de la spinelle MA surstoechiométrique suffisent déjà pour obtenir les effets souhaités. Du fait des espaces creux, la brique est en mesure de supporter, bien plus de contraintes thermiques et mécaniques, parce que les zones à espace creux entravent la propagation d'une fissure lorsqu'elle se produit ou bien empêchent complètement son apparition. Ceci mène, comme résultat, à une amélioration de la flexibilité structurelle et à une augmentation de la résistance aux fluctuations de température, ce qui est d'une grande importance pour le cas d'application cité. Cet aspect structurel, qui est essentiel pour l'utilisation des briques pour le revêtement de fours tubulaires rotatifs à ciment, peut être alors réalisé lorsqu'une spinelle MA sur-stoechiométrique est utilisée avec les teneurs en A1203 citées. L'adjonction de particules d'argile finement divisées à une spinelle MA stoechiométrique à granulométrie grossière, comme cela était proposé dans le brevet EP 0 531 130 A2, mène par contre à un résultat exactement inverse, notamment à la combinaison in- situ des particules A1203 en excès avec le matériau de matrice à base de MgO pour donner de la spinelle MA. La structure est par conséquent plutôt plus dense qu'interrompue par des fissures (espaces creux) comme dans le cadre de l'utilisation selon l'invention. L'avantage, pouvant être obtenu par utilisation d'une spinelle MA surstoechiométrique, doit être considéré comme surprenant, également à la lumière du document de la société ALCOA parce que, ici, d'une part, l'utilisation d'une spinelle MA sur-stoechiométrique est exploitée exclusivement pour des applications métallurgiques et que, d'autre part, la combinaison de la spinelle MA sur-stoechiométrique avec de l'argile réactive est une condition préliminaire obligatoire. Selon une forme de réalisation, il est prévu d'utiliser une spinelle MA dont la teneur A1203 va de 75 à 90 % en poids. Comme déjà indiqué, la partie en masse de la spinelle MA sur-stoechiométrique est relativement faible et selon une forme de réalisation elle n'est seulement que de 5 à 15 % en poids, rapportée à l'ensemble du mélange de briques. La spinelle MA sur-stoechiométrique peut être tant une spinelle qu'une spinelle fondue. Abstraction faite des différentes parties en masse de MgO et A1203, on peut revenir, pour la fabrication de la spinelle MA sur- stoechiométrique, au procédé de fabrication connu pour l'obtention de spinelle MA stoechiométrique. Schulle décrit, dans " Feuerfeste Werkstoffe ", Deutscher Verlag fur Grundstoffindustrie GmbH, Leipzig, lère édition, 1990, page 247, des procédés de fabrication possibles. La spinelle MA peut être une spinelle de frittage. La spinelle MA a une granulométrie inférieure à 3 mm, et de préférence inférieure à 1 mm. Le matériau de matrice à base de magnésie (MgO) a une granulométrie inférieure à 5 mm, y compris une partie ayant la granulométrie d'une farine. L'invention est expliquée plus en détails ci-après à l'aide de différents exemples de réalisation. Le tableau 1 donne trois formulations, dont la formulation A sert d'exemple comparatif et concerne une brique à base de MgO, avec une teneur de 4,5 % en masse de spinelle stoechiométrique. La spinelle stoechiométrique de la formulation A a été remplacée, dans la formulation B, par spinelle MA à 7,5 % en poids ayant une teneur d'A1203 de 78 % en poids et, dans la formulation C, par 6,5 % en poids d'une spinelle MA ayant une teneur en Ai203 de 90 % en poids. Les résultat d'essais physiques montrent que la capacité de relaxation des contraintes à 11000 C/lNm, au bout de deux heures (exprimée en pourcentage) pourrait être nettement améliorée avec les briques selon l'invention et que le module E des briques selon l'invention est situé partiellement au-dessous de celui de l'échantillon comparatif A. Brique A B C ____________________________________________________________ corindon (% en masse) (%en masse) 3 spinelle stoechiométrique " 4,5 spinelle sur-stoechiométrique 78 " 7,5 spinelle sur-stoechiométrique 90 " 6,5 le reste: MgO + impuretés Température de cuisson environ C 1500 Valeurs d'essais physiques Porosité ouverte % en vol. 16,8 16,8 17,4 capacité de relaxation des contraintes à 1100 C/lNm après 2 heures en % 42, 9 50,4 59,9 Module E 29,9 28,1 25,6 REVENDICATIONS 1. Utilisation d'une brique céramique réfractaire à base de MgO avec une proportion en masse comprise entre 3 % et 23 % de MgO x A1203 présynthétisé (spinelle MA) avec une teneur en A1203 comprise entre 75 % et 95 % en poids, pour le revêtement de fours tubulaires rotatifs à ciment. 2. Utilisation selon la revendication 1, la teneur en A1203 de la spinelle MA étant de 75 % à 90 % en poids. 3. Utilisation selon la revendication 1 ou 2, la proportion de spinelle MA dans la brique étant de 5 % à 15 % en poids. 4. Utilisation selon l'une quelconque des revendications 1 à 3, la brique étant calcinée à une température comprise entre 1 450 et 1 550 C. 5. Utilisation selon l'une quelconque des revendications 1 à 4, la spinelle MA étant une spinelle de frittage. 6. Utilisation selon l'une quelconque des revendications 1 à 5, la spinelle MA ayant une granulométrie inférieure à 3 mm, de préférence inférieure à 1 mm. 7. Utilisation selon l'une quelconque des revendications 1 à 6, le matériau de matrice à base de MgO étant utilisé avec une granulométrie inférieure à 5 mm, y compris une partie ayant la granulométrie d'une farine.