Brevet FR2737488A1 — publié le 19970207

MATERIAU REFRACTAIRE DE SILICE VITREUSE A FAIBLE CORROSION PAR LES METAUX FONDUS, PIECE ET PROCEDE DE FABRICATION La silice vitreuse frittée est un matériau réfractaire obtenu par frittage de poudre de silice amorphe qui présente des caractéristiques physiques et chimiques qui rendent son utilisation particulièrement intéressante dans de nombreuses applications industrielles, et notamment pour la métallurgie des métaux non ferreux tel que l'aluminium, le zinc, le laiton etc.. En effet ce matériau possède un coefficient de conduction thermique très faible (0.7 W/m.K à 700"C). Cette caractéristique amène des avantages importants. Lorsque l'élément réfractaire est utilisé pour le transport ou le transfert d'un métal liquide les pertes thermiques par conduction au travers de la paroi du récipient ou du tube de transfert sont réduites au minimum possible. Il n'est donc pas nécessaire de surchauffer le métal (c'est à dire de le chauffer à une température supérieure à sa température de fusion) de manière importante. Il en résulte des économies d'énergie. D'autre part la silice vitreuse possède un coefficient de dilatation thermique très faible (0.6 x 10-6 m/K) lorsque le produit ne contient pas de phases cristallines. Cette faible dilatation thermique lui confère une excellente résistance aux chocs thermiques. Ceci permet, dans la plupart des applications d'utiliser ou de mettre en place un élément réfractaire en silice vitreuse sans avoir à le préchauffer au préalable pour l'amener à une température proche de sa température de fonctionnement. Il en résulte un gain de temps et ici encore, une économie d'énergie. Cette faible dilatation thermique permet de cycler thermiquement un grand nombre de fois sans fatiguer mécaniquement le matériau.Elle garantit aussi une stabilité dimensionnelle du produit en température De plus la silice vitreuse offre une bonne stabilité chimique face à la quasi totalité des matériaux des métaux et des alliages en fusion. C'est pourquoi, entre autres applications, ce matériau est utilisé dans la métallurgie des non ferreux. On connaît par exemple des installations de fonderie en basse pression dans lesquelles un moule est alimenté en métal par sa partie inférieure au moyen d'un tube plongeant dans une cuve remplie de métal en fusion. On applique une pression d'un gaz pulseur par exemple l'azote ou un autre gaz neutre à la surface du métal liquide de manière à faire remonter le métal en fusion dans le moule. La silice vitreuse convient parfaitement pour réaliser le tube plongeur. Toutefois la silice vitreuse se corrode sous l'action d'un métal qui présente une plus grande affinité vis-a-vis de l'oxygène. C'est le cas par exemple de l'aluminium porté à sa température de fusion ou à une température supérieure. Ce métal réduit la silice pour former un dépôt d'alumine, laissant du silicium métal. Au bout d'une durée qui est fonction de l'épaisseur de l'élément réfractaire, cette corrosion aboutit à la fissuration ou à la rupture dudit élément. Ce phénomène est observé pour l'ensemble des applications ou le réfractaire de silice vitreuse se trouve en contact avec de l'aluminium liquide. La présente invention a précisément pour objet un matériau principalement constitué de silice vitreuse, notamment pour une utilisation en métallurgie des non ferreux, particulièrement l'aluminium, qui remédie à cet inconvénient. Ce matériau réfractaire se caractérise en ce qu'il contient au moins 0,1% et au plus 10 en en poids de sulfate de baryum. La présence du sulfate de baryum réduit de façon importante la mouillabilité des métaux fondus sur ce réfractaire. De plus, il est compatible avec le procédé de mise en forme du réfractaire qui peut être par exemple le coulage ou le moulage par injection le coulage par barbotines utilise la mise en suspension dans l'eau de poudre de silice vitreuse finement broyée dans l'eau. L'additif doit être insoluble dans l'eau. En ce concerne le moulage par injection thermoplastique, I'additif doit avoir une granulométrie adaptée pour ne pas influer sur les propriétés d'injectabilité. Les produits de silice vitreuse, une fois mis en forme, sont consolidés par un traitement thermique à des températures supérieures à 1000"C. Cette densification correspond à une diminution de viscosité de la silice vitreuse. Le sulfate de baryum possède une bonne stabilité en température. En effet le sulfate de baryum est un composé stable et réfractaire compatible avec les températures de densification de la silice vitreuse et de plus il ne dissout pas dans l'eau. Il est largement disponible à l'état naturel sous forme de baryte et les différentes tailles granulométriques disponibles sont compatibles avec les procédés de mise en forme envisagés. La teneur en sulfate de baryum dépend de l'application envisagée et du procédé de mise en forme. Plus elle est élevée, plus les phénomènes de corrosion dans l'aluminium sont réduits. Par contre les teneurs élevées en sulfate de baryum réduisent les propriétés mécaniques et de résistance aux chocs thermiques du fait d'une portion croissante de silice cristallisée dans le produit fini. L'incorporation du sulfate de baryum dans le produit de silice fondue tient compte du procédé de mise en forme utilisé et entraîne une modification des conditions de densification des produits formés. De préférence, le matériau réfractaire présente une teneur en silice cristallisée inférieure à 10%. Cette faible proportion de silice cristallisée permet de conserver de bonnes propriétés de résistance aux chocs thermiques des produits de silice fondue. De préférence également, le matériau réfractaire est constitué d'au moins 75 o/o de silice vitreuse ou amorphe. L'invention concerne encore une pièce caractérisée en ce qu'elle est réalisée en un matériau réfractaire décrit ci-dessus, ainsi qu'une pièce qui comporte une surface extérieure revêtue sur une épaisseur de plus de 2 mm de ce matériau réfractaire. L'invention concerne un procédé de fabrication d'une pièce caractérisé en ce que l'on prépare une barbotine, et une barbotine de sulfate de baryum, en ce qu'on mélange ces deux barbotines et qu'on coule le mélange dans un moule. L'invention concerne un procédé de fabrication d'une pièce caractérisé en ce que l'on mélange des grains de silice et des grains de sulfate de baryum, en ce que l'on prépare une barbotine, qu'on prépare une barbotine de ce mélange, et en ce qu'on coule ladite barbotine dans un moule. Enfin l'invention concerne un procédé de fabrication d'une pièce caractérisé en ce que l'on mélange des grains de silice et des grains de sulfate de baryum avec des liants organiques afin d'obtenir une pâte thermoplastique qui est injectée dans un moule. D'autres caractéristiques et avantages de l'invention apparaîtront à la lecture des exemples donnés ci-dessous à titre purement illustratif. Exemple 1 On a réalisé un tube pour l'alimentation d'un moule de coulée en basse pression pour l'aluminium et ses alliages. Le nouveau produit a été réalisé par mélange d'une barbotine de silice vitreuse et d'une barbotine de sulfate de baryum. Les deux barbotines avaient sensiblement les mêmes caractéristiques de densité, de taille de grains, de fluidité. La barbotine de sulfate de baryum représentait 5% du total du mélange coulé. Le produit a été coulé dans un moule plâtre, puis séché. Le nouveau produit a été cuit à une température inférieure de 50 à 1200C à la température normale de cuisson. Résultat la durée de vie du tube a été au moins multipliée par trois par rapport à celle d'un tube traditionnel réalisé en silice vitreuse pure par coulage en barbotine. Exemple 2 On a réalisé un tube de coulée, également pour l'aluminium et ses alliages. Ce tube était réalisé en silice vitreuse suivant un procédé de moulage par injection. Ce procédé consiste a mélanger des poudres sèches de granulométrie déterminée à des liants constitués de matières organiques thermoplastiques. L'injection puis le refroidissement du moule permet d'obtenir des pièces de forme qui seront ultérieurement déliantées puis cuites. L'incorporation d'une poudre de sulfate de baryum de granulométrie identique à la poudre de silice habituelle a permis d'obtenir des tubes contenant 5 % en poids de sulfate de baryum. La réduction de la température de fusion a permis de conserver les propriétés mécaniques des produits tout en limitant à moins de 5 % la part de la silice cristallisée. Résultat . la durée de vie du tube a été multipliée par quatre par rapport à celle d'un tube traditionnel réalisé en silice vitreuse pure par coulage en barbotine. REVENDICATIONS 1. Matériau réfractaire essentiellement constitué de silice vitreuse présentant une résistance améliorée à la corrosion par les métaux fondus et principalement l'aluminium, caractérisé en ce qu'il contient au moins 0,1% et au plus 10 % en poids de sulfate de baryum. 2. Matériau réfractaire selon la revendication I caractérisé en ce qu'il présente une teneur en silice cristallisée inférieure à 10%. 3. Matériau réfractaire selon l'une des revendications i ou 2 caractérisé en ce qu'il est constitué d'au moins 75 % de silice vitreuse ou amorphe. 4. Pièce caractérisée en ce qu'elle est réalisée en un matériau réfractaire selon l'une quelconque des revendications I à 3 5. Pièce caractérisée en ce qu'elle comporte une surface extérieure revêtue sur une épaisseur de plus de 2 mm d'un matériau réfractaire selon l'une quelconque des revendications I à 3. 6. Procédé de fabrication d'une pièce selon l'une des revendications 4 ou 5, caractérisé en ce que l'on prépare une barbotine de silice et une barbotine de sulfate de baryum, en ce qu'on mélange ces deux barbotines et qu'on coule le mélange. 7. Procédé de fabrication d'une pièce selon l'une des revendications 4 ou 5, caractérisé en ce que l'on mélange des grains de silice et des grains de sulfate de baryum, en ce que l'on prépare une barbotine de ce mélange, et en ce qu'on coule ladite barbotine. 8. Procédé de fabrication d'une pièce selon l'une des revendications 4 ou 5, caractérisé en ce que l'on mélange des grains de silice et des grains de sulfate de baryum avec des liants organiques, afin d'obtenir une pâte thermoplastique qui est injectée dans un moule.