Brevet FR2779716A1 — publié le 19991217

MATERIAU REFRACTAIRE ISOLANT, PROCEDE DE PREPARATION ET PIECES A BASE DE CE MATERIAU. Les matériaux réfractaires isolants sont utilisés dans l'industrie, notamment dans la métallurgie, pour réduire les pertes thermiques et économiser l'énergie. Ces matériaux peuvent également être utilisés pour revêtir une pièce. Ils peuvent aussi être utilisés pour réaliser une pièce isolante directement dans le matériau lui-même. Ils peuvent également être utilisés pour fabriquer des éléments tels que des panneaux ou des briques qui seront utilisés en nombre pour former un ensemble isolant. Par exemple, dans la coulée continue de l'acier on utilise des pièces de matériau réfractaire pour le transfert de l'acier liquide entre divers conteneurs, notamment entre la poche et le répartiteur, et le moule de coulée continue. Ces pièces doivent être rendues plus isolantes thermiquement afin d'améliorer l'efficacité du préchauffage (lorsque les pièces sont préchauffées), d'éviter le figeage de l'acier sur les parois intérieures du trou de coulée et, dans le cas de pièces de coulée utilisées pour un répartiteur, d'éviter le pontage entre la pièce de coulée et les parois du moule. Selon un autre exemple, afin d'améliorer l'efficacité du préchauffage des quenouilles de répartiteur, on utilise une manchette de matériau réfractaire isolant qui s'adapte sur la quenouille et retient la chaleur du brûleur. Il est courant d'utiliser en tant que matériau réfractaire isolant des feuilles ou des nappes de papier imprégnées de fibres céramiques. Ce matériau garantit une bonne qualité de l'isolation thermique mais présente plusieurs inconvénients. La pose du papier de céramique nécessite des opérations de découpe, de pose et de collage qui sont longues et onéreuses. De plus, la manipulation des feuilles ou des nappes de papier céramique laisse échapper des fibres de céramiques carcinogènes qui peuvent être inhalées par les opérateurs. On connaît également (EP 0 296 981) un revêtement réfractaire isolant pour pièces de coulée de l'acier. Ce revêtement est obtenu à partir d'une composition constituée d'une suspension aqueuse contenant de 30 % à 85 % en poids d'un constituant finement divisé tel que la silice fondue, la poudre d'alumine ou de zircone et les bulles d'alumine, une charge céramique de fibres d'alumine-silice, de zircone, de bioxyde de titane ou de chrome-alumine, ou encore des bulles d'alumine ou de zircone. Cette composition comprend également jusqu'à 7 % en poids d'un liant tel que le sodium hexamétaphosphate ou le silicate de sodium, et jusqu'à 40 % en poids d'une fritte génératrice de verre. Un tel revêtement évite certains des inconvénients des nappes de papier céramique imprégnées de fibre céramique. En particulier il est plus rapide à poser parce qu'il ne nécessite pas un grand nombre de manipulations. En outre, il peut permettre d'éviter la présence de fibres céramiques dangereuses pour la santé des opérateurs. Toutefois il présente certains inconvénients. Ses caractéristiques d'isolation thermique ne sont pas très bonnes en raison de sa faible porosité (environ 20 %). Cette porosité est essentiellement ouverte, ce qui assure de moins bonnes caractéristiques d'isolation thermique qu'une porosité fermée. De plus, il est difficile de déposer une épaisseur importante de revêtement sur une pièce de coulée. Pour augmenter l'épaisseur du revêtement il est nécessaire de préchauffer les pièces avant de les revêtir, ce qui nécessite une étape supplémentaire et implique un coût supplémentaire. De plus, après avoir déposé une première couche, il n'est pas possible de déposer une seconde couche car la surface extérieure du revêtement est lisse et imperméable, ce qui ne permet pas un bon accrochage de la seconde couche. La présente invention a pour objet un matériau réfractaire isolant qui remédie à ces inconvénients. Ce matériau réfractaire isolant est constitué de 20 % à 80 % en poids d'une matrice céramique, de % à 40 % en poids de microsphères isolantes, de 0.5 % à 15 % en poids d'un ou plusieurs liants et de 0 % à 5 % en poids d'eau. La matrice peut être une matrice de grains vitreux, notamment de silice. La silice est de préférence de la silice atomisée. Le matériau peut comporter en outre de 0.5 % à 4 % en poids d'un défloculant et de 0.5 % à 20 % en poids de silice colloidale. Les microsphères isolantes sont des sphères creuses en un matériau à base de silice et d'alumine. Ce matériau contient de 55 % à 65 % en poids de silice et de 27 % à 33 % en poids d'alumine. Les liants utilisés sont de préférence une argile de type kaolinite et la dextrine. L'invention concerne encore une pièce, notamment pour la coulée de l'acier, comportant un corps de matériau réfractaire revêtu du matériau isolant de l'invention, ou réalisé entièrement dans le matériau de l'invention. La pièce peut également être une pièce composite, réalisée partiellement dans le matériau de l'invention. Cette pièce peut être réalisée, par exemple coulée, en une seule opération, ou formée de plusieurs pièces assemblées. L'invention concerne également un procédé de préparation d'une composition pour réaliser un revêtement isolant ou une pièce isolante. Selon ce procédé: - on dissout un ou plusieurs liants dans une quantité d'eau; - on ajoute un défloculant; - on ajoute des grains de silice vitreuse atomisée tout en malaxant la solution, de manière à les hydrater et à former une barbotine; - on ajoute des microsphères d'un matériau isolant tout en continuant de malaxer la barbotine de manière à la maintenir homogène. Dans un variante préférée du procédé, on ajoute de la silice colloiïdale après le défloculant. ! La composition qui permet de réaliser le matériau peut être une barbotine contenant de 20 % à 70 % en poids de grains de silice vitreuse atomisée, de 5 % à 40 % en poids de microsphères isolantes, de 0.5 % à 20 % en poids d'un ou plusieurs liants et de 5 % à 25 % en poids d'eau. Elle peut comporter en outre de 0.5 % à 4 % en poids d'un défloculant et de 0.5 % à 10 % en poids de silice colloïdale. L'invention concerne également une pièce réfractaire comportant un revêtement isolant. L'invention concerne enfin également un procédé de revêtement d'une pièce en matériau réfractaire utilisée dans la coulée de l'acier au moyen de la composition de l'invention. Selon ce procédé: - on trempe la pièce à température ambiante dans une composition tel que décrite précédemment pendant une durée inférieure à une minute; - on la laisse sécher à l'air libre durant 2 à 4 heures. A l'aide de ce procédé il est possible de réaliser plusieurs couches. - on dépose une première couche de barbotine sur la pièce par un premier trempage; - on laisse la pièce sécher à l'air libre durant 45 mn à 2 heures; - on dépose une seconde couche de barbotine sur la pièce par un second trempage; - on laisse la pièce sécher à l'air libre durant 2 à 4 heures. Le matériau de l'invention présente de nombreux avantages. Il est plus aisé à appliquer que les papiers ou les nappes de fibres céramiques. De plus il ne génère pas de fibres dangereuses pour la santé. Par rapport aux revêtements antérieurement connus, il assure une meilleure isolation thermique parce que sa porosité est plus importante et parce que la part de la porosité fermée, donnée par les microsphères isolantes, est plus importante. De plus la qualité de l'isolation thermique est améliorée parce qu'il est possible de déposer une épaisseur plus importante de revêtement sur la pièce. Cette épaisseur peut aller jusqu'à 4 mm en une seule couche et jusqu'à 7 mm en deux couches. Enfin, on peut réaliser aisément des pièces isolantes de forme totalement ou partiellement dans ce matériau. D'autres caractéristiques et avantages de l'invention apparaîtront encore à la lecture de la description détaillée qui suit, et d'exemples de réalisation. Exemple 1 On revêt une pièce de coulée de l'acier, comme une busette, comprenant un corps allongé en alumine-graphitée d'un revêtement de matériau réfractaire isolant. A cette fin on prépare une barbotine dans laquelle la pièce sera immergée. Pour préparer la barbotine on dissout un liant, par exemple la dextrine, dans une quantité appropriée d'eau. La dextrine est un polysaccharide qui donne de la résistance mécanique en cru. C'est également un agent de viscosité. Elle est éliminée lors du préchauffage sur site de la pièce. On rajoute un second liant, par exemple une argile de type kaolinite. L'argile est un agent de suspension des microsphères isolantes et des grains de silice atomisée. Elle contribue également à la cohésion en cru. Il est nécessaire de malaxer en permanence la composition pendant l'ajout de la dextrine et de l'argile afin de garantir l'homogénéité, et particulièrement dans le cas de l'argile, de l'hydrater complètement et d'éviter son agglomération en grumeaux. Ce malaxage est obtenu de préférence au moyen d'un mélangeur de type planétaire, par exemple de marque COUVROT-LAINE. On ajoute ensuite un défloculant, par exemple du type connu sous la référence commerciale DOLAPIX CE 64 vendu par la société allemande ZSCHIMMER & SCHWARZ. Le DOLAPIX est un dispersant/défloculant pour matières premières et masses céramiques à base d'acide carbonique sans alcali particulièrement destiné à la défloculation des oxydes céramiques, des stéatites, etc.... On ajoute la silice colloïdale sous forme d'une solution liquide à 30 % de silice colloïdale et on dissout les grains de silice atomisée. Ces grains sont obtenus par pulvérisation dans un courant d'air d'une barbotine de silice. Les gouttelettes de liquide en suspension dans l'air présentent une taille de 50 gm à 1.5 mm de diamètre. Par élimination de l'eau dans un courant d'air chaud on obtient des microsphères plus ou moins complètes de silice. Enfin, on ajoute des microsphères isolantes, par exemple de silicate d'alumine et de taille comprise entre 5 et 500 gm. Ces microsphères sont très légères. La densité propre du matériau les constituant est comprise entre 2.7 et 2.8 g/cm3 mais, étant donné que ces microsphères sont creuses, la densité apparente des microsphères n'est que de 0.6 à 0.8 g/cm3. Ces microsphères assurent donc une très bonne isolation thermique. Naturellement, comme on l'a exposé précédemment, il est nécessaire de malaxer en permanence la composition durant l'ajout successif de chacun des composants. La composition de l'invention peut être déposée sur les pièces par tout procédé approprié, par exemple par projection. Toutefois l'application du revêtement se fera de préférence par trempage. On immerge la pièce dans la composition avec une vitesse qui peut être relativement importante (plusieurs mètres par minute). On maintient la pièce immergée pendant une durée inférieure à 1 mn, par exemple 30 secondes. On retire la pièce du bain. La vitesse de retrait doit être relativement lente, par exemple inférieure à 3 mètres par minute. On laisse ensuite la pièce égoutter au-dessus du bain pendant une durée inférieure à 1 minute, par exemple une trentaine de secondes, puis on la laisse sécher à l'air. Si l'on O ' 0 OgZM EVO ' 0Ox ZO O O*zeN EO 0 OOeD Z9 0 Eozad 11 0 ZOT.L ZE' 9 EOIV t6 16 ZOTS (SaIod NE) % SJrVsodNOD : aueATns el qsa uoTqTsodwoD alieD ap aTled V nuaqqo luaweaAe.a np anbTwTqD uoTiTsodwoD eq Z'65: agsTmoe esne.3iA aoTITs ap su!e=D % 9*': (AvWD aM (OWAH) e.T6XV % Ol: 00S DS elTTIIT.a % Z: t9.gD xTdeloa % eI: leplolloD aDTITS % g' E: eu.zxaa %0 z: n-es uoTITsodmoD ap eIdauexs * eanati aun,p agxnp aun juepuad DoOZI ap aeueisuoD aeniaeada- eun e aAn-9 ue saDe.d sael uawalTe. ua aaqDS avrnsua qnad uo aqDnoD alnas aun ue luawameAa un inod awwoD q t e z lueanp eaqDas aqDnoo eaQIuxap Pl uT;ua PZaSSTIl UO '81UPATnS %IDnOD Pl ep UOTI.DTIddp,I IUPAP q z e uw St, @p 'lIdwexa xed 'gaaq snId aTe,l. e aBeqDGs ap sdwa, un 'seiDnoD Z ap snid no z asZIeT a uo,l TS 'seanaq g z @p paas a.q.I TVe,l e abeqDGs ap sdWa9 e 'laqDnoD elnas aun,nb asTIePa au 9 IfL6LLZ La densité du revêtement obtenu est inférieure à 1. 1, son poids spécifique est de 1.5 à 2 g/cm3 et sa porosité de 40 à 55 %. Exemple II On a réalisé une manchette de préchauffage pour une quenouille de répartiteur. La manchette comporte une partie cylindrique qui s'adapte sur le diamètre extérieur de la quenouille, et une partie inférieure évasée qui recouvre entièrement le trou de coulée du répartiteur. Cette manchette a été réalisée dans le matériau réfractaire isolant de l'invention par coulée d'une barbotine dans un moule en plâtre. Exemple III On a réalisé une plaque de couverture de chenal de coulée pour l'industrie verrière. La plaque est un parallélépipède ayant une épaisseur de 50 mm. Cette plaque est réalisée dans le matériau réfractaire isolant de l'invention par coulée dans un moule en plâtre. REVENDICATIONS 1. Matériau réfractaire isolant caractérisé en ce qu'il est constitué de 20 % à 80 % en poids d'une matrice céramique, de 5 % à 40 % en poids de microsphères isolantes, de 0.5 % à 15 % en poids d'un ou plusieurs liants et de 0 % à 5 % en poids d'eau. 2. Matériau selon la revendication 1, caractérisé en ce que la matrice céramique est constituée de grains vitreux. 3. Matériau selon la revendication 2, caractérisé en ce que les grains vitreux sont des grains de silice, notamment de silice atomisée. 4. Matériau selon l'une quelconque des revendications 1 à 3, caractérisé en ce qu'il comporte en outre de 0.5 % à 4 % en poids d'un défloculant. 5. Matériau selon l'une quelconque des revendications 1 à 4, caractérisé en ce qu'il comporte en outre de 0.5 % à 20 % en poids de silice colloïdale. 6. Matériau selon l'une quelconque des revendications 1 à 5, 251 caractérisé en ce que les microsphères isolantes sont des sphères creuses en un matériau à base de silice et d'alumine. 7. Matériau selon la revendication 6, caractérisé en ce que le matériau à base de silice et d'alumine contient de 55 % à 65 % en poids de silice et de 27 % à 33 % en poids d'alumine. 8. Matériau selon l'une quelconque des revendications 1 à 7, caractérisé en ce que l'un des liants est une argile de type kaolinite. 9. Matériau selon l'une quelconque des revendications 1 à 8, caractérisé en ce qu'un autre liant est la dextrine. 10. Pièce, notamment pour la coulée de l'acier, comportant un corps de matériau réfractaire, caractérisée en ce que ce corps comporte un revêtement d'un matériau selon l'une quelconque des revendications 1 à 9. 11. Pièce, notamment pour la coulée de l'acier, caractérisée en ce qu'elle est réalisée entièrement ou partiellement dans le matériau réfractaire des revendications 1 à 9. 12. Procédé de préparation d'une composition pour le revêtement d'une pièce en matériau réfractaire utilisée dans la coulée de l'acier, caractérisé en ce que: - on dissout un ou plusieurs liants dans une quantité d'eau; - on ajoute un défloculant; - on ajoute des grains de silice vitreuse atomisée tout en malaxant la solution, de manière à les hydrater et à former une barbotine; - on ajoute des microsphères d'un matériau isolant tout en continuant à malaxer la barbotine de manière à la rendre homogène. 13. Procédé selon la revendication 12, caractérisé en ce qu'on ajoute de la silice colloidale après l'ajout du défloculant. 14. Procédé de revêtement d'une pièce en matériau réfractaire utilisée dans la coulée de l'acier, caractérisé en ce que: - on trempe la pièce à température ambiante dans une composition conforme à l'une quelconque des revendications 1 à 7 pendant une durée inférieure à une minute; - on la laisse sécher à l'air libre durant 2 à 4 heures. 15. Procédé de revêtement selon la revendication 14, caractérisé en ce que: - on dépose une première couche de barbotine sur la pièce par un premier trempage; ll - on laisse la pièce sécher à l'air libre durant 45 minutes à 2 heures; - on dépose une seconde couche de barbotine sur la pièce par un second trempage; - on laisse la pièce sécher à l'air libre durant 2 à 4 heures.