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"Procédé de fabrication de matériaux cellulaires réfractaires" La présente invention a pour objet un procédé de fa- brication perfectionné de matériaux réfractaires cellulai- res en partant d'argiles réfractaires ou non réfraotaires et sans utiliser de matières organiques brûlant à la cuis- son pour donner naissance à la structure cellulaire, ce procédé utilisant à cet effet une poudre métallique effer-' vescente (gazogène) telle que la poudre d'aluminium ou de zinc .
Ce procédé simple, de mise en oeuvre peu coûteuse et de grand rendement permet de fabriquer facilement des ma-
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tériaux cellulaires durs, réfractaires et calorifuges pos- sédant malgré leur légèreté les mêmes qualités de résis- tance mécanique que les produits céramiques ordinaires ,
Ce procédé perfectionné consiste essentiellement à mélanger des argiles réfractaires ou non réfractaires et (ou) des ahamdtes ou du sable, de la silice ou des matières premières analogues, cuites ou non, avec du ciment Portland (ou son équivalent) et une poudre métallique effervescente propre à créer les cellules au sein de la masse, ensuite à ajouter de l'eau et à mélanger, malaxer ou brasser intime- ment les divers ingrédients pour en faire une barbotine,
à oouler cette barbotine dans des moules de formes et dimen- sions suffisantes, puis une fois que la masse ainsi coulée s'est prise à froid, par suite de l'hydratation et de la cristallisation du ciment, à la démouler et à la laisser sécher, enfin à faire cuire lesblocs ainsi conformés et séchés à une température suffisante (1300 par exemple) pour déshydrater le ciment et fondre ou vitrifier totale ment ou partiellement les ingrédients de l'agrégat, cette cuisson ayant pour effet de faire disparaître le ciment en obligeant ses silicates et aluminates à se combiner à la silice et aux silicates ou aluminates de l'agrégat pour donner naissance à d'autres silicates multiples réfractai- res qui confèrent au matériau cellulaire sa dureté et sa résistance mécanique .
Selon l'invention, l'argile, avant d'être mélangée au ciment Portland et à la poudre métallique effervescente, est préférablement chauffée à une température (200 à 1100 par exemple) inférieure à la température de cuisson finale mais suffisante pour la déshydrater sans la cuire et pour
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éviter.son retrait puis criblée à la dimension appropriée pour perdre sa plasticité et constituer un premier agrégat.
En outre, selon l'invention, le pourcentage de ciment
Portland (ou son équivalent) ajouté à l'argile, préféra- blement déshydratée et criblée comme indiqué plus haut, varie selon la résistance mécanique, le degré de féfrao- tairité et la densité que doit posséder le matériau une fois fini étant entendu qu'il faut ajouter plus de ciment que d'argile ou de chamotte si ce matériau doit être fai- blement réfractaire et très léger et davantage d'argile ou de chamotte s'il doit être plus réfractaire .
Au surplus, selon l'invention, il y a avantage à ajou- ter un certain pourcentage (10 % par exemple d'argile non cuite au mélange pour qu'après son façonnage, celui-ci prenne un léger retrait facilitant le démoulage',
Enfin, selon l'invention, les moules utilisés qui peuvent être par exemple en bois, métal, plâtre, été.. ont tout avantage à être rendus préalablement imperméables à lteau par graissage ou autrement, ces moules ne devant être remplis qu'à moitié ou aux deux tiers suivant la composi- tien de la barbotine puisque la réaction de l'sau sur les ingrédients provoque un dégagement de gaz faisant gonfler la masse, les bavures résultant de ce gonflement pouvant ainsi être facilement coupées au ras des moules,
s'il est besoin @
La réalisation industrielle de ce procédé perfectionné peut comprendre, par exemple, la succession des phases opératoires suivantes
1 - chauffer une argile réfraotaire de bonne quali- té à une température de 2000 à 1100 C. de façon à la
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déshydrater sans la /cuire puis, après broyage, la cribler à la dimension appropriée suivant la section des pièces réfractaires à obtenir de façon à lui enlever sa plasti- cité et à en faire un premier agrégat .
2 - Ajouter à la chamotte ainsi obtenue un pour- centage de ciment Portland (ou son équivalent) variant se- lon la résistance mécanique, le degré'de réfractairité et la densité désirée, par exemple ajouter plus de ciment que de chamotte pour obtenir un matériau de faible réfractai- rité mais très léger et davantage de chamotte pour obtenir un matériau plus réfractaire .
3 - Ajouter un certain pourcentage (10 % le plus souvent) d'argile non cuite pour qu'après façonnage le mé- lange prenne un léger retrait facilitant le démoulage .
4 - Incorporer au mélange une certaine quantité d'une poudre effervescente (par exemple de la poudre d'a- luminium ou de zinc) et faire une barbotine, par addition d'eau, en provoquant un mélange intime des divers ingré- dients, par un brassage ou malaxage vigoureux pendant 3 minutes au moins ,
50- Couler cette barbotine dans des moules en bois, méta., plâtre ou toute autre matière convenable rendue im- perméable à l'eau par graissage ou autrement, ces moules ne devant être remplis qu'à moitié ou aux deux tiers sui- vant la composition de la barbotine puisque la réaction de l'eau sur les ingrédients en provoquant un dégagement de gaz au sein de la masse la fait gonfler, les bavures résul- tant de ce gonflement étant facilement coupées au ras des moules .
6 - Quand la masse a pris un retrait suffisant,
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@ démouler et laisser sécher les blocs ainsi senfermés et cuire (par exemple dans un four céramique) à une tempéra- ture supérieure à celle de la phase Ne 1, par exem à 1300 C. si ladite température a été 500 C.
L'exemple suivant porte sur un matériau de cestruc- tion cellulaire obtenu par ce procédé et possédant une densité de 0,9 et, après cuisson à 1250 C., une résistan- ce thermique et une réfractairité très satisfaisantes
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Ciment Portland ..................... 40 Chamotte d'argile réfractaire cuite en à go0 broyée et tamisée .,o.aù... 50 poids ) poias Argile ........ 10 - Aluminium pulvérulent ............... ojiz-
On peut faciliter la réaction donnant naissance aux cellules en employant une eau de gâchage saponifiée ou non à 40 C. environ .
Il y a lieu de noter que, dans la succession des sus- dites phases opératoire s, c'est le ciment Portland (en son équivalent) qui permet la formation des cellules tout en donnant au 'bloc une résistance mécanique suffisante pour permettre son démoulage et sa manipulation avant la cuis- son finale . L'argile réfractaire cuite ou chamotte prend la place d'un agrégat quelconque lors du gâchage et de la prise du béton spécial obtenu pour jouer ensuite, en fin de cuisson, son rôle propre d'argile c'est-à-dire d'agglomérant et cela justement à partir du moment où le ciment , perdant son eau de cristallisation, peut tomber en poussière .
Il y a lieu de noter également que l'utilisation de ciment Portland (ou ,on équivalent) dans le présent procédé
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n'est en quelque sorte qu'un artifice de fabrication puis- que les caractéristiques structurales et hydrauliques de ce ciment disparaissent lors de la;cuisson finale par com- binaison de ses silicates et aluminates avec la silice et les silicates ou aluminates de l'agrégat, ce qui donne naissance à d'autres silicates réfractaires multiples qui confèrent au matériau cellulaire sa dureté et sa solidité.
On voit donc que l'intervention de la chaleur est capitale, ce qui distingue très nettement ce procédé de deux qui opèrent à froid même quand ils font intervenir du ciment .
En réalité, le ciment Portland ou matière équivalente qui, dans la première phase du procédé, sert d'agglomérant es t rendu poreux par l'adjonction de la poudre effervescente (gazogène) de sorte que l'ensemble de la masse devient cel- lulaire et le reste après moulage et dessication, le ciment demeurant sans modification hydraulique tout d'abord à l'é- tat d'ingrédient de la barbojine puis de la masse prise et séchée .
Lorsqu'ensuite on soumet la masse ainsi produite et manutentionnée à la cuisson finale (par exemple à 1300 U.) jusqu'au point de fusion ou de vitrification ou tout au moins de commencement de vitrification des silicates, les hydrates du ciment disparaissent complètement et il ne reste plus après refroidissement qu'une masse dure et ré- fractaire en tous points semblable à une brique réfractai- re sauf que les cellules qui ont été créées à froid au sein de l'agrégat très fluide subsistent comme si la cuisson fi- nale les avait en quelque sorte figées ou fossilisées en donnant ainsi naissance à une structure qui est non seule- ment réfractaire mais calorifuge et poreuse (cellulaire) .
En d'autres termes on peut dire que, dans ce procédé,
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on se sert de l'hydratation et de la cristallisation du ciment (partie essentielle de l'agrégat) pour solidifier autrement dit conglomérer la masse à froid tandis quela poudre effervescente coopère avec lui pour créer la. cel- lllarité requise, la cuisson finale (phase indispensable) étant destinée à rendre le produit réfractaire par un processus au cours duquel par vitrification ou commence- ment de vitrification les silicates et aluminates du ci- ment se combinent à la silice, aux silicates ou aux alu- minates de l'agrégat pour engendrer d'autres silicates multiples réfrautaires,
de sorte qu'à la fin de cette cuis- son il ne reste à proprement parler plus de ciment dans la masse puisqu'il s'st véritablement combiné avec les argiles de la chamotte sans klinkérisation .
La résistance mécanique avant cuissonpeut être aug- mentée par addition d'un agglomérant, organique ou autre Enfin, en remplaçant la chamotte réfrattaire par une chamotte de terre à grès, on obtient de la même façon un grès cellulaire susceptible d'être émaillé au four sui- vant les procédés connus .
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"Process for the production of refractory cellular materials" The present invention relates to an improved process for the production of cellular refractory materials starting from refractory or non-refractory clays and without using organic materials which burn in the cooking process. giving rise to the cellular structure, this process using for this purpose an effervescent metal powder (gasifier) such as aluminum or zinc powder.
This simple, inexpensive and high yield process makes it easy to manufacture machines.
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hard, refractory and heat-insulating cellular materials possessing, despite their lightness, the same qualities of mechanical resistance as ordinary ceramic products,
This improved process consists essentially in mixing refractory or non-refractory clays and (or) ahamdtes or sand, silica or similar raw materials, fired or not, with Portland cement (or its equivalent) and an effervescent metal powder. suitable for creating cells within the mass, then for adding water and for mixing, kneading or intimately mixing the various ingredients to make a slip,
in pouring this slip into molds of sufficient shapes and dimensions, then once the mass thus cast has set cold, following the hydration and crystallization of the cement, to unmold it and leave it to dry, finally to bake the blocks thus shaped and dried at a sufficient temperature (1300 for example) to dehydrate the cement and to melt or vitrify completely or partially the ingredients of the aggregate, this baking having the effect of making the cement disappear by forcing its silicates and aluminates to combine with the silica and the silicates or aluminates of the aggregate to give rise to other multiple refractory silicates which give the cellular material its hardness and mechanical strength.
According to the invention, the clay, before being mixed with Portland cement and with the effervescent metallic powder, is preferably heated to a temperature (200 to 1100 for example) lower than the final firing temperature but sufficient to dehydrate it without cook it and for
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to avoid its shrinkage and then screened to the appropriate size to lose its plasticity and constitute a first aggregate.
In addition, according to the invention, the percentage of cement
Portland (or its equivalent) added to the clay, preferably dehydrated and screened as indicated above, varies according to the mechanical strength, the degree of freshness and the density which the material must have when finished, it being understood that ' more cement must be added than clay or chamotte if this material is to be weakly refractory and very light, and more clay or chamotte if it is to be more refractory.
In addition, according to the invention, it is advantageous to add a certain percentage (10% for example of unbaked clay to the mixture so that after its shaping, the latter takes a slight shrinkage facilitating demolding ',
Finally, according to the invention, the molds used which can be for example made of wood, metal, plaster, summer ... have all the advantage of being made previously impermeable to water by greasing or otherwise, these molds having to be only half filled or two-thirds depending on the composition of the slip since the reaction of the salt on the ingredients causes a release of gas causing the mass to swell, the burrs resulting from this swelling thus being easily cut flush with the molds,
if it is needed @
The industrial implementation of this improved process may include, for example, the succession of the following operating phases
1 - heat a good quality refraotary clay to a temperature of 2000 to 1100 C. so that the
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dehydrate it without cooking it and then, after crushing, screen it to the appropriate size according to the section of the refractory pieces to be obtained so as to remove its plasticity and to make a first aggregate of it.
2 - Add to the chamotte thus obtained a percentage of Portland cement (or its equivalent) varying according to the mechanical resistance, the degree of refractoriness and the desired density, for example adding more cement than chamotte to obtain a material of low refractoriness but very light and more chamotte to obtain a more refractory material.
3 - Add a certain percentage (10% most often) of unbaked clay so that, after shaping, the mixture shrinks slightly, facilitating demolding.
4 - Incorporate into the mixture a certain quantity of an effervescent powder (for example aluminum or zinc powder) and make a slip, by adding water, causing an intimate mixture of the various ingredients, by vigorous stirring or mixing for at least 3 minutes,
50- Pour this slip into molds made of wood, meta., Plaster or any other suitable material made impermeable to water by greasing or otherwise, these molds having to be filled only half or two-thirds following the composition of the slip since the reaction of water with the ingredients, causing gas to be released within the mass, causes it to swell, the burrs resulting from this swelling being easily cut flush with the molds.
6 - When the mass has taken a sufficient withdrawal,
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@ unmold and leave to dry the blocks thus enclosed and bake (for example in a ceramic oven) at a temperature higher than that of phase Ne 1, for example at 1300 C. if said temperature has been 500 C.
The following example relates to a cell-building material obtained by this process and having a density of 0.9 and, after firing at 1250 C., a very satisfactory heat resistance and refractoriness.
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Portland cement ..................... 40 Fireclay chamotte cooked in a go0 crushed and sieved., O.aù ... 50 weight) poias Clay. ....... 10 - Powdered aluminum ............... ojiz-
The reaction giving rise to the cells can be facilitated by using a mixing water that may or may not be saponified at approximately 40 ° C..
It should be noted that, in the succession of the aforesaid operating phases, it is Portland cement (in its equivalent) which allows the formation of the cells while giving the block sufficient mechanical resistance to allow its release from the mold. and its handling before final cooking. The fired or chamotte refractory clay takes the place of any aggregate during the mixing and setting of the special concrete obtained to then play, at the end of firing, its own role of clay, that is to say of agglomerating and this precisely from the moment when the cement, losing its water of crystallization, can turn to dust.
It should also be noted that the use of Portland cement (or, an equivalent) in the present process
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is in a way only an artifice of manufacture since the structural and hydraulic characteristics of this cement disappear during the final curing by the combination of its silicates and aluminates with the silica and the silicates or aluminates of the aggregate, which gives rise to other multiple refractory silicates which give the cellular material its hardness and strength.
We can therefore see that the intervention of heat is essential, which very clearly distinguishes this process from two which operate cold even when they involve cement.
In reality, the Portland cement or equivalent material which, in the first phase of the process, serves as an agglomerator, is made porous by the addition of the effervescent powder (gasifier) so that the whole of the mass becomes cellular. and the remainder after molding and desiccation, the cement remaining without hydraulic modification first as the barbojine ingredient and then as the set and dried mass.
When the mass thus produced and handled is then subjected to the final firing (for example at 1300 U.) to the point of melting or vitrification or at least the start of vitrification of the silicates, the hydrates of the cement disappear completely and After cooling, there remains only a hard and refractory mass similar to a refractory brick in all respects, except that the cells which were created in the cold within the very fluid aggregate remain as if the firing was completed. nale had somehow frozen or fossilized them, thus giving rise to a structure which is not only refractory but heat-insulating and porous (cellular).
In other words we can say that, in this process,
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we use the hydration and crystallization of the cement (essential part of the aggregate) to solidify in other words to conglomerate the cold mass while the effervescent powder cooperates with it to create the. cel- lllarity required, the final firing (essential phase) being intended to make the product refractory by a process during which by vitrification or the start of vitrification, the silicates and aluminates of the cement combine with silica, silicates or to the aluminates of the aggregate to generate other refractory multiple silicates,
so that at the end of this firing there is strictly speaking no cement left in the mass since it really combined with the clay of the chamotte without klinkerization.
The mechanical resistance before firing can be increased by adding a binder, organic or other. Finally, by replacing the refractory chamotte with a sandstone chamotte, one obtains in the same way a cellular stoneware capable of being enameled in the oven. according to known methods.
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