PROCEDE ET DISPOSITIF DE FABRICATION DE
MATERIAUX REFRACTAIRES PAR REACTION HAUTEMEI
EXOTHERMIQUE DE CARBURES.
,'.La présente invention concerne un procédé de fabrication de matériaux refractaires et d'oxydes semi conducteurs par
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L'invention a pour objet la fabrication de pièces
en matériaux refractaires . Elle a également pour effet la réparation de parois altérées ou corrodées de four en activité.
L'invention concerne également la fabrication de réfractaires spéciaux ayant des propriétés de conducteurs anioniques ou de conducteurs cationiques.
Le procédé consiste à envoyer un mélanqe de poudre d'oxyde et de carbure, ou de nitrure, ou de composé métallique comparable et d'un oxydant tel que air, oxyaène ou peroxyde,
sur une surface se trouvant à une température suff isante, mais par exemple supérieure à 800[deg.]C,ou à toute température.supérieure.
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de l'air ambiant lorsque c'est le cas,ou de gaz de transport ou d'un peroxyde, en formant un oxyde tout en déaaqeant une qu quantité de chaleur extrêmement élevée.
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la température du mélanae, l'accroissement de température résultant de la chaleur spécifique des constituants et des conditions ambiantes d'échange thermique.
La proportion de carbure ou de matériau comparable introduite dans le mélanae est déterminée en tenant compte du diagramme de phase du système, de manière à ce que le dit mélange, en tout ou partiellement, dépasse la température de fusion.
Le matériau projeté et. déposé , fond. et se- solidifie à la température du substrat. La masse réfractaire compacte est formée avantageusement par couches successives.
Les matières mélangées sont transportées vers la paroi à recouvrir, soit dans un moule, soit dans un four ,dans un qaz porteur tel que l'air.
Selon une variante du procédé de l'invention, de l'eau est introduite dans le mélange contenant certains carbures te tels que CaC.2 contribuant à former de l'acétylène qui réagit exothermiquement avec l'air.
Le procédé de l'invention offre un avantaae considérable
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en sécurité, puisque dans beaucoup de ces cas, l'air peut être utilisé en place de l'oxyaène, en raison de la grande exothermicité des réactions.
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d'être plus économique et d'application plus facile par un compresseur que l'oxyqène seul.
Des matériaux réfractaires très variés peuvent être fabriqués ou reconstitués par le procédé de l'invention parmi lesquels les oxydes de silicium, d'aluminium, de maanesium
de calcium, de zircone, de chrome et des oxydes complexes tels que des spinelles, les AZS (alumine-zircone- silice) le zircon la forsterite.
On peut également élaborer, des conducteurs ioniques tels
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Des matières utilisées dans le procédé de l'invention
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de proportions d'oxydes et de conditions de transport
La composition aranulométrique est Généralement comprise
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entre 50 et 200 microns
La dimension des crains de carbure ou de matériaux comparables est de préférence comprise entre � et 30 microns.
Lorsque l'élaboration de masse réfractaire se fait dans un moule préchauffé, le mélange est de préférence aggloméré en granules de 0,5 à 3 mm qui sont répartis par projection mécanique ou par chute par aravité.
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La préparation et la distribution des matières peut
se faire par les opérations suivantes:
- pesée des matières
- mélange des matières
- alimentation des matières par des engins de dosage par vis, qodet , disque tournant avec pa le de raclaqe, lit fluidisé
Simultanément, l'oxyqène est distribué par un réservoir sous pression avec détendeur de réalaoe ou avantaaeusement l'air est alimenté par un compresseur.
On peut ajouter de l'eau par un pulvérisateur ou un bouilleur, les matières solides sont introduites dans la canalisation de gaz. Les débits peuvent varier considérablement de quelques centaines de litres à plusieurs dizaines de m<3>
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La pression peut varier en fonction des caractéristiques des matières et de la longueur des canalisations jusque la lance de projection refroidie à l'eau.
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détermination des matières,le calcul de leur proportions sont déterminées par la composition du matériau réfractaire à fabriquer ou à déposer sur une paroi.
La nature de cette paroi, la température du four, les conditions d'échange thermique et la température de fusion
du matériau réfractaire déductible de l'interprétation de diagrammes de phase sont les facteurs essentiels de la détermination des poids d'oxydes, de carbures et autres matières.
La température atteinte par les matières projetées
dépend de la température ambiante du four et de celle de la paroi, de la distance entre l'extrémité de l'appareil de projection et de la surface, de la vitesse de propagation et
de la quantité de chaleur déoaaée par la réaction.
Le dépôt est fait avantageusement couche par couche en déplaçant la lance de projection ou l'appareil de distribution d'un mouvement de va et vient. On peut ainsi constituer un matériau compact et résistant par fusion et cristallisation successive.
L'augmentation de température peut selon les cas, var
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atteindre dans les phases de dépôt des valeurs dépassant
2500[deg.].
En variante, des dépôts de matériau tels que des carbures et des nitrures peuvent être réalisés en réduisant et en supprimant les proportions d'oxyde et en remplaçant le qaz tel que l'air par des composés volatils tels que des
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Le choix des types de matériaux, de leur proportions, et des moyens d'application de l'invention sont la conséquence d'un proqramme ou d'un diaanostic.
La description de réalisation déterminée de l'invention et des calculs de caractéristique sont donnés dans les exemples suivants qui contribuent à en présenter des particularités diverses.
Exemple 1
Une paroi de silice détruite partiellement par corrosion est réparée par la projection au travers d'une lance refroidie à l'eau du mélanae suivant:
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<EMI ID=15.1>
Exemple 2.
Une paroi altérée, comparable à la précédente est réparée par la projection du mélange suivant f par heure )
<EMI ID=16.1>
un accroissement de température de l'ordre de 2500 permet de fondre la silice projetée sur une paroi à température
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adhérent.
Exemple 3.
Une paroi en alumine est réparée après altération en projetant le mélancre suivant qui forme un dépôt compact adhérent et réfractaire: � par heure)
<EMI ID=18.1>
,
<EMI ID=19.1>
Exemple 4'.
.
En variante, le carbure de calcium est remplacé par A14C3 lorsque le produit final doit être composé uniquement de corindon.
Exemple 5.
La"synthèse de réfractaire AZS en réparation de paroi abimée par corrosion est effectuée en projetant un mélanne constitué de: ( par heure )
<EMI ID=20.1> <EMI ID=21.1>
<EMI ID=22.1>
L'accroissement élevé de température qui se produit sur une
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cristallisation par couche.
Exemple 6.
Des pièces de zircone semiconducteur anionique sont réalisées dans des moules qui se succèdent dans un four
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tenant compte de déperdition thermique).
Le mélange suivant est envoyé: ( par heure)
<EMI ID=25.1>
Une zircone stabilisée est formée, dont le point de fusion
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Exemple 7.
L'élaboration de masse réfractaire compacte et cristallisée par fusion en couches successives de chromite, est faite par la projection soit dans un moule, soit dans une cavité,du mélange : par heure
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Le matériau obtenu a un point de fusion de l'ordre de 19000 C. et une qrande résistance à la corrosion.
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REVENDICATIONS.
Procédé d"élaboration de matériau réfractaire, caractérisé en ce qu'on projette contre une surface chaude un mélange pulvérulent d'un ou plus ieurs oxydes et d'au moins un composé métallique et d'un ou plusieurs constituants oxydants, les dits composés métalliques provoquant un déqa� aement de chaleur très important tel qu'une masse réfractaire compacte se forme contre la dite surface par fusion et cristallisation
METHOD AND DEVICE FOR MANUFACTURING
REFRACTORY MATERIALS BY HAUTEMEI REACTION
EXOTHERMIC OF CARBIDES.
The present invention relates to a process for the production of refractory materials and semiconductor oxides by
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The subject of the invention is the manufacture of parts
made of refractory materials. It also has the effect of repairing damaged or corroded walls of an active furnace.
The invention also relates to the manufacture of special refractories having properties of anionic conductors or cationic conductors.
The process consists in sending a mixture of powder of oxide and carbide, or nitride, or of comparable metallic compound and of an oxidant such as air, oxyaene or peroxide,
on a surface at a sufficient temperature, but for example greater than 800 [deg.] C, or at any higher temperature.
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ambient air when this is the case, or transport gas or a peroxide, forming an oxide while deviating an extremely high amount of heat.
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the temperature of the melanae, the increase in temperature resulting from the specific heat of the constituents and the ambient conditions of heat exchange.
The proportion of carbide or comparable material introduced into the melanae is determined by taking into account the phase diagram of the system, so that the said mixture, in whole or in part, exceeds the melting temperature.
The projected material and. filed, merits. and solidifies at the temperature of the substrate. The compact refractory mass is advantageously formed by successive layers.
The mixed materials are transported to the wall to be covered, either in a mold or in an oven, in a carrier qaz such as air.
According to a variant of the process of the invention, water is introduced into the mixture containing certain carbides such as CaC.2 helping to form acetylene which reacts exothermically with air.
The process of the invention offers a considerable advantage.
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in safety, since in many of these cases, air can be used in place of oxyaene, due to the great exothermicity of the reactions.
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to be more economical and easier to apply by a compressor than oxygen alone.
A wide variety of refractory materials can be manufactured or reconstituted by the process of the invention, including oxides of silicon, aluminum, maanesium
of calcium, zirconia, chromium and complex oxides such as spinels, AZS (alumina-zirconia-silica) zircon forsterite.
One can also elaborate, ionic conductors such
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Materials used in the process of the invention
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oxides proportions and transport conditions
The aranulometric composition is generally understood
<EMI ID = 8.1>
between 50 and 200 microns
The size of the carbide or comparable materials, is preferably between # and 30 microns.
When the refractory mass is produced in a preheated mold, the mixture is preferably agglomerated into granules of 0.5 to 3 mm which are distributed by mechanical spraying or by falling by aravity.
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The preparation and distribution of materials can
be done by the following operations:
- weighing of materials
- mix of materials
- material feed by metering equipment by screw, qodet, rotating disc with raclaqe pa, fluidized bed
Simultaneously, the oxyqene is distributed by a pressure tank with pressure reducer or advantageously the air is supplied by a compressor.
Water can be added by a sprayer or a boiler, solids are introduced into the gas pipeline. Flow rates can vary considerably from a few hundred liters to several tens of m <3>
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The pressure can vary depending on the characteristics of the materials and the length of the pipes up to the water-cooled spray lance.
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determination of the materials, the calculation of their proportions are determined by the composition of the refractory material to be produced or deposited on a wall.
The nature of this wall, the oven temperature, the heat exchange conditions and the melting temperature
refractory material deductible from the interpretation of phase diagrams are the essential factors in determining the weights of oxides, carbides and other materials.
The temperature reached by the projected materials
depends on the ambient temperature of the oven and that of the wall, the distance between the end of the projection device and the surface, the speed of propagation and
the amount of heat released by the reaction.
The deposit is advantageously made layer by layer by moving the spray lance or the dispensing device with a back and forth movement. It is thus possible to constitute a compact and resistant material by successive melting and crystallization.
The temperature increase may, depending on the case, var
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reach in the deposit phases values exceeding
2500 [deg.].
As a variant, deposits of material such as carbides and nitrides can be produced by reducing and eliminating the proportions of oxide and by replacing the qaz such as air with volatile compounds such as
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The choice of the types of materials, of their proportions, and of the means of application of the invention are the consequence of a program or a diagnostic.
The specific embodiment description of the invention and characteristic calculations are given in the following examples which contribute to presenting various particularities.
Example 1
A silica wall partially destroyed by corrosion is repaired by spraying the following melanae with a water-cooled lance:
<EMI ID = 14.1>
<EMI ID = 15.1>
Example 2.
An altered wall, comparable to the previous one is repaired by the projection of the following mixture f per hour)
<EMI ID = 16.1>
an increase in temperature of the order of 2500 makes it possible to melt the silica projected onto a wall at temperature
<EMI ID = 17.1>
adherent.
Example 3.
An alumina wall is repaired after alteration by projecting the following melancholy which forms a compact adherent and refractory deposit: � per hour)
<EMI ID = 18.1>
,
<EMI ID = 19.1>
Example 4 '.
.
As a variant, the calcium carbide is replaced by A14C3 when the final product must be composed entirely of corundum.
Example 5.
The "synthesis of AZS refractory in repairing a wall damaged by corrosion is carried out by projecting a melane consisting of: (per hour)
<EMI ID = 20.1> <EMI ID = 21.1>
<EMI ID = 22.1>
The high temperature increase that occurs over a
<EMI ID = 23.1>
layer crystallization.
Example 6.
Parts of anionic semiconductor zirconia are produced in successive molds in an oven
<EMI ID = 24.1>
taking into account heat loss).
The following mixture is sent: (per hour)
<EMI ID = 25.1>
A stabilized zirconia is formed, the melting point of which
<EMI ID = 26.1>
Example 7.
The development of a refractory mass that is compact and crystallized by fusion in successive layers of chromite, is made by spraying either in a mold or in a cavity, the mixture: per hour
<EMI ID = 27.1>
The material obtained has a melting point of the order of 19000 C. and a high resistance to corrosion.
<EMI ID = 28.1>
CLAIMS.
Process for the production of refractory material, characterized in that a pulverulent mixture of one or more oxides and at least one metal compound and one or more oxidizing constituents, the so-called metallic compounds, is projected against a hot surface causing a very significant heat loss such that a compact refractory mass forms against said surface by melting and crystallization