COMPOSITION DE BETON REFRACTAIRE ET APPLICATION
EN METALLURGIE.
Composition de béton réfractaire et application
en métallurgie.
La présente invention concerne une composition de béton réfractaire amélioré qui présente de meilleures propriétés physiques, en particulier pour ce qui concerne la résistance aux hautes températures et les paramètres de résistance mécanique. Ces compositions sont en particulier destinées à des usages métallurgiques et d'autres applications où sont requises de fortes résistances de cette composition à l'abrasion-compression et l'invention s'étend à l'application desdites compositions pour les usages métallurgiques, comportant une injection à froid.
Les compositions de béton réfractaires sont largement utilisées pour la réalisation de garniture de fours et poches de coulées à usage métallurgique, et en particulier pour la réalisation de pièces moulées obtenues par injection de béton dans des gabarits et destinées à la coulée continue de l'acier, tels que les distributeurs dits "tundish".
Initialement, la réalisation d'une composition de béton réfractaire nécessitait l'utilisation de quantités relativement importantes (de l'ordre de 20%) de liants sous forme d'un ciment réfractaire. La quantité importante de liants nécessaires était due au fait que les grains de liants formaient des grumeaux et n'étaient donc pas totalement disponibles avec l'intégralité de leur surface pour la fonction de liants.
Cependant, la teneur élevée en chaux du ciment réfractaire agit sur la température limite d'utilisation du béton réfractaire et on a donc cherché à abaisser la teneur
en ciment.
Une solution partielle à ces difficultés a été
obtenue par l'utilisation de bétons thixotropiques comportant des agents défloculants et, de préférence, des liants
très fins, de manière à ce que tous les grains du liant puissent exercer leur action. Du fait que les agents défloculants permettent de détruire les grumeaux, la teneur en ciment réfractaire. de la composition peut être quelque peu abaissée, ce qui augmente la température limite d'utilisation.
On connait par le document EP-A-0004509 des compositions réfractaires utiles pour la production de pâtes à faible teneur en eau destinées à être projetée dans une maçonnerie chaude, comprenant les constituants essentiels suivants
(1 ) 30 à 60% en poids d'une fraction grossière constituée de grains dont plus de 50% sont supérieurs à 0,5 mm;
(2) 10 à 30% en poids d'une fraction fine constituée de
particules dont au moins 50% sont inférieures à 75 microns;
(3) 10 à 30% en poids d'une fraction très fine constituée de particules dont au moins 50% sont inférieures à 5 microns;
(4) 10 à 30% en poids d'une fraction ultra-fine constituée de particules dont au moins 80% sont inférieures à 0,1 micron;
les fractions (1) à (4) étant formées de matières minérales.
Ces compositions ne permettent pas de concilier les exigences d'une bonne résistance aux hautes températures avec une prise rapide facilitant le démoulage ou décoffrage du gabarit dans lequel le produit est injecté à froid.
<EMI ID=1.1>
février 1982, page 304, résumé 56852d (Colombus, Ohio US) on connait un mélange contenant 60 à 80% d'agrégats primaires, 10 à 40% d'autres agrégats réfractaires, 1 à 5% de fibres d'acier inoxydables, 1 à 15% d'argile réfractaire, 1 à 8% de ciment d'aluminate de calcium, un agent d'ouvrabilité et de la poudre d'aluminium.
Cette composition qui est destinée au bouchage de trous de coulée et donc à un travail à chaud. La présence d'argile qui perturbe le comportement de la composition lorsqu'elle est soumise à de hautes températures la rend impropre à l'usage envisagé selon l'invention.
La présente invention vise à réaliser des compositions de béton réfractaire présentant un bon comportement à haute température qui sont également aptes à être injectées à froid dans des gabarits en vue de la réalisation d'éléments utilisés dans la coulée continue de l'acier et qui se caractérisent par des comportements de prise tels qu'un démoulage rapide soit possible.
Le but visé par l'invention est atteint par une
<EMI ID=2.1>
5 à 20%, et de préférence à raison d'environ 10% d'un liant constitué de silice d'une granulométrie inférieure
<EMI ID=3.1>
pour permettre mullitisation à haute température lors de la mise en oeuvre, le solde de la composition pour atteindre 100% étant constitué par une faible proportion de ciment réfractaire, par des agrégats réfractaires, par des agents défloculants classiques et d'autres additifs éventuels.
On entend par composé alumineux à haute teneur en alumine, une alumine ou un corindon contenant plus de
90% d'Al203.
Il est également apparu particulièrement avantageux que ladite silice contienne 0,2 à 5,0% et de préférence environ 2% de carbone. Avantageusement, ce carbone recouvre les grains. La silice prend en conséquence un aspect gris à noirâtre, en particulier lorsqu'elle est mouillée et il semble que la présence de carbone contribue à améliorer les propriétés du produit, notamment en vue de sa mise en oeuvre par injection.
Le ciment réfractaire présent dans ledit solde de la composition est choisi essentiellement en fonction du type d'agrégats et est présent en une quantité, exprimée par rapport à la composition totale, de l'ordre d'environ 0,5 à 15%, une teneur de l'ordre de 12% constituant un exemple typique pour un béton constitué de chamotte
<EMI ID=4.1>
Du fait que essentiellement le ciment réfractaire est responsable de la teneur en chaux de la composition finale, puisque le ciment est essentiellement un aluminate de chaux, on comprendra qu'on choisira la teneur en ciment réfractaire, vers les teneurs les plus basses compatibles avec l'usage envisagé et le choix des agrégats réfractaires, afin d'abaisser la teneur en chaux finale. Les agrégats ajoutas au mélange sont les agrégats classiques pour le type d'utilisation envisagée. Il peut s'agir d'agrégats alumineux tels que la chamotte, en particulier la chamotte à basse teneur en alumine ( par exemple 28 à 32%) ou à teneur plus élevée (par exemple 40 à 45% ou même 55 à 60%) la kerphalite, la bauxite, le gypsite et aussi des agrégats provenant du concassage
de briques neuves ou usagées,le corindon,etc... L'utilisation d'agrégats magnésiens, de chromite ou de zircon, relève également du cadre de l'invention.
La composition contiendra également les agents défloculants classiques en vue de former des compositions thixotropiques tels que les silicates, les phosphates, les carbonates,
<EMI ID=5.1>
etc.
La composition peut également contenir d'autres additifs éventuels et, à titre d'exemple, on citera l'adjonction dans la composition de ferrosilicium à raison d'une teneur de l'ordre de 2%, cet additif ayant la propriété d'augmenter la température d'affaissement sous charge de
même que l'addition d'aluminium en poudre qui permet un séchage plus aisé du produit.
La composition de béton réfractaire trouve son application dans tous les usages métallurgiques.
La composition présente en particulier l'avantage qu'elle peut être préparée en vue de sa mise en oeuvre
avec des teneurs très faibles en eau et qu'elle présente
un bon comportement en particulier lors de la miss en oeuvre par vibration à l'aiguille ou à la table ainsi que lors d'une mise en oeuvre par injection.
Le composé alumineux à haute teneur en alumine d'une
<EMI ID=6.1> un corindon , une alumine calcinée etc.
Il convient de noter que l'utilisation du liant composé de silice et d'agrégats notamment . tel que décritsa déjà été proposé comme additif dans des compositions de bétons qui ne sont pas réfractaires et qui sont destinés essentiellement à des usages de construction.
Il est cependant particulièrement inattendu d'utiliser
selon l'invention, pour des usages de bétons réfractaires des compositions qui comportent à la fois de la silice et
de l'alumine, car généralement, en particulier lorsqu'on utilise des agrégats réfractaires alumineux, on tente de réduire la teneur en silice à la plus basse valeur possible.
Sans que la Demanderesse entende se limiter à une quelconque explication particulière, elle pense que les résultats améliorés observés avec les compositions de l'invention, en particulier pour ce qui concerne les caractéristiques de réfractarité,résultent vraisemblablement de la mullitisation qui se produit lors de la
montée en-température . .. du produit, le composé qui se forme étant de la mullite ou un composé apparenté dont
les propriétés concourent à un meilleur comportement du béton.
Les composés de l'invention, ainsi qu'il a été mentionné, peuvent être mis en oeuvre par tous moyens appropriés pour former des revêtements de protection ou des objets moulés notamment destinés aux installations de coulée en continu de l'acier.
L'invention sera décrite plus en détail en référence aux exemples qui suivent qui tout d'abord illustrent une composition de l'invention et, dans les exemples ultérieurs, des compositions d'état de la technique, afin de mettre en évidence les propriétés améliorées obtenues par la présente invention.
Ces exemples n'ont cependant aucun caractère limitatif et sont destinés uniquement à illustrer une des formes d'exécution de l'invention.
Il convient de noter que,dans le présent mémoire descriptif, les proportions indiquées sont, sauf indication en sens contraire, toujours des pourcentages exprimés en poids. Lorsque des proportions respectives sont exprimées en parties, il s'agit également de parties en poids.
EXEMPLE 1
On prépare un mélange:
<EMI ID=7.1>
Caractéristiques obtenues (Abrasion/Cohésion suivant essais Jourdain comparativement à des produits existant de même teneur en ciment):
TABLEAU I
<EMI ID=8.1>
<EMI ID=9.1> . EXEMPLE 2
On prépare un mélange s
<EMI ID=10.1>
On ajoute à ce mélange 0,1% de défloculant du type de l'hexamétaphosphate de sodium.
Ce mélange est séparé en deux portions égales, la première étant utilisée seule (préparation A), la secon-
<EMI ID=11.1>
20 kg par tonne) de ferrosilicium (préparation B).
Après adjonction d'eau de gâchage en quantité nécessaire selon les indications du Tableau II ci-après on a mesuré la compression à température ordinaire (CTO) après prise et après cuisson pendant 5 heures à différentes températures. Les valeurs mesurées exprimées en unités Pascal sont reprises dans le Tableau II.
On a mesuré également la dilatation exprimée com-
<EMI ID=12.1>
L'affaissement sans charge de 1 kg/cm<2> d'une éprouvette normalisée (5 cm de hauteur et 5 cm de diamètre) en fonction de la montée en température aux valeurs
<EMI ID=13.1>
Les valeurs du Tableau II indiquent la remarquable amélioration du comportement de la préparation B
(contenant du ferrosilicum).
Dans les deux cas cependant les préparations sont facilement injectables dans des gabarits froids et se laissent facilement démouler.
TABLEAU II
<EMI ID=14.1>
(1) fissures après cuisson
(2) rupture par éclatement
(3) coeur noir
REVENDICATIONS
1. Composition de béton réfractaire destinée notamment aux usages métallurgiques caractérisée en ce qu'elle est constituée à raison de 5 à 20%, et de préférence à raison d'environ 10% d'un liant constitué de
<EMI ID=15.1>
<EMI ID=16.1>
rieure à 20 �m et de préférence comprise entre 0 et 10
<EMI ID=17.1>
mullitisation à haute température lors de la mise en oeuvre, le solde de la composition pour atteindre 100% étant constitué par une faible proportion de ciment réfractaire, par des agrégats réfractaires, par des agents défloculants classiques et d'autres additifs éventuels.
REFRACTORY CONCRETE COMPOSITION AND APPLICATION
IN METALLURGY.
Composition of refractory concrete and application
in metallurgy.
The present invention relates to an improved refractory concrete composition which exhibits better physical properties, in particular as regards resistance to high temperatures and mechanical resistance parameters. These compositions are in particular intended for metallurgical uses and other applications where high resistance of this composition to abrasion-compression is required and the invention extends to the application of said compositions for metallurgical uses, comprising a cold injection.
Refractory concrete compositions are widely used for the lining of furnaces and ladles for metallurgical use, and in particular for the production of molded parts obtained by injecting concrete into jigs and intended for the continuous casting of steel. , such as the so-called "tundish" distributors.
Initially, the production of a refractory concrete composition required the use of relatively large quantities (of the order of 20%) of binders in the form of refractory cement. The large quantity of binders required was due to the fact that the grains of binders formed lumps and were therefore not completely available with their entire surface for the function of binders.
However, the high lime content of the refractory cement acts on the limit temperature of use of the refractory concrete and we therefore sought to lower the content
in cement.
A partial solution to these difficulties has been
obtained by the use of thixotropic concretes comprising deflocculating agents and, preferably, binders
very fine, so that all the grains of the binder can exert their action. Because deflocculating agents destroy lumps, the content of refractory cement. of the composition can be lowered somewhat, which increases the temperature limit for use.
EP-A-0004509 discloses refractory compositions useful for the production of pastes with a low water content intended to be sprayed into hot masonry, comprising the following essential constituents
(1) 30 to 60% by weight of a coarse fraction made up of grains of which more than 50% are greater than 0.5 mm;
(2) 10 to 30% by weight of a fine fraction consisting of
particles of which at least 50% are less than 75 microns;
(3) 10 to 30% by weight of a very fine fraction made up of particles of which at least 50% are less than 5 microns;
(4) 10 to 30% by weight of an ultra-fine fraction consisting of particles of which at least 80% are less than 0.1 microns;
fractions (1) to (4) being formed of mineral matter.
These compositions do not make it possible to reconcile the requirements of good resistance to high temperatures with a rapid setting facilitating the demolding or stripping of the template in which the product is injected cold.
<EMI ID = 1.1>
February 1982, page 304, summary 56852d (Colombus, Ohio US) we know a mixture containing 60 to 80% of primary aggregates, 10 to 40% of other refractory aggregates, 1 to 5% of stainless steel fibers, 1 15% refractory clay, 1 to 8% calcium aluminate cement, a workability agent and aluminum powder.
This composition which is intended for plugging tap holes and therefore for hot work. The presence of clay which disturbs the behavior of the composition when it is subjected to high temperatures makes it unsuitable for the use envisaged according to the invention.
The present invention aims to produce refractory concrete compositions exhibiting good behavior at high temperature which are also suitable for being cold injected into templates for the production of elements used in the continuous casting of steel and which characterized by grip behaviors such that rapid release is possible.
The object of the invention is achieved by
<EMI ID = 2.1>
5 to 20%, and preferably at a rate of approximately 10% of a binder consisting of silica of a smaller particle size
<EMI ID = 3.1>
to allow mullitization at high temperature during processing, the balance of the composition to reach 100% being constituted by a small proportion of refractory cement, by refractory aggregates, by conventional deflocculating agents and other possible additives.
The term “aluminous compound with a high alumina content” means an alumina or a corundum containing more than
90% Al203.
It has also appeared particularly advantageous for said silica to contain 0.2 to 5.0% and preferably about 2% of carbon. Advantageously, this carbon covers the grains. Silica consequently takes on a gray to blackish appearance, in particular when it is wet and it seems that the presence of carbon contributes to improving the properties of the product, in particular with a view to its use by injection.
The refractory cement present in said balance of the composition is chosen essentially as a function of the type of aggregates and is present in an amount, expressed relative to the total composition, of the order of about 0.5 to 15%, a content of the order of 12% constituting a typical example for a concrete consisting of chamotte
<EMI ID = 4.1>
Since essentially the refractory cement is responsible for the lime content of the final composition, since the cement is essentially a lime aluminate, it will be understood that the refractory cement content will be chosen, towards the lowest contents compatible with the 'intended use and choice of refractory aggregates, in order to lower the final lime content. The aggregates added to the mixture are the conventional aggregates for the type of use envisaged. It can be aluminous aggregates such as chamotte, in particular chamotte with a low alumina content (for example 28 to 32%) or a higher content (for example 40 to 45% or even 55 to 60%) kerphalite, bauxite, gypsum and also aggregates from crushing
new or used bricks, corundum, etc. The use of magnesium aggregates, chromite or zircon, also falls within the scope of the invention.
The composition will also contain conventional deflocculating agents in order to form thixotropic compositions such as silicates, phosphates, carbonates,
<EMI ID = 5.1>
etc.
The composition may also contain other optional additives and, by way of example, mention may be made of the addition to the composition of ferrosilicon at a content of the order of 2%, this additive having the property of increasing the slump temperature under load of
same as the addition of aluminum powder which allows easier drying of the product.
The composition of refractory concrete finds its application in all metallurgical uses.
The composition has in particular the advantage that it can be prepared with a view to its use.
with very low water contents and that it has
good behavior in particular during the miss by vibration by the needle or at the table as well as during an implementation by injection.
The aluminous compound with a high alumina content of
<EMI ID = 6.1> a corundum, a calcined alumina etc.
It should be noted that the use of the binder composed of silica and aggregates in particular. as described has already been proposed as an additive in concrete compositions which are not refractory and which are intended essentially for construction uses.
It is however particularly unexpected to use
according to the invention, for uses of refractory concrete, compositions which comprise both silica and
alumina, because generally, especially when using aluminous refractory aggregates, attempts are made to reduce the silica content to the lowest possible value.
Without the Applicant intending to limit itself to any particular explanation, it believes that the improved results observed with the compositions of the invention, in particular with regard to the refractoriness characteristics, probably result from the mullitization which occurs during the
a climb in temperature . .. of the product, the compound which forms being mullite or a related compound of which
the properties contribute to better behavior of the concrete.
The compounds of the invention, as has been mentioned, can be used by any suitable means to form protective coatings or molded objects, in particular intended for installations for the continuous casting of steel.
The invention will be described in more detail with reference to the following examples which firstly illustrate a composition of the invention and, in the following examples, prior art compositions, in order to demonstrate the improved properties obtained by the present invention.
These examples, however, have no limiting character and are intended only to illustrate one of the embodiments of the invention.
It should be noted that, in the present specification, the proportions indicated are, unless otherwise indicated, always percentages expressed by weight. When respective proportions are expressed in parts, they are also parts by weight.
EXAMPLE 1
We prepare a mixture:
<EMI ID = 7.1>
Characteristics obtained (Abrasion / Cohesion according to Jourdain tests compared to existing products with the same cement content):
TABLE I
<EMI ID = 8.1>
<EMI ID = 9.1>. EXAMPLE 2
We prepare a mixture s
<EMI ID = 10.1>
0.1% of deflocculant of the sodium hexametaphosphate type is added to this mixture.
This mixture is separated into two equal portions, the first being used alone (preparation A), the second
<EMI ID = 11.1>
20 kg per tonne) of ferrosilicon (preparation B).
After addition of mixing water in an amount necessary according to the indications in Table II below, the compression was measured at ordinary temperature (CTO) after setting and after cooking for 5 hours at different temperatures. The measured values expressed in Pascal units are given in Table II.
We also measured the expansion expressed as
<EMI ID = 12.1>
The sagging without load of 1 kg / cm <2> of a standardized test piece (5 cm high and 5 cm in diameter) depending on the temperature rise to values
<EMI ID = 13.1>
The values in Table II indicate the remarkable improvement in the behavior of preparation B
(containing ferrosilicum).
In both cases, however, the preparations are easily injectable into cold templates and can easily be removed from the mold.
TABLE II
<EMI ID = 14.1>
(1) cracks after baking
(2) bursting
(3) black heart
CLAIMS
1. Composition of refractory concrete intended in particular for metallurgical uses, characterized in that it consists of 5 to 20%, and preferably approximately 10% of a binder consisting of
<EMI ID = 15.1>
<EMI ID = 16.1>
less than 20 et and preferably between 0 and 10
<EMI ID = 17.1>
mullitization at high temperature during processing, the balance of the composition to reach 100% being constituted by a small proportion of refractory cement, by refractory aggregates, by conventional deflocculating agents and other possible additives.