Procédé de fabrication d'articles non poreux réfractaires, et article fabriqué selon ce procédé. La présente invention se rapporte à un procédé de fabrication d'articles non poreux réfractaires de constitution cristalline. Selon ce procédé, on fond les composants du ma tériel devant les constituer, puis verse la coulée dans un moule et recuit l'article ainsi obtenu en opérant de façon qu'il se refroidisse lentement pendant son passage de son état semi-plastique à son état solide, ceci dans le but de lui donner une constitution cristalline non poreuse, chaque cristal gardant la place à laquelle il a pris naissance.
L'invention se rapporte aussi à un article réfractaire fabriqué suivant ledit procédé et formé d'une pièce fondue et recuite, en une matière de structure cristalline.
Le procédé suivant la présente invention peut servir à la fabrication de briques, de garnitures d'orifice de fours de verrerie ou en général de garnitures résistant à l'effet de corrosifs tels que le verre fondu ou d'autres liquides ou de gaz corrosifs.
Le but de cette invention est de créer des articles réfractaires compacts et résistant mieux à de hautes températures et aux in fluences corrosives que les articles réfractaires connus à ce jour.
Le dessin ci-annexé donne, à titre d'exem ple, dans la fig. 1, une élévation d'un four électrique qui se prête à la mise en aeuvre du procédé selon la présente invention, dans la fig. 2, une section transversale à une plus grande échelle suivant la ligne 2-2 de la fig. 1, et dans la fig. 3, une vue en perspec tive d'un cadre renversé pour tenir ensemble les parties du moule d'un bloc pour four à réservoir. Les fig. 4 et 5 sont des vues en perspective d'un moellon de réservoir et d'un creuset fabriqué selon le procédé de la pré sente invention.
Le four 5 représenté est aménagé pour la réception des matériaux nécessaires à la fabrication d'articles réfractaires, par exemple de la terre argileuse et du sable. Il permet également de verser la masse fondue dans un moule pour former l'article désiré. Ce four est électrique. L'arc se forme entre les deux électrodes 6 et 7. Une enveloppe 8 ouverte vers le haut est fermée au fond au moyen d'un disque 9. Les électrodes sont en gra phite ou en charbon et le disque 9 en une matière isolante connue, par exemple en transite, composition de fibres d'asbeste et de ciment de Portland.
L'électrode 7 traverse une ouverture 10 pratiquée .dans le disque 9 et est maintenue en place par une vis de serrage 11 portée par un manchon 12 boulonné contre le disque 9. Une plaque de graphique 13 est fixée à la tête de l'électrode 7 après l'introduction de cette dernière dans le four. Cette plaque forme le fond d'une cuve qui contient le ma tériel à fondre.
A l'extrémité inférieure de l'électrode 7 est fixé un conducteur électrique 14 pour l'amenée du courant, qui est de préférence alternatif. L'électrode 6 est supportée par un disque 15 aussi en transite et est maintenu au-dessus de l'ouverture supérieure de l'en veloppe par des bras 16 fixés contre la sur face inférieure du disque 15. Un manchon 17 entoure l'électrode 6 et y est fixé par une vis de serrage 18 qui permet d'ajuster la longueur de l'arc. Une tringle 19 passe à travers l'électrode et sert de manche pour cette dernière. Le courant électrique est amené par un conducteur 20.
L'enveloppe 8 du four est légèrement co nique ; elle va en s'ouvrant vers le haut pour faciliter son garnissage. Elle porte deux tou rillons 21 montés dans des paliers supportés par des montants 22 et permettant de la basculer pour verser le matériel fondu dans un moule. A cet effet, l'enveloppe présente près de son milieu un orifice 23 et directe ment au-dessous de cet orifice un bec 24. Le manche 25 permet de basculer le four.
Pour garnir le four, on met en place le disque 9 et l'électrode 7 et remplit l'enve loppe jusqu'au niveau de l'électrode inférieure avec du matériel réfractaire concassé 26. On pose de petits morceaux de coke sur l'élec trode 7 et on descend alors l'électrode supé rieure 6 jusqu'à ce qu'elle fasse contact avec l'inférieure. Après avoir amorcé l'arc, le four est ali menté en matériel à fondre<B>;</B> celui-ci tombe autour de l'arc jusqu'à ce que le four soit rempli (voir fig. 2). Ce matériel a générale ment une forme granuleuse. Pour empêcher que le matériel fondu s'écoule par l'orifice 23, on bouche ce dernier provisoirement avec de l'argile.
Quelques minutes après avoir amorcé l'arc, on soulève l'électrode 6 pour augmenter la longueur de l'arc. 8i une cavité due à la fonte du matériel se forme autour de l'arc, il faut attiser la fournée de temps en temps pour augmenter la liquéfaction du matériel. Pendant la fusion, la cavité grossit jusqu'à ce qu'elle s'approche de l'enveloppe du four assez près pour la chauffer à rouge partielle ment. Alors le moment est venu pour faire une ouverture à travers l'orifice 23 jusqu'à la cavité contenant le liquide et de verser le liquide dans le moule. La fig. 2 représente le four prêt à sa vidange.
On produit parce procédé, avec un four con sommant de 30 à 100 kilowatts, par exemple des moellons de 30X46X20 cm pour fours à réservoir, des briques de 5X10X23 cm, des plaques de 8X30X46 cm, des tuyaux de 10 cm de diamètre intérieur, 15 cm de diamètre extérieur et 30 cm de long, des boulets et des becs pour des machines auto matiques employées dans la verrerie, des creusets de 15 cm de diamètre et d'une épais seur de 9 à 25 mm et d'un diamètre de 32 mm et d'une épaisseur de 3 mm.
Le genre du moule employé, le temps pendant lequel l'article est laissé dans le moule et le traitement de cet article par la chaleur après l'avoir retiré du moule ont une influence sur les qualités physiques, et des moules qui s'adaptent bien pour former des articles réfractaires ne conviennent pas pour former d'autres articles.
En général, des moules en fer ne don nent satisfaction que pour de petits articles fondus de faible épaisseur comme les creu sets et les buses à verre de machine auto matiques. Pour de tels objets, il faut retirer la pièce dès que sa surface est assez durcie pour supporter son maniement; elle est en suite traitée comme indiqué plus bas.
Les meilleurs moules pour couler des briques et des moellons pour les fours à ré servoir sont faits en sable à verre mélangé d'un liant convenable tel que l'huile de lin et sont cuits. De tels moules ne se fondront pas sous la coulée de la fonte. Un moule pareil pour former un bloc d'un pied cube est représenté en 30 dans les fig. 1 et 2. Il comporte six plaques 31, 32, 33, 34, 35 et 36, chacune moulée de sable, cuite ainsi que cela a été décrit ci-dessus et pourvue le long des bords de saillies 37 et de gorges 38 pour faciliter l'assemblage. Ces plaques sont main tenues assemblées par un cadre de fer d'angle 39 dont les parties sont réunies au moyen d'oreilles 40 dans des trous 43 des quelles passent des clavèttes 42.
Le dessus 31 du moule présente une ouverture 44 à travers laquelle le matériel fondu est versé. On enduit le moule de graphite pour em pêcher l'adhésion du sable au moule.
Le moule de sable cuit est posé sur une brique 45 en un produit-silicieux, appelé sil- o-cel, et est isolé de tous côtés par une couche 46 de poudre sil-o-cel contenue dans une caisse 47 en tôle.
En choisissant le moule et la manière de le traiter à la chaleur, on a tenu compte des observations suivantes: Pour obtenir de bonnes .fontes sans fis sures, il faut les refroidir lentement, surtout pendant )es températures de prise où le ma tériel passe de l'état semi-plastique à l'état solide. Pareil traitement atténue toutes les tensions de coulée provenant du versement et du premier contact du liquide avec les parois du moule. Les tensions se produisant par l'abaissement des températures pendant le refroidissement ne suffiront pas pour pro duire des fissures.
Si on laisse les fontes dans un moule de fer, les surfaces sont vite refroidies et de viennent rigides, tandis que l'intérieur est encore plastique, de sorte que, quand l'inté rieur se durcit, la surface est de plusieurs centaines de degrés plus froide. C'est pour quoi, en refroidissant, l'intérieur se contracte davantage que l'extérieur et la surface se tend jusqu'à ce qu'elle craque. Par contre, si la fonte est refroidie lentement, il y a peu de différence de température entre l'intérieur et l'extérieur, pas de tensions si fortes pen dant la prise. On aura donc une fonte solide. La température de prise varie avec la com position du corps réfractaire; il faut la dé terminer pour- chaque cas.
Pour des articles réfractaires alumineux silicieux, la tempéra ture de prise commence dans les environs de 15500 C.
Par analogie avec le procédé similaire employé pour prévenir l'éclatement du verre, le traitement après moulage est aussi appelé la "recuite". Le but de cette recuite est d'éliminer les tensions intérieures connues dans le cas du verre et de ne pas changer la formation cristalline comme dans la re cuite de métal. Mais il faut constater que le matériel réfractaire diffère du verre et de la scorie en ce qu'il est cristallin et que sa tem pérature de fusion est bien plus élevée.
Les trois méthodes suivantes de recuite d'articles réfractaires se pratiquent avec succès <I>1. La recuite dans un</I> four.
On laisse l'article fondu dans le moule seulement jusqu'à ce que la surface soit assez dure pour permettre qu'on la touche et on transfère alors l'objet moulé tout de suite dans un four chauffé à peu près à la tempé rature de prise. Après avoir chargé le four avec un certain nombre d'objets fondus, la température est maintenue pour quelques heures à celle de la recuite et est baissée après un certain temps selon l'épaisseur de la fonte à la température ambiante. Pour des fontes d'une épaisseur de 2,5 cm une recuite de 24 heures suffit. Cette méthode revient assez cher, mais c'est la seule donnant du succès en cas de creusets et d'objets sem blables. Avec cette méthode, on peut se servir de moules en fer, ouverts ou fermés, pourvu qu'on retire l'objet fondu du moule avant son refroidissement. <I>2.
La recuite dans de la poudre isolant</I> <I>la chaleur tel</I> que <I>le</I> sil-o-cel.
Des articles relativement gros comme les moellons de réservoir peuvent être recuits en les transférant dans une caisse remplie de poudre isolante dès que la surface exté rieure de la fonte a durci suffisamment pour permettre qu'on la touche. Le moule em ployé peut être fait de sable à verre lié avec de l'huile de lin, ou bien, après avoir enlevé le moule, on peut entourer la fonte d'une caisse en remplissant l'espace entre caisse et fonte avec de la poudre isolante. Dans ce dernier cas, on laisse le fond du moule, mais si le moule est posé sur une brique isolante, ce n'est pas nécessaire. Si le bloc pèse environ 90 kg, la chaleur contenue dans le bloc peut suffire après le refroidissement du moule et son exposition à l'air pour réchauffer sa sur face à une température supérieure à celle de la recuite.
Alors, grâce à l'isolation, tout le bloc se refroidira lentement à travers la tem pérature de recuite jusqu'à la température am biante. On peut reprocher à ce procédé que l'enlèvement du moule et l'addition de la poudre est désagréable et que ce procédé n'est pas si effectif que le troisième. <I>3.</I> .Recuite <I>dans un moule à parois minces</I> mais <I>-isolé.</I>
Si la fonte est passablement grosse, il vaut mieux se servir d'un moule de sable à parois minces mais bien isolé et tel que dé crit ci-dessus. Les parois doivent être assez rigides pour conserver leur forme, tandis que le liquide commence à prendre et durcit, mais les parois ne doivent pas soutirer trop de chaleur à la fonte sinon le refroidissement se fait trop vite. Si les parois sont assez minces, la capacité calorique du moule sera si petite comparée à celle de la coulée que la surface intérieure du moule sera chauffée à la tem pérature de recuite avant que la coulée se soit refroidie au-dessous du point de recuite et, grâce à l'isolation, la fonte se recuira d'elle-même en se refroidissant d'elle-même lentement.
Après avoir versé la fonte, on entasse la poudre sil-o-cel sur le dessus du moule et au bout d'une demi-heure l'extérieur de la fonte aura pris, tandis que l'intérieur reste encore à l'état liquide et le moule sera de beaucoup réduit parce que le liant a été brûlé. On retire alors au moyen de crochets (non représentés) les supports en fer d'angle qui se sont disloqués pour les employer de nouveau.
A l'exception de ces fers d'angle, on ne touche plus la fonte jusqu'à ce qu'elle soit refroidie, ce qui, pour un moellon de 30 X 46 x 20 cm pesant environ 80 kg, a lieu au bout de quatre jours si on a bien isolé avec de la poudre sil-o-cel. On retire alors la fonte de la poudre isolante et elle est prête à servir. De la même façon de grosses pièces fondues de formes différentes peuvent être confectionnées, mais dans le cas de formes irrégulières, comme celles des bou lets de verrerie oh l'épaisseur est inférieure à 5 cm, il n'est guère convenable de se ser vir de ce procédé et le procédé dans le four est préférable.
Plus la fonte est lourde, plus elle se prête à la recuite à moins qu'elle ne possède des parties minces; avec le procédé de re cuite dans le foin-, on a obtenu des fontes irréprochables jusqu'à 3 min d'épaisseur.
Pour fabriquer des articles creux comme des creusets et des tuyaux, il est préférable d'employer un moule en fer, ouvert et adapté pour former l'extérieur de l'article désiré. Après avoir rempli ce moule avec du maté riel réfractaire liquide et après l'avoir laissé prendre jusqu'à ce que l'épaisseur voulue ait été obtenue, on verse le reste du liquide de côté et on retire l'article du moule aussi vite que possible et l'introduit dans un fouir.
Il faut constater que le procédé de pro duction des articles réfractaires par fonte di recte n'est pas seulement plus rapide et moins cher que le procédé qui consiste à casser et à moudre le lingot, à mélanger la charge, à la meuler, et sécher et la cuire comme on l'a fait jusqu'à présent, mais que le matériel fondu diffère aussi dans sa struc ture physique. Dans le matériel réfractaire fabriqué avec des fragments de cristaux cas- sés, les cristaux sont plus gros et plus ser rés, même si la cuite est portée après jus qu'à près de la température de fusion pour pro duire la recristallisation. Pour le matériel fondu par contre, dans lequel les cristaux sont à leur place naturelle lors de la fusion, le ma tériel est plus compact et sans pores.
Le corps réfractaire fondu n'est pas poreux et, quoiqu'il soit possible de vitrifier de. la por celaine et des produits réfractaires semblables en les chauffant jusqu'à les rendre fluides, leur porosité peut seulement être prévenue en employant des matériaux très finement moulus et en sacrifiant ainsi leur solidité et leur résistance à un coup de chaleur. De tels articles vitrifiés sont chers et fragiles, présentent des cristaux beaucoup plus fins et sont moins compacts que les articles réfractaires fondus; aussi ces derniers sont plus résistants à de hautes températures et leur température d'amolissement est beaucoup plus élevée.
Leur résistance à la corrosion pour du verre liquide est beaucoup supérieure à celle de tout autre article réfractaire connu.
Des expériences ont été faites avec des corps réfractaires de composition alumineuse- silicieuse contenant de 54 '1/o <B>à</B> 80 % de A120,
9 et avec des corps réfractaires compo- sés surtout d'alumine et de silice (20 à 40 % de silice) ou d'alumine, de silice et de zircone (jus- qu'à 30 % de zircone),
mais les procédés em- ployés pour faire des fontes irréprochables s'adaptent aussi bien à tout autre matériel réfractaire qui peut être fondu et tiré d'un four électrique y compris l'alumine plus ou moins pure, la magnésie et le zircone et les mélanges de ces corps avec de l'acide sili- cique et d'autres oxydes.
Pour produire des articles réfractaires em ployés dans la fabrication du verre, il est préférable d'employer de l'argile diaspore et du kaolin ou de la bauxite et du baolin ; mais presque n'importe quelle argile ou même du sable pur peut être substitué au kaolin. La tâche du kaolin ou du sable est de diluer l'alumine avec l'acide silicique.
IL est à re marquer que les analyses de l'argile dias- pore, de la bauxite et du kaolin diffèrent beaucoup, mais les analyses de quelques échan tillons typiques employés sont les suivantes
EMI0005.0045
Argile <SEP> Bauxite <SEP> Kaolin
<tb> ' <SEP> diaspore
<tb> <B>A12 <SEP> O3</B> <SEP> 65,6 <SEP> % <SEP> 55,5 <SEP> % <SEP> 28,2 <SEP> 0/0
<tb> SiO2 <SEP> 11,6 <SEP> % <SEP> 16,1 <SEP> % <SEP> 53,4%
<tb> T102 <SEP> 2,0 <SEP> % <SEP> 2,0 <SEP> 0/0 <SEP> 2,0 <SEP> 0/0
<tb> Fe2O3 <SEP> 0,45% <SEP> 1,8 <SEP> <B>0/0</B> <SEP> 1,6 <SEP> %
<tb> Divers <SEP> 1,2% <SEP> - <SEP> 0,7 <SEP> %
<tb> Pertes <SEP> 19,10/a <SEP> 24,4% <SEP> 14,
0 <SEP> 0% Pour produire de la rnullite l3 (A120s). 2 (Si02)], on s'est servi d'une charge consis tant de près de 2,5 parties d'argile diaspore et d'une partie de kaolin. Si on veut fabri quer de la sillimanite, la charge doit conte nir de l'argile diaspore et du kaolin en parties égales.
De l'argile diaspore pure et ses mé langes avec du kaolin en proportions varia bles et de la beausite pure et ses mélanges avec du kaolin en proportions variables ont aussi été fondus suivant le procédé de la pré sente invention.
Pour certains buts, il est désirable que l'objet réfractaire contienne de 20 à 30 % de zircone. De tels corps sont facilement fa briqués en ajoutant la quantité convenable de minerai de zircone à la charge.
Une ana lyse typique d'un tel minerai est la suivante: ZrO2 . . . . 74% SiO2 . . . . 19 % TiO2 . . . . 2 0l'0 Fe20s . . . . 3 0/0 H20 . . . . 2 0/0 On a aussi employé de l'argile diaspore, du minerai de zircone et du kaolin en parties égales.
Il est désirable de fondre le matériel brut aussi vite que possible et sitôt que la coulée est suffisante pour faire la fonte désirée, elle peut être utilisée; avec un four de 100 kilo watts par exemple, une coulée de 90 kg peut avoir lieu toutes les deux heures après la première. _ Si des matériaux bruts composés surtout d'alumine et de silice comme le diaspore et le kaolin sont employés pour produire des corps réfractaires et si ces matériaux sont coulés ensemble suivant le procédé décrit, le produit comportera du millite et des cristaux de corindon noyés dans un liant vitreux.
Lorsque d'autres matériaux que les pré nommés sont employés pour la fabrication de l'article réfractaire des cristaux de composi tion correspondant à ces matériaux seront produits. Mais en tout cas, le produit obtenu comportera des cristaux de grandeurs variant depuis des cristaux microscopiques jusqu'à des cristaux de grandeur plus considérable noyés dans un liant vitreux. La masse a donc bien une structure cristalline tel que revendiqué.
Lorsqu'on emploie des matériaux ayant une température de recuite si élevée qu'un moule de sable ne peut pas être employé, le moule peut être confectionné en un matériel réfractaire fondu ayant une température de fusion égale ou supérieure à celle du corps réfractaire qu'on veut fondre. Ce matériel est cassé à une finesse de tamis d'environ 20 mailles par pouce anglais et est lié avec de l'huile de lin ou avec d'autres liants orga niques.
Les termes "matériel réfractaire", ,,article réfractaire" ou "fonte réfractaire" sont em ployés pour désigner des objets qui, lorsqu'ils sont employés dans un four de haute tem pérature, résisteront avec succès pendant une période prolongée à la fusion, à l'abrasion et à la corrosion.
A method of manufacturing non-porous refractory articles, and an article made by this method. The present invention relates to a method of manufacturing refractory non-porous articles of crystalline constitution. According to this process, the components of the material to be constituted are melted, then the casting is poured into a mold and the article thus obtained is annealed, operating so that it cools slowly during its passage from its semi-plastic state to its solid state, this in order to give it a non-porous crystalline constitution, each crystal keeping the place in which it originated.
The invention also relates to a refractory article manufactured by said method and formed from a piece melted and annealed, of a material of crystalline structure.
The process according to the present invention can be used for the manufacture of bricks, of orifice linings of glass furnaces or in general of linings resistant to the effect of corrosives such as molten glass or other corrosive liquids or gases.
The aim of this invention is to create refractory articles that are compact and more resistant to high temperatures and to corrosive influences than the refractory articles known to date.
The accompanying drawing gives, by way of example, in FIG. 1, an elevation of an electric furnace which lends itself to the implementation of the method according to the present invention, in FIG. 2, a cross section on a larger scale taken along line 2-2 of FIG. 1, and in fig. 3, a perspective view of an inverted frame for holding together the mold parts of a tank furnace block. Figs. 4 and 5 are perspective views of a reservoir stone and of a crucible manufactured according to the process of the present invention.
The furnace 5 shown is arranged for receiving the materials necessary for the manufacture of refractory articles, for example clayey earth and sand. It also allows the melt to be poured into a mold to form the desired article. This oven is electric. The arc forms between the two electrodes 6 and 7. An upwardly open casing 8 is closed at the bottom by means of a disc 9. The electrodes are made of graphite or of carbon and the disc 9 of a known insulating material. , for example in transit, composition of asbestos fibers and Portland cement.
The electrode 7 passes through an opening 10 in the disc 9 and is held in place by a set screw 11 carried by a sleeve 12 bolted against the disc 9. A graph plate 13 is attached to the head of the electrode. 7 after the latter has been introduced into the oven. This plate forms the bottom of a tank which contains the material to be melted.
At the lower end of the electrode 7 is fixed an electrical conductor 14 for supplying the current, which is preferably alternating. The electrode 6 is supported by a disc 15 also in transit and is held above the upper opening of the casing by arms 16 fixed against the on the underside of the disc 15. A sleeve 17 surrounds the electrode. 6 and is fixed thereto by a clamping screw 18 which makes it possible to adjust the length of the arc. A rod 19 passes through the electrode and serves as a handle for the latter. The electric current is brought by a conductor 20.
The casing 8 of the oven is slightly conical; it goes by opening upwards to facilitate its filling. It carries two swirls 21 mounted in bearings supported by uprights 22 and allowing it to be tilted to pour the molten material into a mold. For this purpose, the casing has an orifice 23 near its middle and directly below this orifice a spout 24. The handle 25 enables the oven to be tilted.
To line the furnace, the disc 9 and the electrode 7 are placed and the casing is filled up to the level of the lower electrode with crushed refractory material 26. Small pieces of coke are placed on the elec. trode 7 and then lower the upper electrode 6 until it makes contact with the lower. After striking the arc, the furnace is supplied with <B>; </B> material to be melted, which falls around the arc until the furnace is filled (see fig. 2). This material generally has a granular form. To prevent molten material from flowing through orifice 23, the latter is temporarily plugged with clay.
A few minutes after having struck the arc, the electrode 6 is lifted to increase the length of the arc. If a cavity due to the melting of the material forms around the arc, the batch should be fanned from time to time to increase the liquefaction of the material. During melting, the cavity expands until it approaches the furnace casing close enough to heat it partially red. So the time has come to make an opening through port 23 to the cavity containing the liquid and pour the liquid into the mold. Fig. 2 shows the oven ready for emptying.
We produce because process, with a con suming furnace from 30 to 100 kilowatts, for example rubble stones of 30X46X20 cm for tank furnaces, bricks of 5X10X23 cm, plates of 8X30X46 cm, pipes of 10 cm internal diameter, 15 cm outside diameter and 30 cm long, balls and nozzles for automatic machines used in glassmaking, crucibles 15 cm in diameter and 9 to 25 mm thick and with a diameter of 32 mm and 3 mm thick.
The kind of mold used, the length of time the article is left in the mold, and the heat treatment of that article after removing it from the mold affect the physical qualities, and molds that fit well. for forming refractory articles are not suitable for forming other articles.
In general, iron molds are satisfactory only for small, thin, molten articles such as hollow sets and automatic machine glass nozzles. For such objects, the part must be removed as soon as its surface is hardened enough to withstand handling; it is then processed as indicated below.
The best molds for casting bricks and rubble for tank kilns are made of glass sand mixed with a suitable binder such as linseed oil and are fired. Such molds will not melt under the casting of the cast iron. A similar mold for forming a block of one cubic foot is shown at 30 in FIGS. 1 and 2. It has six plates 31, 32, 33, 34, 35 and 36, each molded in sand, fired as described above and provided along the edges with protrusions 37 and grooves 38 to facilitate assembly. These plates are hand held assembled by an angle iron frame 39, the parts of which are joined by means of ears 40 in holes 43 from which pass keys 42.
The top 31 of the mold has an opening 44 through which the molten material is poured. The mold is coated with graphite to prevent adhesion of the sand to the mold.
The baked sand mold is placed on a brick 45 made of a siliceous product, called sil- o-cel, and is isolated on all sides by a layer 46 of sil-o-cel powder contained in a sheet metal box 47.
In choosing the mold and the way to heat it, the following observations were taken into account: To obtain good, safe castings, they should be cooled slowly, especially during setting temperatures where the material passes. from semi-plastic to solid state. Such treatment attenuates all the casting tensions resulting from the pouring and the first contact of the liquid with the walls of the mold. The stresses produced by lowering temperatures during cooling will not suffice to produce cracks.
If the castings are left in an iron mold, the surfaces are quickly cooled and become rigid, while the interior is still plastic, so that when the interior hardens, the surface is several hundred degrees. cooler. This is why, as it cools, the inside contracts more than the outside and the surface stretches until it cracks. On the other hand, if the cast iron is cooled slowly, there is little difference in temperature between the inside and the outside, no such strong tensions during the setting. We will therefore have a solid cast. The setting temperature varies with the composition of the refractory body; it must be determined for each case.
For siliceous aluminous refractory articles, the setting temperature begins in the region of 15,500 C.
By analogy with the similar process employed to prevent shattering of glass, post-molding treatment is also referred to as "annealing". The purpose of this annealing is to eliminate the internal stresses known in the case of glass and not to change the crystal formation as in the re-baking of metal. But it should be noted that the refractory material differs from glass and slag in that it is crystalline and that its melting temperature is much higher.
The following three methods of annealing refractory articles are successful <I> 1. Annealing in a </I> oven.
The molten article is left in the mold only until the surface is hard enough to touch, and the molded article is then transferred immediately into an oven heated to about room temperature. taken. After loading the furnace with a number of molten objects, the temperature is maintained for a few hours at that of annealing and is lowered after a certain time depending on the thickness of the cast iron at room temperature. For cast iron with a thickness of 2.5 cm, annealing for 24 hours is sufficient. This method is quite expensive, but it is the only one giving success in the case of crucibles and similar objects. With this method, you can use iron molds, open or closed, provided that the molten object is removed from the mold before cooling. <I> 2.
Annealing in powder insulating </I> <I> heat such </I> as <I> le </I> sil-o-cel.
Relatively large items such as tank rubble can be annealed by transferring them to a case filled with insulating powder as soon as the outer surface of the cast iron has hardened enough to allow contact. The used mold can be made of glass sand bound with linseed oil, or, after removing the mold, the cast iron can be surrounded with a case by filling the space between the case and cast iron with insulating powder. In the latter case, we leave the bottom of the mold, but if the mold is placed on an insulating brick, this is not necessary. If the block weighs about 90 kg, the heat contained in the block may be sufficient after cooling the mold and its exposure to air to heat its surface to a temperature higher than that of annealing.
Then, thanks to the insulation, the whole block will cool slowly through the annealing temperature to room temperature. One can blame this process that the removal of the mold and the addition of the powder is unpleasant and that this process is not as effective as the third. <I> 3. </I>. Annealed <I> in a thin-walled pan </I> but <I> -insulated. </I>
If the cast iron is fairly large, it is better to use a thin-walled but well insulated sand mold as described above. The walls should be stiff enough to retain their shape as the liquid begins to set and harden, but the walls should not draw too much heat from the cast iron or it will cool too quickly. If the walls are thin enough, the heat capacity of the mold will be so small compared to that of the casting that the inside surface of the mold will be heated to the annealing temperature before the casting has cooled below the annealing point and , thanks to the insulation, the cast iron will recoil on its own by cooling itself slowly.
After pouring the cast iron, we pile the sil-o-cel powder on top of the mold and after half an hour the outside of the cast iron will have set, while the inside still remains in the liquid state and the mold will be greatly reduced because the binder has been burnt. The angle iron supports which have come apart are then removed by means of hooks (not shown) in order to use them again.
With the exception of these angle irons, we do not touch the cast iron until it has cooled, which, for a rubble of 30 x 46 x 20 cm weighing about 80 kg, takes place after four days if we have insulated well with sil-o-cel powder. The melt is then removed from the insulating powder and it is ready to serve. In the same way, large molten pieces of different shapes can be made, but in the case of irregular shapes, such as those of glass balls where the thickness is less than 5 cm, it is hardly suitable to be tightened. of this method and the method in the oven is preferable.
The heavier the cast iron, the more it lends itself to annealing unless it has thin parts; with the process of re-cooked in the hay, one obtained irreproachable castings up to 3 min of thickness.
For making hollow articles such as crucibles and pipes, it is preferable to employ an iron mold, open and adapted to form the exterior of the desired article. After filling this mold with liquid refractory material and allowing it to set until the desired thickness has been obtained, the remainder of the liquid is poured aside and the article removed from the mold as quickly as possible. possible and introduces it into a burrow.
It should be noted that the process of producing refractory articles by direct casting is not only faster and cheaper than the process of breaking and grinding the ingot, mixing the filler, grinding it, and drying it. and cook it as has been done so far, but the molten material also differs in its physical structure. In refractory material made from broken crystal fragments, the crystals are larger and tighter, even if the firing is subsequently brought to near the melting temperature to produce recrystallization. For molten material on the other hand, in which the crystals are in their natural place during fusion, the material is more compact and pore-free.
The molten refractory body is not porous and, although it is possible to glaze from. Porcelain and similar refractories by heating them to make them fluid, their porosity can only be prevented by using very finely ground materials and thus sacrificing their strength and resistance to heat stroke. Such vitrified articles are expensive and fragile, have much finer crystals and are less compact than molten refractory articles; also the latter are more resistant to high temperatures and their softening temperature is much higher.
Their corrosion resistance for liquid glass is much higher than that of any other known refractory article.
Experiments were carried out with refractory bodies of aluminous-siliceous composition containing from 54 '1 / o <B> to </B> 80% of A120,
9 and with refractory bodies mainly composed of alumina and silica (20 to 40% silica) or alumina, silica and zirconia (up to 30% zirconia),
but the processes employed to make irreproachable castings adapt equally well to any other refractory material which can be melted and fired from an electric furnace including more or less pure alumina, magnesia and zirconia and mixtures. of these bodies with silicic acid and other oxides.
To produce refractory articles used in the manufacture of glass, it is preferable to use diaspora clay and kaolin or bauxite and baolin; but almost any clay or even pure sand can be substituted for kaolin. The task of kaolin or sand is to dilute alumina with silicic acid.
It should be noted that the analyzes of diasporous clay, bauxite and kaolin differ greatly, but the analyzes of some typical samples employed are as follows
EMI0005.0045
Clay <SEP> Bauxite <SEP> Kaolin
<tb> '<SEP> diaspore
<tb> <B> A12 <SEP> O3 </B> <SEP> 65.6 <SEP>% <SEP> 55.5 <SEP>% <SEP> 28.2 <SEP> 0/0
<tb> SiO2 <SEP> 11.6 <SEP>% <SEP> 16.1 <SEP>% <SEP> 53.4%
<tb> T102 <SEP> 2,0 <SEP>% <SEP> 2,0 <SEP> 0/0 <SEP> 2,0 <SEP> 0/0
<tb> Fe2O3 <SEP> 0.45% <SEP> 1.8 <SEP> <B> 0/0 </B> <SEP> 1.6 <SEP>%
<tb> Miscellaneous <SEP> 1.2% <SEP> - <SEP> 0.7 <SEP>%
<tb> Losses <SEP> 19.10 / a <SEP> 24.4% <SEP> 14,
0 <SEP> 0% To produce rnullite l3 (A120s). 2 (Si02)], a charge consisting of about 2.5 parts of diaspore clay and one part of kaolin was used. If we want to make sillimanite, the charge must contain diaspora clay and kaolin in equal parts.
Pure diaspora clay and its mixtures with kaolin in varying proportions and pure beausite and its mixtures with kaolin in varying proportions were also melted according to the process of the present invention.
For some purposes, it is desirable that the refractory article contain 20-30% zirconia. Such bodies are easily made by adding the proper amount of zirconia ore to the feed.
A typical analysis of such an ore is as follows: ZrO2. . . . 74% SiO2. . . . 19% TiO2. . . . 2 010 Fe20s. . . . 3 0/0 H2O. . . . 2 0/0 Diaspore clay, zirconia ore and kaolin in equal parts were also used.
It is desirable to melt the raw material as quickly as possible and as soon as the casting is sufficient to make the desired melt it can be used; with a 100 kilo watt furnace for example, a pour of 90 kg can take place every two hours after the first. _ If raw materials composed mainly of alumina and silica such as diaspore and kaolin are used to produce refractory bodies and if these materials are cast together according to the process described, the product will contain millite and corundum crystals embedded in it. a vitreous binder.
When other materials than the foregoing are used for the manufacture of the refractory article, crystals of composition corresponding to these materials will be produced. But in any case, the product obtained will contain crystals of sizes varying from microscopic crystals to crystals of larger size embedded in a vitreous binder. The mass therefore does have a crystalline structure as claimed.
When using materials having an annealing temperature so high that a sand mold cannot be used, the mold can be made of a molten refractory material having a melting temperature equal to or higher than that of the refractory body that we want to melt. This material is broken at a sieve fineness of about 20 mesh per English inch and is bound with linseed oil or other organic binders.
The terms "refractory material", ,, refractory article "or" refractory cast iron "are used to denote articles which, when employed in a high temperature furnace, will successfully withstand melting for an extended period. abrasion and corrosion.