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Materiau refractaire monolithe isolant - procede de realisation et piece selon le procede . Download PDF

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Abstract

Matériau réfractaire monolithe constitué d'au moins une couche (1,2) d'un premier matériau réfractaire dense, et d'une couche de matériau réfractaire moussé d'un second matériau réfractaire (3) liée à la couche (1,2) avantageusement. Il est constitué de deux couches extérieures (1,2) d'un premier matériau réfractaire dense, et d'une couche de matériau réfractaire mousse (3) d'un second matériau réfractaire intercalée entre les couches extérieures (1) et (2) et liée à ces couches de matériau dense. Le matériau de la couche extérieure (1,2) et/ou le matériau de la couche de matériau moussé (3) comportent une charge pouvant contenir au moins un adjuvant choisi dans le groupe constitué par les terres réfractaires, les oxydes métalliques et composés d'oxydes, les carbures, les borures les oxynitrures de silicium, les sialons, et les produits de décomposition thermique des carbosilanes.

Description

fflil UM R E Hxd I 50 IANM F 1 3 E îE R Ri T TTWI 9 (W ET PUCE SEIM LE El
CE 1: L'invention a pour objet un matériau réfractaire isolant, destiné en particulier à la fabrication de pièces de transfert d'un métal fondu,
come des chéneaux, des goulottes d'alimenrtation, ou des louches.
Pour des applications de ce type, la conductibilité thermique du matériau est un facteur primordial En effet, afin de cimpenser les diperditionr calorifiques, le métal doit être chauffé à une température supérieure à celle nôcese<ire à son utilisation ultérieure ou maintenu à la tompératwne d'utilisation par apport calorifique afin qu'il parvienne à sa destination à la température voulue C'est pourquoi, afin de réduire les pertes thermiques, les éléments de transferts actuellement utilisés, come les chéneaux de
coulée, sont doublés extérieuriement par une couche isolante.
Les récipients et les chéneaux actuellement utilisés peuvent être rél i ss en silice fondue Ce matériau présente de nombreux avantages En particulier, il est inerte chmiquemnt vis-à-vis de nombreux métaux liquides, tels que l'1 alminiln, le cuivre, l'acier, le zinc et leurs alliages Sa non mouillabilité permet en outre d'éviter les opératicans de potelyage ou de préparation qui doivent être prévues dans la plupart des autres matériaux Son faible coefficient de dilatation thermique confère en outre à la silice une excellente résistance aux chocs thermiques Son excellente cohésion évite le lacher de particules de surface par érosion due au métal liquide. Toutefois un matériau réfractaire tel que la silice présente un
coefficient de conductibilité thermique relativement élevé, c'est-à-
dire environ 0,7 W/m K à une température de 700 OC.
La présente invention a pour cbjet un matériau composite monolithe et réfractaire qui conserve les avantages précedemment cités tout en
apportant une amélioration de l'isolation thermique.
Le matériau réfractaire de l'invention est caractérisé en ce qu'il est constitué d'au moins une couche d'un premier matériau réfractaire dense, et d'une couche de matériau réfractaire de mousse d'un second
matériau réfractaire lié à la couche de matériau dense.
Selon un mode de réalisation particulier, le matériau ccmposite monolithe de l'invention est constitue de deux couches extérieures J./ d'un premier matériau dense, et d'une couche de matériau réfractaire mousse intercalée entre les ccmches extérieures et liée à chacune de
ces couches extérieures.
Avantageusement, le matériau de la couche extérieure et / ou de la couche de matériau moussé peuvent ccuporter une charge contenant au moins un adjuvant choisi dans le groupe constitué par les terres réfractaires, les oxydes métalliques et cmqloes d'oxydes, les carbures, les borures, les oxynitrures de silicium, les sialons et les produits de décoemosition thermique des carbosilanes Le matériau de la couche extérieure et/ou le matériau de la couche de matériau
moussé peuvent être à base de silice vitreuse.
L'invention concerne egalement un procéde de réalisation d'un matériau composite réfractaire monolithe isolant, caractérisé en ce que l'on remplit un moule d'une barbotine destinée à obtenir un matériau dense, en ce qu'on laisse prendre cette barbotine pendant une certaine durée, qu'on élimine la barbotine restée liquide, par vidage et qu'on remplit le moule avec la mousse pour constituer une ame. Enfin 1 'invention concerne une pièce réalisée en matériau réfractaire, caractérisée en ce que ledit matériau réfractaire est le
matériau composite monolithe décrit ci-dessus.
D'autres caractéristiques et avantages de l'invention appraiftront
encore à la lecture de la description qui suit, faite en référence
aux figures annexées, d'un exemple de r 4 Aliiation donné à titre
illustratif.
la figure 1 est une vue en coupe d'un fragment de matériau conforme
à 'invention.
la figure 2 est une vue en coupe d'un chéneau de coulée réalisé en
un matériau conforme à l'invention.
On a représenté sur la figure 1 une vue en coupe d'un matériau réfractaire isolant conforme à l'invention Il est constitué d'une couche extérieure 1 d'un matériau réfractaire dense, et d'une autre couche 2 de ce même matériau réfractaire dense, à base de silice vitreuse, pouvant contenir une charge cantenant au moins un adjuvant choisi dans le groupe constitue par les terres réfractaires, les oxydes métalliques et coiposés d'oxydes, les carbures, les borures, les oxynitrures de silicium, les sialcns et les produits de déccmpositicn thermique des carbosilanes Entre les couches 1 et 2 on
< 3 2671796
trouve une couche 3, gênéralement plus épaisse, du même matériau réfractaire, ou d'un autre mais rendu isolant pour le procédé de xmoussage Cette mousse est obtenue par tout procédé convenable, par exemple en incorporant un agent moussant à une barbotine à base de poudre du matériau réfractaire de base Cette couche de mousse, en raison de l'air qu'elle renferme, est beaucoup plus isolante que le
matériau réfractaire dense.
Par exemple dans le cas de la silice, la conductivité du matériau dense est de 0,7 W/m K à 700 C, tandis que la condictivité de la
mousse est inférieure à 0,2 W/m K à 700 C.
La condluctivité globale du matériau ccmposite de l'invention dépend naturellement des épaisseurs respectives des couches denses 1 et 2, de la couche de mousse 3 Plus l'éepaisseur de mousse est importante en proportion de l'épaisseur totale, plus la conductivité thermique
sera basse.
A titre d'exemple, on a réalisé un matériau composite réfractaire de silice vitreuse présentant un coefficient d'environ 0,25 W/m K à 700 C, c'est-à-dire, sensiblement trois fois plus isolant que la
silice dense.
Le matériau est obtenu de préférence en remplissant un moule correspondmant à la pièce d'une barixttine préparée à partir du matériau dense, et en laissant prendre cette barbotine pendant une certaine durée Une couche solide, ou du moins pâteuse, se forme sur les parois internes du moule, tandis que la partie centrale reste liquide Par vidage on élimine la barbotine restée liquide On rerplit alors le moule avec barbotine à la mousse pour constituer l'âme du matériau composite Du fait que la partie dense n'est pas encore prise, la liaismon entre les couches extérieures et l'âme, s'effectue par interprinétration des couches denses 1 et 2 et de
l'âme.
Ceci permet d'obtenir un matériau ccrposite monolithe.
On laisse prendre l'ensemble, puis on le démoule afin d'obtenir la
pièce crue qui sera frittée par cuisson.
L'invention permet d'obtenir des pièces de forme simple, comme des
plaques, des cylindres ou camplexes, (goulottes, chéneaux).
Le matériau présente une surface lisse, qui ne s'effrite pas et
résiste à la corrosion et à l'érosion par les métaux.
Il s'applique partiaculièrement à la réalisation de gaulottes, de k 2671796 dchéneaux pour la fonderie Il peut également s'appliquer à la confection de pièces requérant des caractéristiques mécaniques élevées en surface alliant un excellente isolation thermique, par exemple pièces de forme pour le revêtement de four de traitement thermique. A titre illustratif, on a reréeenté sur la figure 2 une section transversale d'un chéneau de coualée destiné à la coulée de l'alnminilm Il est constitué d'une couche extérieure dense 1, en silioe vitreuse dense, entourant une mousse de silice 3 formant une isolation thermique En position d'utilisation le chéneau est généralement monté dans une carcasse metallique 4 Une couche de fibres céramiques 5 est disposée entre la carcasse métallique et le chéneau. l Yv,3 a > 1 IA'I À( 1 i 1 Matériau réfractaire monolithe caractérisé en ce qu'il est constitué d'au moins une couche ( 1,2) d'un premier matériau réfractaire dense, et d'une couche de matériau réfractaire moussé d'un second matériau réfractaire ( 3) liée à ladite cudche ( 1,2) de
matériau dense.
2 Matériau monolithe co Eposite réfractaire selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'il est constitué de deux couches extérieures ( 1,2) d'un premier matériau réfractaire dense, et d'une couche de matériau réfractaire mousse ( 3) d'un second matériau réfractaire intercalée entre les couches extérieures ( 1) et ( 2) et liée à ces
couches de matériau dense.
3 Matériau réfractaire selon la revprnication 1 ou 2 caractérisé en ce que le matériau de la couche extérieure ( 1,2) et / ou le matériau de la couche de matériau moussé ( 3) comportent une charge pouvant contenir au moins un adjuvant choisi dans le groupe constitué par les terres réfractaires, les oxydes métalliques et cce Tosés d' oxydes, les carbuires, les borures, les oxynitrures de silicium, les sialons, et les produits de d 4 écox osition thermique
des carbosilanes.
4 Matériau réfractaire selon l'une quelccnque des revendications 1
à 3, caractérisé en oe que le matériau de la ccuche extérieure ( 1,2) et/ou le matériau de la couche de matériau mnsse ( 3) sont à
base de silice vitreuse.
Procédé de réalisation d'un matériau composite réfractaire monolithe isolant, caractérisé en oe que l'on remplit un moule d'une barbotine destinée à obtenir un matériau dense, en ce qu'on laisse prendre cette barbotine pendant une certaine durée, qu'on élimine la barbotine restée liquide par vidage, et qu'on remplit le
mouile avec la mousse pour constituer 1 'âme ( 3) du matériau.
6 Pièce réalisée en matériau réfractaire, caractérisée en ce que
ledit matériau est le matériau selon l'une des revendications
1 à 4.
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