FR2696444A1 - Binder for ceramic masses. - Google Patents
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Abstract
Ce liant possède les caractéristiques suivantes: il est composé d'au moins un oxyde réfractaire et il présente une courbe granulométrique qui se raccorde de façon sensiblement continue à l'extrémité concernant la granulométrie fine, de la courbe granulométrique de la masse céramique et recouvre alors, conjointement avec la masse céramique, un spectre granulométrique situé entre 0 et la taille de grain maximale de la masse céramique, d'au moins 98 % en poids.This binder has the following characteristics: it is composed of at least one refractory oxide and it has a particle size curve which is connected in a substantially continuous manner to the end concerning the fine particle size, of the particle size curve of the ceramic mass and then covers , together with the ceramic mass, a particle size spectrum between 0 and the maximum grain size of the ceramic mass, of at least 98% by weight.
Description
LIANT POUR MASSES CERAMIQUESBINDER FOR CERAMIC MASSES
L'invention concerne un liant pour des masses cérami- The invention relates to a binder for ceramic masses
ques à base d'oxydes réfractaires. based on refractory oxides.
On connaît différents types de liants pour la prépara- Various types of binders are known for the preparation of
tion de masses céramiques réfractaires Appartiennent à ce Ux- ci, par exemple, les sulfates, les phosphates, les ciments This includes, for example, sulphates, phosphates, cements,
de verre soluble, les alumines et/ou les substances conte- soluble glass, alumina and / or
nant du carbone Dans le dernier, on vise en règle générale In the latter, we generally aim at
à obtenir une "liaison carbone"; on parle en partie égale- to obtain a "carbon bond"; we speak in part
ment d'une "structure carbone" qui se constitue pendant le of a "carbon structure" which is formed during the
processus de pyrolyse.pyrolysis process.
Dans les autres cas, il s'agit de liants plus ou moins In other cases, it is more or less
temporaires dont l'utilisation pose, entre autres, les pro- the use of which involves, inter alia,
blèmes suivants:following problems:
Sous l'effet de la température, les liants se vapori- Under the effect of temperature, binders vaporize
sent plus ou moins tôt, de sorte que, dans la structure de la masse, respectivement de la pièce façonnée fabriquée à partir d'elle, se constitue une porosité correspondante, qui est souvent indésirable Ainsi, une porosité élevée mène, en règle générale, également à une diminution de la résistance à more or less early, so that in the structure of the mass, respectively of the shaped part manufactured from it, is formed a corresponding porosity, which is often undesirable Thus, a high porosity leads, as a rule, also to a decrease in resistance to
la filtration et à la corrosion.filtration and corrosion.
L'autre problème réside dans le fait que les liants The other problem is that binders
connus diminuent fréquemment de façon indésirable la résis- known frequently decrease undesirably the resistance
tance au feu de la masse (de la pièce façonnée) correspondante. fire resistance of the corresponding mass (of the shaped part).
L'invention a ainsi pour but de proposer un liant pour des masses céramiques à base d'oxydes réfractaires, qui,après The object of the invention is therefore to propose a binder for ceramic masses based on refractory oxides, which, after
addition à une masse céramique et le cas échéant après prépa- addition to a ceramic mass and, where appropriate, after
ration de pièces façonnées, assure une bonne résistance à cru et une bonne résistance à la chaleur du produit Les dernières propriétés citées ci-dessus et spécifiques à l'application, telles que la résistance à la filtration, la résistance à la parts, provides good green strength and good heat resistance of the product The last properties mentioned above and specific to the application, such as the resistance to filtration, the resistance to
corrosion, etc, doivent être obtenues dans la mesure du pos- corrosion, etc., must be obtained to the extent
sible ou même améliorées.sible or even improved.
Concernant la solution de ce problème, on est parti de la considération suivante:-les masses céramiques réfractaires Regarding the solution of this problem, we started from the following consideration: -the refractory ceramic masses
classiques, telles qu'utilisées dans la technique sont compo- conventional techniques as used in the art are
sées d'une matrice granuleuse, présentant une courbe granulo- granular matrix with a granular
métrique largement continue Le terme "largement continue" siggnifie alors qu'il n'y a aucune lacune importante entre les grains Du point de vue de la technique de fabrication, il s'a-5 vère cependant qu'en partant de grains très gros, on n'obtient pas une courbe granulométrique continue descendant jusqu'à " O ". largely continuous metric The term "largely continuous" signifies that there is no significant gap between the grains From the point of view of the manufacturing technique, however, it is necessary that starting from very large grains it does not obtain a continuous grain size curve down to "O".
Bien plus, la courbe granulométrique caractéristique finit à une certaine distance de la "valeur 0 "; en règle générale, à à peu près 10 à m Um C'est-à-dire que typiquement 96 à 98 % en poids de la masse céramique se situent à l'intérieur des limites inférieure ou supérieure précitées de 'la granulométrie, tandis que le reste est composé partiellement d'impuretés et partiellement de grains de taille supérieure ou inférieure. Ceci étant considéré, l'invention part de la considération Moreover, the characteristic grain size curve ends at a certain distance from the "0 value"; as a rule, at about 10 to 10 m. That is, typically 96 to 98% by weight of the ceramic mass is within the aforementioned lower or upper limits of particle size, while the remainder is partially composed of impurities and partially grains of larger or smaller size. This being considered, the invention starts from the consideration
supplémentaire que le liant doit se raccorder, pour ce qui con- the binder must be connected, as far as
cerne sa composition, à la courbe granulométrique de la masse céramique, afin de continuer celle-ci de façon continue "vers le bas", autant que possible jusqu'à " O " Dans ce cas, le liant peut et doit également être composé d'oxydes réfractaires, de sorte qu'il ne s'établit pas de liaison purement céramique lors its composition, to the granulometric curve of the ceramic mass, to continue it continuously "downwards", as far as possible until "O" In this case, the binder can and must also be composed of refractory oxides, so that a purely ceramic bond is not established
de la cuisson et que toute combustion des composants thermique- of cooking and that any combustion of the thermal components
ment volatiles est empêchée.volatile is prevented.
La partie de liant qui fait par exemple entre 2 et 15 % en poids de la masse totale peut être préparée dans un procédé tout différent, pour obtenir les fractions granulométriques The binder portion which is, for example, between 2 and 15% by weight of the total mass may be prepared in an entirely different process, to obtain the particle size fractions.
fines souhaitées.desired fine.
Les oxydes réfractaires du liant peuvent alors être obtenus The refractory oxides of the binder can then be obtained
à titre de produits de vaporisation réoxydés, lors de la fu- as reoxidized vaporization products, during the fu-
sion réductrice des supports à base d'aluminium de chrome ou reducing the chromium aluminum supports or
de magnésium, dans des fours à arc électrique. magnesium, in electric arc furnaces.
Par conséquent, l'invention concerne un liant pour masses Therefore, the invention relates to a binder for masses
créamiques à base d'oxydes réfractaires, la structure granulo- of refractory oxides, the granular structure
métrique de la masse suivant une courbe granulométrique large- metric mass according to a wide granulometric curve
ment continue, et présentant les caractéristiques suivantes: le liant est composé d'au moi ns un oxyde réfractaire et le liant présente une courbe grarnulométrique qui se raccorde de façon sensiblement continue à l'extrémité concernant la continuously, and having the following characteristics: the binder is composed of at least a refractory oxide and the binder has a gramulometric curve which connects substantially continuously to the end concerning the
granulométrie fine, de la courbe granulométrique de la mas- fine particle size, the grain size curve of the mas-
se céramique et recouvre alors, conjointement avec la masse céramique, un spectre granulométrique situé entre O et la taill Je de grain maximale de la masse céramique, d'au moins is ceramic and then covers, together with the ceramic mass, a particle size spectrum between 0 and the maximum grain size of the ceramic mass, at least
98 % en poids.98% by weight.
Dans le cas idéal, on obtient une courbe granulométrique In the ideal case, a granulometric curve is obtained
continue de "O" jusqu'à une granulométrie maximale, la plage de la granulométrie inférieure du liant et la plage de granu- continues from "O" up to a maximum particle size, the range of the lower binder size and the granular range.
Jométrie supérieure étant couvertes par' la masse céramique. Une valeur de 100 % en poids constitue alors, dans cette me- sure, une valeur "théorique", parce que des impuretés existent15 en règle générale cri partie, ainsi qu'une grarnulornétrie limite de nature technique dans la plage de la granulométrie fine Upper Jometry being covered by the ceramic mass. A value of 100% by weight then constitutes, in this measure, a "theoretical" value, because impurities exist as a rule, and a limited grarnulometry of a technical nature in the fine particle size range.
(par exemple inférieure à 0,1 lm), pour des raisons technolo- giques. (eg less than 0.1 μm), for technological reasons.
Selon une forme de réalisation avantageuse, on vise alors According to an advantageous embodiment, the aim is then
à une valeur supérieure à 99 % enr poids dans es l i mi tes du spectre granulométrique cité. at a value greater than 99% by weight in the range of the granulometric spectrum cited.
Dans ce sens, il est important pour, le mode d'action du In this sense, it is important for, the mode of action of the
Jliant selon l'invention qu'il recouvre la plage granulornométri- According to the invention, it covers the granulometric range.
que située au-dessous des oxydes réfractaires de la masse cé- below the refractory oxides of the ceramic mass.
ramique, afin de remplir ainsi les "coins" dans la masse avec ramic, so to fill the "corners" in the mass with
des oxydes réfractaires De cette manière, on obtient un de- refractory oxides In this way, one obtains a
gré de remplissage de la structure, à peu près optimal, tant filling of the structure, almost optimal, both
pour' la résistance a cru qu'également sur le produit cuit. for 'resistance believed that also on the cooked product.
Du fait que le liant est composé également d'oxydes réfrac- Since the binder is also composed of refractory oxides
taires, il y a suppression du problème des processus de retrait lors du séchage ou danrs le processus de pyro ly I;e de: masses/ the problem of shrinkage processes during drying or in the pyrolysis process is
corps céramiques Le liant ne contient en effet aucun "cons- ceramics The binder does not contain any
tituant volatile" ou au moins aucun constituant volatile no- volatile constituent "or at least no volatile constituent
table.table.
Il est également renoncé, à dessein, à la teneur en Si O 2 qui est contenue le plus souvent sous forme amorphe dans les liants connus L'inconvénient de ce liant contenant du Si O 2 est son influence défavorable sur la résistance à chaud et la5 résistance à la corrosion à chaud des produits céramiques ainsi fabriqués. It is also intentionally given up to the content of SiO 2 which is most often contained in amorphous form in the known binders. The disadvantage of this binder containing SiO 2 is its adverse influence on the heat resistance and the resistance to hot corrosion of the ceramic products thus produced.
La fraction de Si 02 mène en effet à la réalisation de pha- The fraction of Si 02 leads indeed to the realization of
ses mullitiques et/ou vitreuses dans le produit A partir du its mullitic and / or vitreous in the product From
système de phases A 1203-Si 02, on peut voir que l'on peut comp- phase system A 1203-Si 02, we can see that we can compute
ter avec l'apparition d'une première fusion à à peu près 1595 Celsius, tandis que par exemple de l'A 1203 pur -comme par exemple sous forme d'oxyde réfractaire utilisé dans un liant with the appearance of a first melting at approximately 1595 Celsius, while for example pure A 1203 -as for example in the form of refractory oxide used in a binder
selon l'invention fond ensuite, peu au-dessus de 2000 Celsius. according to the invention then melts, little above 2000 Celsius.
Grace à la configuration selon l'invention du liant, on peut renoncer aux additifs que sont les phosphates ou les alcalis Thanks to the configuration according to the invention of the binder, it is possible to dispense with the additives that are phosphates or alkalis
comme liants au sens classique, qui exercent un effet désa- as binders in the classical sense, which have an adverse effect
vantageux sur la résistance à chaud Les additifs contenant des phosphates, respectivement des alcalis, ne sont contenus, le cas échéant, que dans le sens de former un agent dispersant The additives containing phosphates or alkalis, if any, are contained only in the sense of forming a dispersing agent.
et ainsi également en une quantité d'addition notablement moin- and thus also in a significantly smaller amount of addition.
dre.dre.
Exprimé autrement: du fait que le liant contient de préfé- Expressed otherwise: because the binder preferably contains
rence le même oxyde réfractaire que celui de la masse cérami- the same refractory oxide as that of the ceramic mass
que, ce liant favori se les propriétés de résistance et de cor- that this favorite binder has the properties of resistance and
rosion avantageuses, ainsi que l'effet de barrage aux infil- erosion, as well as the barrier effect
trations des produits ainsi formés. trations of the products thus formed.
Les oxydes réfractaires utilisés dans le liant doivent au- The refractory oxides used in the binder must
tant que possible présenter des densités proches de la densité as far as possible to have densities close to density
pure, de sorte qu'ils ne sont pratiquemernt soumis à aucun re- pure, so that they are practically not subject to any
trait ultérieur La "granulométrie de séparation" entre la The "separation granulometry" between the
masse céramique et le liant est déterminée selon le cas d'ap- ceramic mass and the binder is determined according to the case
plication, usuellement cette granulométrie de séparataion se this separation granulometry is usually
situe à à peu près 10 à 30 Pm.is about 10 to 30 inches.
De mani ère correspondante à une forme de réalisation, se- Correspondingly to an embodiment, se-
lon laquelle 95 % en poids du liant se présente avec une frac- where 95% by weight of the binder is present with a fraction of
tion granulométrique inférieure à la taille de la granulométrie de séparation, ceci signifie, dans le cas d'une granulométrie de séparation de par exemple 30 llm, que 95 % en poids du liant se situent dans une fraction granulométrique 4 30 Him. Comme expliqué ci-dessus, le liant doit avoir une fraction granulométri que choisie de manière qu'il prolonge de façon continue la courbe granulométrique de la masse ceramique correspondante dans la plage de la granulométrie fine La courbe granulomrnétrique du liant peut alors également suivre une cour- be du Fuller.10 Il est particulièrement préféré d'avoir un liant avec un ou plusieurs des oxydes réfractaires suivants: AI 203, Cr 203, In the case of a separation particle size of, for example, 30 μm, this means that 95% by weight of the binder is in a particle size fraction 4 Him. As explained above, the binder must have a granulometric fraction chosen so that it continuously extends the particle size curve of the corresponding ceramic mass in the fine particle size range. The granulometric curve of the binder can then also follow a course. It is particularly preferred to have a binder with one or more of the following refractory oxides: AI 203, Cr 203,
Zr 02, Mg O. Les oxydes réfractaires du liant peuvent être identiques à ceux de la masse céramique réfractaire Il est totalement pos- Zr 02, Mg O. The refractory oxides of the binder may be identical to those of the refractory ceramic mass It is totally possible
sible de préparer une masse céramique contenant par exemple 99 % en poids d'A 1203 et dont le liant est composé également it is possible to prepare a ceramic mass containing, for example, 99% by weight of A 1203 and the binder of which is also composed
pratiquement exclusivement (à quelques impuretés près) de pou- almost exclusively (with some impurities) of
dre de A 1203.from A 1203.
L'utilisation d'oxydes différents pour la formation de cristaux mixtes, par exemple du type A 1203-Cr 203, est cependant The use of different oxides for the formation of mixed crystals, for example of the type A 1203-Cr 203, is however
également située dans le cadre de l'invention Dans le cas pré- also within the scope of the invention In the case of
cité, le point de fusion augmente avec la teneur en Cr 203. cited, the melting point increases with the content of Cr 203.
Selon d'autres caractéristiques de l'invention: les fractions d'oxyde réfractaire forment elles-mêmes et/ou avec les oxydes réfractaires de la masse céramique, According to other characteristics of the invention: the fractions of refractory oxide form themselves and / or with the refractory oxides of the ceramic mass,
de la spinelle.spinel.
l'un ou plusieurs des oxydes réfractaires cités se pré- one or more of the refractory oxides mentioned is
sente (nt) sous la forme de solution colloïdale ou de gel. in the form of colloidal solution or gel.
les particules des composants d'oxyde réfractaire ont été the particles of the refractory oxide components have been
individualisées auparavant en utilisant un agent disper- previously individualized using a dispersing agent
sant. le composant d'oxyde réfractaire se présente en mélange health. the refractory oxide component is in a mixture
homogène avec un agent dispersant.homogeneous with a dispersing agent.
Le comportement du liant peut être optimisé par le fait que ces particules sont dispersées au préalable ou ajoutées à la The behavior of the binder can be optimized by the fact that these particles are dispersed beforehand or added to the
masse céramique conjointement avec un agent dispersant. ceramic mass together with a dispersing agent.
Une dispersion préalable peut s'effectuer par exemple com- me suit: A prior dispersion can be carried out for example as follows:
On prépare un mélange sec composé d'une poudre micromé- A dry mixture composed of a microm
trique oxydante et d'une poudre d'agent dispersant pour former un agrégat mélangé, de manière que l'on ajoute par exemple oxidizing agent and a dispersing agent powder to form a mixed aggregate, such that, for example,
0,6 % de dispersant à base de phosphate à la poudre micromé- 0.6% of phosphate-based dispersant to micromé
trique etl'on mélange pendant 5 mm. and mix for 5 mm.
On peut indiquer comme agent dispersant ajouté au liant par exemple le tripolyphosphate de sodium Le liant peut alors It is possible to indicate as dispersing agent added to the binder for example sodium tripolyphosphate. The binder can then be
être préparé sous forme de mélange ajouté à la masse de la ma- be prepared as a mixture added to the mass of the
trice céramique réfractaire et la masse totale peut être pré- refractory ceramic and the total mass may be pre-
parée avec adjonction d'eau.trimmed with added water.
Selon le domaine d'application, le liant peut également présenter une teneur en agent floculant (de préférence de 0,01 à 1,0 % en poids par rapport au liant), choisie parmi des substances agissant à un moment après lequel la dispersion des Depending on the field of application, the binder may also have a content of flocculating agent (preferably from 0.01 to 1.0% by weight relative to the binder), selected from substances acting at a time after which the dispersion of the
particules a eu lieu Dans ce sens conviennent surtout les sub- In this sense the particles are especially suitable.
stances fournissant des ions calcium, contenus dans des sels stanzas supplying calcium ions, contained in salts
de calcium, ou encore d'autres sels alcalins terreux. calcium, or other earthy alkaline salts.
Enfin, l'invention prévoie également l'adjonction de ce que l'on appelle des agents de conditionnement, qui exercent Finally, the invention also provides for the addition of so-called conditioning agents, which exert
une influence sur le comportement de liaison du liant Appar- influence on the binding behavior of the
tiennent à ceux-ci des accélérateurs de liaisons et des retar- attach to them link accelerators and delays in
dateurs de liaisons selon le cas d'application Pour retarder la liaison, on utilise par exemple des acides carboniques, tels que l'acide citrique On peut également régler à l'aide d'additifs, tels que des dérivés de cellulose, qui exercent une influence sur la capacité de réterision d'eau, la viscosité Depending on the application case, for example, bonding agents are used to delay the bonding. For example, carbonic acids, such as citric acid, may be used. Additives, such as cellulose derivatives, which are influence on the water repetition capacity, the viscosity
et la possibilité de traitement du liant, pour satisfaire à des- and the possibility of treatment of the binder, to satisfy des-
dessein le cas d'application spécifique. design the specific application case.
Des limites de plages de tels agents dispersants, agent floculant et agent de conditionnement, sont indiquées ci-après Range limits of such dispersing agents, flocculating agent and conditioning agent are indicated below.
calculées chaque fois par rapport à la masse totale du liant. calculated each time with respect to the total mass of the binder.
agent dispersant: 0,01 % à 2,0 % agent floculant: 0,01 % à 2,0 % agent de conditionnement: 0,01 % à 2,0 % dispersing agent: 0.01% to 2.0% flocculating agent: 0.01% to 2.0% conditioning agent: 0.01% to 2.0%
la teneur totale des additifs ne devant pas dépasser 6 %. the total content of the additives must not exceed 6%.
L'invention est expliquée ci-après plus en détail à l'aide d'un exemple de réalisation. On dispose d'une masse à base d'alumine d'une granulométrie The invention is explained below in more detail with the aid of an exemplary embodiment. We have a mass of alumina of a particle size
maximale de 3 mm Le spectre gr'anulométrique de la masse céra- maximum of 3 mm. The granulometric spectrum of the ceramic mass
mique réfractaire est le suivant: 3,0 à 1,2 mm 30 % en poids 1,2 à 0,163 mm 48 % en poids 0,063 à 0,005 mm 14 % en poids < 0,005 mm 8 % en poids % en poids On ajoute à cette masse à présent 5 % en poids d'un liant The refractory strength is as follows: 3.0 to 1.2 mm 30% by weight 1.2 to 0.163 mm 48% by weight 0.063 to 0.005 mm 14% by weight <0.005 mm 8% by weight% by weight now 5% by weight of a binder
selon l'invention, composé lui-même également d'une poudre mi- according to the invention, itself also composed of a half
crométrique à base d'alumine, dont 98 % en poids se situent alumina crumble, of which 98% by weight is
dans une fraction granulométrique ( à 0,005 mm. in a particle size fraction (at 0.005 mm.
La figure annexée permet de voir que la coupe granulomé- The attached figure shows that the grain size cut
trique du liant se raccorde de façon quasi continue à la cour- the binder is connected almost continuously to the
be granulométrique de la masse céramique et prolonge celle-ci jusque dans les fractions granulométriques les plus fines be granulometric of the ceramic mass and extends it into the finest particle size fractions
(proches de 0).(close to 0).
Les avantages pouvant être obtenus par l'utilisation du The benefits that can be obtained through the use of
liant selon l'invention sont expliqués de façon détaillée ci- binder according to the invention are explained in detail below.
dessus.above.
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