FR2715928A1 - Masse céramique réfractaire et son utilisation. - Google Patents

Abstract

L'invention a pour objet une masse céramique réfractaire et son utilisation sous forme de briques dans les fours industriels. Cette masse céramique réfractaire est composée de 50 à 97 % en poids de fritté de magnésie (MgO), et de 3 à 50 % en poids d'un spinelle de type herzynite. Cette masse céramique permet d'améliorer les qualités mécaniques des briques de revêtement des parois de fours rotatifs de l'industrie du ciment, ou des fours de l'industrie métallurgique.

Description

L'invention concerne une masse céramique réfractaire,

ainsi que son utilisation.

L'invention concerne spécialement une masse céramique réfractaire basique, à base d'un fritté de MgO (magnésie frittée). Un fritté de MgO est la partie essentielle de tous les produits à base de MgO ou de spinelle de MgO. En tant que minéral, le fritté de MgO est appelé périclase.

La base essentielle de la matière première, pour la fabrication de fritte de MgO, est la magnésite, donc le carbonate de magnésium, qui est aussi une source de magnésie synthétique.

Pour ajuster certaines propriétés du matériau, en particulier pour améliorer la résistance chimique aux scories, pour améliorer la ductilité, ainsi que la résistance aux alternances de températures, on connaît des masses céramiques réfractaires à base de fritté de MgO en combinaison avec différents additifs. Par exemple, on peut citer le minerai de chrome, pour la fabrication de ce que l'on appelle les briques de chromite de magnésie. Leur avantage réside dans une moindre fragilité, ou dans une ductilité plus élevée, vis-à-vis de briques en magnésie pure. Par rapport à des scories non basiques, elles offrent une résistance à la corrosion améliorée.

Bien que de tels produits aient fait leurs preuves en principe, on recherche en permanence à optimiser les masses réfractaires céramiques et les pièces de forme fabriquées à partir de celles-ci. Ainsi, par exemple, pour revêtir des fours industriels, pour lesquels il faut compter avec des sollicitations mécaniques notables du revêtement réfractaire, on tente de développer des produits dont la fragilité soit aussi faible que possible. Par exemple, dans les fours rotatifs de l'industrie du ciment, suite à une déformation du four, peut se produire une sollicitation mécanique notable du revêtement réfractaire, mais également dans les fours de l'industrie de l'acier et des métaux non-ferreux, en particulier, des contraintes thermiques se produisant lors du chauffage et des changements de température causent des problèmes.

Une proportion relativement élevée d'alcalis, ainsi que des conditions réductrices, en particulier du fait du combustible utilisé dans un four industriel, mène à des difficultés en cas d'utilisation de produits contenant du minerai de chrome. La formation de chromate d'alcalis et de sulfate de chrome alcalin, ainsi que l'apparition de chrome de valence 6 constitue surtout un problème d'environnement.

Pour cette raison, on a développé des produits contenant de l'A1203 et ayant été fabriqués par addition d'alumine ou de spinelle de magnésiumaluminium (MgAl204), que l'on a mélangés pour façonner des briques (matrice de MgO). Ces qualités, exemptes d'oxyde de chrome, présentent en partie de très bonnes propriétés mécaniques mais nécessitent des matières premières de haute qualité à différents titres et coûteuses.

Deux compositions typiques d'une masse réfractaire pour la fabrication de briques sont indiquées ci-après.

A B

Magnésie frittée 75 % en poids 93 % en poids Minerai de chrome 25 % en poids Alumine frittée 7 % en poids L'invention a pour but d'offrir une masse réfractaire céramique qui mène, après façonnage en pièce moulée cuite, sur le produit cuit, à l'obtention de bonnes propriétés mécaniques. Surtout, il faut améliorer la ductilité pour pouvoir mettre en oeuvre les produits avantageusement, là o se produisent des contraintes mécaniques et/ou thermiques.

La ductilité (avec comme unité de mesure: le mètre) est indiquée par R'''' et est soumise à la loi ci-après. Gf

R''' '-GfT E [mI on a également la proportionnalité ci-après Gf Go Gf caractérise la résilience (J/m2), GO la résilience à la rupture (J/m2), af la contrainte de rupture (N/m2) et E le module d'élasticité (N/m2).

De manière surprenante, il a été constaté que ce but peut être atteint par la combinaison d'une fritté de MgO avec un spinelle de type herzynite (Mg, Mf) (Fe, Al)204.

Par conséquent, l'invention concerne dans sa forme de réalisation la plus générale une masse céramique réfractaire contenant: a) de 50 à 97 % en poids de fritté de MgO.

b) de 3 à 50 % en poids d'un spinelle de type herzynite.

Le fritté de MgO peut être remplacé en totalité ou en partie par de la magnésie fondue.

Selon une forme de réalisation, les proportions de fritté de MgO sont de 75 à 95 % en poids et celles du spinelle sont de 5 à 25 % en poids.

La composition du spinelle du genre herzynite doit se situer dans les limites ci-après: a) 23 à 55 % en poids de fer, calculés en FeO, b) < 15 % en poids de MgO, c) 45 à 65 % en poids de A1203, d) < 3 % en poids d'impuretés, en particulier SiO2, CaO, Cr2O3, MnO, alcalis.

En règle générale, une partie du fer se présente avec une valence 3 et peut être liée par Mg2+ à titre de cation de valence 2. Une composition donnée à titre d'exemple du spinelle est alors: a) 45 à 50 % en poids de fer total, calculé en FeO, b) 1 à 5 % en poids de MgO, c) 45 à 50 % en poids de A1203, d) < 3 % en poids d'impureté, comme précédemment.

D'autres formes de réalisation de l'invention prévoient d'utiliser le spinelle sous forme de spinelle fondu; de même, on peut également utiliser un spinelle fritté.

Tandis que le fritté de MgO doit être utilisé en une fraction granulaire < 8 mm, de préférence < 4 mm, il s'est avéré pertinent d'utiliser le spinelle en une fraction inférieure par rapport au fritté de MgO, la limite supérieure du grain devant se situer à 3 mm, de préférence à 2 mm.

On peut alors utiliser une fraction de grain du fritté de MgO sous forme de grain à fraction fine < 125 gm, cette proportion rapportée à la masse totale, de 10 à 35 % en poids, selon une forme de réalisation, peut s'élever de 15 à 30 % en poids.

Les mécanismes de réaction et de frittage ne sont pas encore éclaircis complètement dans le détail. Les propriétés mécaniques améliorées requises et atteintes peuvent s'éclairer, d'après les connaissances actuelles, par le fait qu'il ne s'effectue aucun frittage complet dense entre les composants individuels de la masse, de sorte que, également, le corps moulé réfractaire cuit, fabriqué à partir de la masse, possède une certaine "élasticité" (flexibilité). Des fissures se forment en tous cas sous charge mécanique, du fait des différences entre les modules d'élasticité du fritté, respectivement du spinelle.

Les briques réfractaires cuites, fabriquées en utilisant la nouvelle masse, présentent une ductilité nettement améliorée, ce pourquoi il est renvoyé à l'exemple de réalisation ci-après, ainsi qu'aux valeurs comparatives concernant des briques, obtenues avec les compositions A et B. La masse selon l'invention est alors de 59 % en poids de magnésie frittée de granulométrie > 125 jm et < 4 pm, ainsi que 28 % en poids de magnésie frittée en fraction granulaire < 125 Mm. On ajoute par mélange à cette matrice 13 % en poids d'un spinelle du genre herzynite avec à peu près 47 % en poids de fer total calculé en FeO, 3 % en poids de MgO, 48 % en poids de A1203, le reste étant des impuretés. On traite la masse ensuite de la façon usuelle, on la comprime en briques et on la cuit.

L'analyse chimique a donné (en % en poids) : % en poids SiO2 0,53 Fe203 11,55 A1203 6,26 CaO 1,77 MgO 79,25 le reste étant constitué par des impuretés.

La brique C selon l'invention a été comparée à des briques analogues de compositions A et B, les valeurs R''' ayant été déterminées. Ces valeurs se rapportent ci-après à la valeur R'''' maximale et ont été mesurées à la température ambiante:

A B C R'ill

----- - 100 % 72 55 100 R'''' max Il en résulte que la brique fabriquée à partir de la masse réfractaire selon l'invention présente une ductilité nettement améliorée par rapport à l'état de la technique.

Claims (10)

REVENDICATIONS

1. Masse céramique réfractaire, composée de a) 50 à 97 % en poids de fritté de MgO.

b) 3 à 50 % en poids d'un spinelle de type herzynite.

2. Masse selon la revendication 1, composée de a) 75 à 95 % en poids de fritté de MgO.

b) 5 à 25 % en poids d'un spinelle de type herzynite.

3. Masse selon la revendication 1 ou 2, le spinelle étant composé de: a) 23 à 55 % en poids de fer, calculés en FeO, b) < 15 % en poids de MgO c) 45 à 65 % en poids de A1203 d) < 3 % en poids d'impuretés.

4. Masse selon la revendication 3, le spinelle étant composée de a) 45 à 50 % en poids de fer, calculés en FeO b) 1 à 5 % en poids de MgO c) 45 à 50 % en poids de A1203 d) < 3 % en poids d'impuretés.

5. Masse selon l'une quelconque des revendications 1 à 4, dans laquelle le spinelle est un spinelle fondu.

6. Masse selon l'une quelconque des revendications 1 à 5, dans laquelle le fritté de MgO se présente sous forme d'une fraction granulaire < 8 mm et le spinelle en une fraction granulaire < 3 mm.

7. Masse selon la revendication 6, dans laquelle le fritté de MgO se présente dans une fraction granulaire < 4 mm et le spinelle en une fraction granulaire < 2 mm.

8. Masse selon l'une des revendications 1 à 7, dans laquelle de 10 à 35 % en poids sont composés d'un fritté de MgO en une fraction granulaire < 125 Mm.

9. Masse selon l'une quelconque des revendications 1 à 8, dans laquelle le fritté de MgO est remplacée en totalité ou en partie par une magnésie fondue.

10. Utilisation de la masse selon l'une quelconque des revendications 1 à 9, pour la fabrication de pièces moulées réfractaires cuites.