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Gene Or Protein
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Refractaire
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Etre
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DANS
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Bric
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Tre
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Lic
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Molecule
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oxygen
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water
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DES
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gold
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boric acid
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boron
(1)
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monter
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iron
(1)
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Physical
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7,5 microns
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1,2 %
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0,9 %
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30 %
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1 cm
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2 cm
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4,5 cm
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12,9 %
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20,1 %
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20,8 %
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45 %
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84 %
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63 %
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55 %
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16 %
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37 %
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Generic
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metals
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Polymer
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Rayon
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Publication
_________________________________________________________________
Number FR2518239A1
Family ID 2014731
Probable Assignee Air Liquide
Publication Year 1983
Title
_________________________________________________________________
FR Title PROCEDE ET DISPOSITIF DE FRITTAGE DE PAROIS REFRACTAIRES
Abstract
_________________________________________________________________
L'INVENTION CONCERNE LA FABRICATION DE PAROIS REFRACTAIRES.
SELON LE PROCEDE, ON CHAUFFE LA PAROI 2 CONSTITUEE DE MATERIAUX
REFRACTAIRES A UNE TEMPERATURE SUFFISANTE POUR PROVOQUER LE FRITTAGE
DES MATERIAUX, AU MOINS SUR UNE FACE INTERNE 4 DE LADITE PAROI. POUR
ASSURER CE CHAUFFAGE, ON CREE UNE FLAMME 10 DE GAZ COMBUSTIBLE ET
D'oxygen, DANS UN VOLUME PARTIELLEMENT FERME AU VOISINAGE DE LA PAROI
A FRITTER, ET ON INJECTE UN GAZ DE DILUTION ENTRE LA FLAMME ET LA
PAROI, AU MOINS DANS LA PREMIERE PARTIE DE LA MONTEE EN TEMPERATURE.
LE PROCEDE S'APPLIQUE AU FRITTAGE DES PAROIS DE RECIPIENTS UTILISES EN
METALLURGIE, NOTAMMENT DE FOURS A INDUCTION.
Description
_________________________________________________________________
18239
La presente invention concerne la fabrication de parois refractaires
Elle a pour objet un procede et un dispositif
pour realiser le frittage de parois refractaires et elle s'ap-
plique plus particulierement au frittage des parois des reci-
pients utilises en metallurgie pour contenir, chauffer ou traiter
des metals a l'etat liquide.
De tels recipients sont constitues a partir de melanges de
composes refractaires sous forme de pises compactes par damage en-
tre l'enveloppe exterieure du recipient et un gabarit metallique
contenant le materiau du cote interne de la paroi, ou des bric crues
empilees ou encore de revetement refractaire applique par projection
sur un support rigide Ces materiaux refractaires sont soumis a un
traitement de frittage qui est indispensable pour assurer
a la paroi refractaire une certaine solidite mecanique avant sa pre-
xmiere utilisation Bais ce -traitement n'a pas que des avantages, et
les conditions de frittage ont une incidence importante sur les pro-
prietes des parois obtenuea, en particulier sur la duree de vie des
parois des recipients metallurgiques.
D'une maniere generale, les materiaux refractaires que l'on utilise
dans ce genre d'applications, le plus souvent des oxydes metalliques
tels que silice, alumine, magnesie, zircone, demandent des
temperatures de frittage de l'ordre de 1500 A 17001 C que l'on
sait realiser dans des fours electriques d'une maniere homogene.
Mais le chauffage en four electrique ne convient pas a ce type d'ap-
plications.
Dans le cas de recipients tels que les poches et fours me-
tallurgiques, dont la destination est de contenir du metal liquide,
on s'est oriente vers un frittage in situ.
Dans le cas des fours a induction, ce frittage est obtenu par
chauffage au moyen d'un bruleur air-gaz amene dans le recipient
au voisinage de la face interne des parois avant d'introduire le me-
tal permettant le chauffage par induction, qui peut etre initialement
froid et solide ou deja liquefie.
Dans le cas e 3 poches,ce frittage est obtenu par chauffage au moyen
d'un bruleur air-gaz amene dans le recipient au voisinage
18239
de la face interne des parois Cabais les bruleurs utilises ne per-
mettent pas de depasser des temperatures de l'ordre de 12000 C, et
dans tous les cas, c'est donc du metal a l'etat liquide, vers 15000 C,
qui est en contact avec les parois refractaires lorsque pourrait
commencer le frittage; ce metal liquide provient ega-
lement de la fusion du gabarit non recuperable, fusion qui inter-
vient avant le debut du frittage proprement dit De ce fait, on ne peut
eviter qu'il se produise des infiltrations de metal liquide
a travers les materiaux refractaires pulverulents, non encore frit-
tes.
Ces infiltrations presentent bien des inconvenients pertes inutiles de
metal, pertes d'energie, progression irreguliere et incertaine du
"frittage" dans l'epaisseur des parois, faiblesses
mecaniques et ponts thermiques a travers le refractaire, usure pre-
maturee du refractaire, corrosion importante et meme, risques de voir
des metal atteindre l'inducteur et les conduites
d'water de refroidissement entourant les recipients, risques de per-
ceessi-l'on ne maintient pas une garde de zone pulverulente d'epais-
seur suffisante autour de la zone frittee Comme le front de frittage
limite entre ces deux zones, progresse a chaque utilisation du re-
cipient, lors d'un chauffage par induction du metal liquide qu'il
recoit, les infiltrations representent un facteur primordial dans la
limitation de la duree de vie des parois Cette methode presente
egalement l'inconvenient de ne jamais pouvoir recuperer le gabarit.
la presente invention permet d'eviter les inconvenients
qui viennent d'etre rappeles par le fait que contrairement aux tech-
niques de l'art anterieur, elle permet de realiser le frittage des
parois des recipients, in situ sur leur face interne, avant tout
contact avec un metal liquide, dans des conditions de temperature et
d'homogeneite qui empechent ensuite les infiltrations et limitent
la corrosion.
le procede de frittage de parois refractaires, objet de
l'invention, suivant lequel on constitue lesdites parois de mate-
riaux refractaires que l'on chauffe ensuite a une temperature suf-
fisante pour provoquer le frittage des materiaux, au moins sur une
face interne desdites parois, est caracterise en ce que pour assurer
ce chauffage, on eree lune flaxmme de gaz combustible et d'oxygen,
dans un volume partiellement ferme au voisinage de la paroi a frit-
ter, et gold injecte un gaz de dilution entre la flamme et la paroi,
au moins dans la premiere partie de la montee en temperature. Suivant
d'autres caracteristiques du procede, le gaz de dilution est notamment
de l'air: il est avantageusement injecte coaxialement autour de la
flamme, et l'on peut controler la montee en temperature en reglant la
puissance de la flamme par les debits
respectifs d'oxygen et de gaz combustible et, d'autre part, le de-
bit de gaz de dilution injecte, de maniere a elever progressivement la
temperature de la paroi de facon homogene depuis la temperature amb
Lante ou une vabur d'au plus 500 a 1000 C jusqu'a une temperature de
frittage comprise entre 1500 et 2000 C, et de preference de l'ordre de
1600 A 1700 C, et on maintient cette temperature pendant un laps
de temps.
L'invention a aussi pour objet un dispositif pour le frittage de
parois refractaires, caracterise en ce qu'il comporte des moyens de
fermeture partielle d'une enceinte au voisinage d'une paroi a
fritter pour maintenir une legere surpression, un brileur a gaz com-
bustible et oxygen pour creer une flamme dans cette enceinte et des
moyens d'injection d'Ln gaz de dilution entre la flamme et ladite pa-
roi Lesdits moyens de fermeture peuvent etre notamment constitues par
un chapeau adaptable sur l'ouverture d'un recipient metallurgique,
dans l'application au frittage des parois de tels recipients, sur leur
face interne.
Dans la mise en oeuvre de l'invention, l'injection d'un gaz de
dilution n'apporte pas seulement une facilite de controle de la
temperature par reglage du debit injecte Elle a en outre pour ef-
fet, en diffusant la chaleur de la flamme et en augmentant le vo-
lume des fumees, d'assurer une grande homogeneite du chauffage sur
toute la surface de la paroi traitee On peut aussi avantageusement
et dans un but de securite, utiliser les fluides gazeux (par exem-
ple l'air et l'oxygen) comme refroidissement du bruleur en rempla-
cement de l'water.
l'invention sera maintenant plus completement decrite en se referant a
un mode de mise en oeuvre particulier choisi a titre d'exemple non
limitatif et a un mode de realisation particulier,
egalement non limitatif du dispositif selon l'invention tel que re-
presente sur la figure unique jointe dans une vue schematique en
coupe verticale profilee.
Conformement a cette figure l'invention est appliquee, dans le cas
particulier considere, au frittage des parois refractaires d'un
recipient metallurgique Il s'agit plus precisement d'un four
a inductions creuset ide forme generale cylindrique, qui est desti-
ne a contenir un metal a l'etat liquide, maintenu dans cet etat par
chauffage a travers sa paroi 2, par induction sur le metal liquide
au moyen d'un inducteur 3 entourant le four et refroidi par circula-
tion d'water.
La paroi 2 est constituee d'un pise refractaire, partiel-
lement fritte a partir de sa face interne On sait que le front de
frittage progresse de la face interne vers l'exterieur du four a
chaque utilisation du four et que la duree de vie de la paroi est
directement liee a cette progression Il est en effet essentiel qu'il
subsiste une zone pulverulente, non frittee, du cote exterieur de la
paroi, pour assurer l'isolation thermique et constituer uregarde
aux infiltrations eventuelles de metal liquide Mais l'invention per-
met de realiser un premier frittage des parois sur une epaisseur va-
riable, sur toute la surface de leur face interne 4, avant toute
mise en contact avec du metal liquide.
Ce frittage est realise au moyen d'un dispositif comportant
essentiellement un bruleur 5 monte sur un support qui est realise sous
la forme d'un chapeau 6 adaptable sur le four 1, de maniere a couvrir
l'ouverture superieure de ce dernier lorsque ce chapeau est en place
sur le four, la fermeture de l'enceinte interieure n'est
cependant pas complete car il subsiste une communication avec l'exte-
rieur au niveau d'orifices 7 d'extraction des-fumees.
Le bruleur 5 est du type oxygen-gaz L'oxygen comburant est admis par
une conduite 8 et le gaz combustible par une conduite 9 jusqu'a la
flamme 10 qui se situe bien entendu a l'interieur de l'enceinte formee
par le four et son chapeau Mais il est prevu en outre, une injection
annulaire de gaz de dilution autour de la flamme Ce gaz est de l'air
qui est introduit par une conduite 11
debouchant dans un espace annulaire 12 coaxial aux conduites 8 et 9.
La paroi 2 du four est formee initialement par damiage a sec d'un pise
refractaire a base de silice entre l'enveloppe exterieure
13 du four et un gabarit metallique provisoire et recuperable con-
tenant le materiau du cote interne de la paroi On peut utiliser des
pises classiques du commerce, qui contiennent en general 1,2 % d'a-
cide borique, mais on prefere choisir des pises a faible teneur en
elements mineralisateirs, soit par exemple un pise siliceux conte-
nant de 0,3 a 0,9 % d'boric acid ou son equivalent en boron d'anhy-
dride borique, voire un pise sans element mineralisateur.
Le gabarit metallique (non represente sur la figure) est retire avant
que le chauffage necessaire au frittage puisse provoquer
sa fusion En general, on le retire apres qu'un chauffage prelimi-
naire ait assure la cohesion du pise par le liant organique ou l'a-
gent mineralisateur qu'il peut contenir Ce chauffage preliminaire
peut lui-meme etre realise au moyen du meme equipement que le frit-
tage On peut egalement retirer la gabarit avant toute montee en
temperature.
En effet, la combinaison du bruleur oxygen-gaz et de l'in-
jection coaxiale annulaire d'air permet de regler la temperature de
la paroi refractaire, sur sa face interne, dans un chauffage pro-
gressif suivant une evolution contolee avec precision, depuis prati-
quement la temperature ambiante jusqu'a la temperature de frittage,
meme lorsque celle-ci doit etre elevee: 19000 C par exemple pour
certains produits.
Dans le cas d'un pise siliceux choisi comme exemple, on fait monter la
temperature au rythme de 2000 C par heure, on enleve le gabarit a 4000
C, et au moment du frittage, on respecte un palier d'une heure a 16 D
O C avant de laisser la paroi se refroidir On peut d'ailleurs aussi
controler la descente de temperature et maintenir le bruleur allume
pour conserver le four chaud jusqu'a l'introduction
du metal.
Pendant tout le temps de chauffage, la puissance de la flamme est
reglee par les debits de gaz combustible et d'oxygen admis au bruleur
De plus, on regle les debits relatifs pour que la combustion soit
toujours oxydante, afin d'eviter une reduction du refractaire Tant que
de llair est injecte simultanement autour du
bruleur, la flamm chauffe cet air, et l'on realise ainsi un genera-
teur d'air chaud a l'interieur du four, dans l'enceinte partiellement
fermee, avec une temperature d'air reglable et homogene.
On assure l'homogeneite du chauffage des parois a fritter par cette
injection d'air pendant une premiere etape de la montee
en temperature, par exemple jusqu'a 11000 C A partir de cette tempe-
rature, on arrete l'injection d'air tout en poursuivant le reglage de
la puissance de la flamme pour suivre le programme de montee en
temperature Pendant cette seconde etape du chauffage, l'homogeneite de
la temperature en surface de la paroi a fritter est assuree par le
rayonnement du refractaire La temperature de la paroi peut etre
mesuree par un couple thermoelectrique chromel-alumel place contre
la paroi jusqu'a 11000 C, et par un pyrometre optique au-dela.
Le procede applique permet d'assurer le frittage de la paroi sur sa
face interne, d'assurer ainsi la solidite mecanique et
la fermeture des porosites, avant tout contact avec du metal liquide.
La suppression des risques d'infiltration augmente considerablement la
duree de vie des parois On a constate par exemple, dans le cas de
fours a induction, des reductions energetiques de 20 a 30 % La
precision du reglage de la temperature et l'homogeneite permettent
d'assurer mieux que les techniques anterieures une grande resistance
mecanique et une' bonne resistance en surface aux chocs thermEiques et
a la corrosion L'analyse du'refractaire fritte montre l'absence
de phase vitreuse et une transformation complete du quartz en cris-
tobalite La qualite de la paroi fritteeen surface est egalement
demontree par des mesures de porosite qui ont donne les resultats
ci-apres Distance de la face interne: O a 1 cm 1 a 2 cm 3,5 a 4,5 cm
Porosite totale: 12,9 % 20,1 % 20,8 % dont: rayon &#x003E; 7,5
microns: 45 % 84 % 63 % rayon &#x003C; 7,5 microns: 55 % 16 % 37 %
18239
On remarque la faible porosite totale sur l'ensemble de
la couche frittee, et surtout la faible part prise par les macropo-
rosites a l'endroit du front de frittage.
Naturellement, l'invention n'est pas limitee a l'exemple de mise en
oeuvre qui a ete decrit en detail ci-dessus Le procede de l'invention
peut etre applique d'une maniere analogue au frittage
in situ d'autres recipients refractaires, au frittage de pises pro-
jetes pour la reparation de poches metallurgiques ou autres recipients
par projection mais aussi pour le frittage de bric crues ou de blocs
monolithiques pour remplaeer des refractaires defectueux, etc
Claims
_________________________________________________________________
REVENDICATIONS
1 Procede de frittage de-parois refractaires, suivant le-
quel on constitue lesdites parois de materiaux refractaires que l'on
chauffe ensuite a une temperature suffisante pour provoquer le
frittage de materiaux, au moins sur une face interne desdites parois,
caracterise en ce que pour assurer ce chauffage, on cree une flamme de
gaz combustible et d'oxygen, dans un volume partiellement ferme au
voisinage de la paroi a fritter, et l'on injecte un gaz de dilution
entre la flamme et la paroi, au moins dans la premiere partie de la
montee en temperature.
2 Procede suivant la revendication 1, caracterise en ce
que le gaz de dilution est injecte coaxialement autour de la flamme.
3 Procede suivant la revendication 1 ou 2, caracterise en
ce que l'on regle la puissance de la flamme et le debit de gaz de di-
lution injecte de maniere a elever progressivement'latemperature de la
paroi depuis la temperature ambiante ou une valeur d'au plus 500 a
10000 C jusqu'a une temperature de frittage comprise entre 1500 et
20000 C, et de preference de l'ordre de 1600 A 17000 C, et on
maintient cette temperature pendant un laps de temps.
4 Procede suivant la revendication 1, 2 ou 3, caracterise en ce que le
materiau de la paroi est un pise refractaire a faible
teneur en elements mineralisateurs.
Procede suivant l'une quelconque des revendications 1
a 4, caracterise en ce que l'on assure l'injection de gaz de dilu-
tion pendant une premiere etape de la montee en temperature, jusqu'a
environ 11000 C.
6 Procede suivant l'une quelconque des revendications 1 a
, caracterise en ce que le gaz de dilution est de l'air.
7 Procede suivant l'une quelconque des revendications 1 a
6, selon lequel la paroi est conformee a l'aide d'un gabarit metal-
lic, caracterise en ce que l'on degage ledit gabarit au plus tard
lorsque la temperature a atteint environ 4000 C. 8 Procede suivant la
revendication-7, caracterise en ce que
l'on degage ledit gabarit avant toute montee en temperature.
9 Dispositif pour le frittage de parois refractaires par
le procede selon l'une quelconque des revendications 1 a 8, carac-
terise en ce qu'il comporte des moyens ( 6) de fermeture partielle
d'une enceinte au voisinage d'une paroi a fritter ( 2), un bruleur (
5) a gaz combustible et oxygen pour creer une flamme ( 10) dans cette
enceinte, et des moyens ( 11) d'injection d'un gaz de dilution
entre la flamme et ladite paroi.
1 C Dispositif pour le frittage de parois refractaires se-
lon la revendication 9, caracterise en ce que lesdits moyens de iron-
meture sont constitues par un chapeau ( 6) adaptable sur l'ouverture
d'un recipient metallurgique ( 1), pour le frittage de ses parois sur
leur face interne ( 4).
11 Dispositif pour le frittage de parois refractaires se-
lon la revendication ? ou 10, caracterise en ce qu'il comporte en
outre des moyens de reglage des debits relatifs de gaz combustible et
d'oxygen admis au bruleur et du debit de gaz de dilution injecte, en
fonction d'un programme de montee en temperature de la paroi a
fritter.
12 Dispositf pour le frittage de parois refractaires se-
lon la revendication 9, 10 ou 11, caracterise en ce qu'il comporte
en outre des moyens de mesure de la temperature de la paroi a fritter.
? ?
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