FOURCADE, Julien (70 Commons Drive, Apt. 31Shrewsbury, Massachusetts, 01545, US)
CITTI, Olivier (1 Avon rd, Wellesley, Massachusetts, 02482, US)
FOURCADE, Julien (70 Commons Drive, Apt. 31Shrewsbury, Massachusetts, 01545, US)
| REVENDICATIONS
1. Produit fritte élaboré à partir d'une charge de départ contenant 75 à 99% de zircon, en pourcentage massique sur la base des oxydes, et présentant la composition chimique pondérale moyenne, en pourcentages massiques sur la base des oxydes, suivante :
60% < ZrO 2 < 72,8%, 27% < SiO 2 < 36%,
0,1 % < B 2 O 3 + GeO 2 + P 2 O 5 + Sb 2 O 3 + Nb 2 O 5 + Ta 2 O 5 + V 2 O 5 , 0,1 % < ZnO + PbO + CdO,
B 2 O 3 + GeO 2 + P 2 O 5 + Sb 2 O 3 + Nb 2 O 5 + Ta 2 O 5 + V 2 O 5 + ZnO + PbO + CdO < 5% 0% < AI 2 O 3 + TiO 2 + MgO + Fe 2 O 3 + NiO + MnO 2 + CoO + CuO < 5%, autres oxydes : < 1 ,5%, pour un total de 100%.
2. Produit fritte selon la revendication précédente, dans lequel 0,1 % < GeO 2 + P 2 O 5 + Nb 2 O 5 + Ta 2 O 5 , et/ou 0,1 % < ZnO, et/ou
GeO 2 + P 2 O 5 + Nb 2 O 5 + Ta 2 O 5 + ZnO < 5%, et/ou 0% < AI 2 O 3 + TiO 2 + MgO + Fe 2 O 3 + NiO + MnO 2 + CoO + CuO < 5%.
3. Produit fritte selon l'une quelconque des revendications précédentes, dans lequel la teneur en Ta 2 O 5 est supérieure à 0,3% et inférieure à 3%, en pourcentages en masse sur la base des oxydes.
4. Produit fritte selon l'une quelconque des revendications précédentes, dans lequel la teneur en Ta 2 O 5 est supérieure à 0,8%, en pourcentage en masse sur la base des oxydes.
5. Produit fritte selon l'une quelconque des revendications précédentes, dans lequel la teneur en ZnO est supérieure à 0,3% et inférieure à 3%, en pourcentages en masse sur la base des oxydes.
6. Produit fritte selon l'une quelconque des revendications précédentes, dans lequel la teneur en ZnO est supérieure à 0,8%, en pourcentage en masse sur la base des oxydes.
7. Produit fritte selon l'une quelconque des revendications précédentes, comportant plus de 0,05% d'au moins un oxyde parmi AI 2 O 3 , TiO 2 , MgO, Fe 2 O 3 , NiO, MnO 2 , CoO et
CuO, en pourcentage en masse sur la base des oxydes.
8. Produit fritte selon l'une quelconque des revendications précédentes, comportant plus de 0,3% d'au moins deux oxydes parmi AI 2 O 3 , TiO 2 , MgO, Fe 2 O 3 , NiO, MnO 2 , CoO et CuO, en pourcentage en masse sur la base des oxydes.
9. Produit fritte selon l'une quelconque des revendications précédentes, présentant une composition chimique telle que 0,05% < AI 2 O 3 + TiO 2 < 3%, en pourcentage en masse sur la base des oxydes.
10. Produit fritte selon l'une quelconque des revendications précédentes, présentant une composition chimique telle que 0,9% < AI 2 O 3 + TiO 2 , en pourcentage en masse sur la base des oxydes.
1 1. Produit fritte selon l'une quelconque des revendications précédentes, présentant une composition chimique pondérale moyenne, en pourcentages massiques sur la base des oxydes, telle que :
60% < ZrO 2 < 72,4%, 27% < SiO 2 < 36%,
0,2% < B 2 O 3 + Nb 2 O 5 + Ta 2 O 5 ≤ 2,5%, 0,2% < ZnO < 2,5%,
0,2% < AI 2 O 3 + TiO 2 + MgO + NiO + MnO 2 + CoO + CuO < 3%, autres oxydes : < 1 ,5%, pour un total de 100%.
12. Produit fritte selon l'une quelconque des revendications précédentes, présentant une composition chimique pondérale moyenne, en pourcentages massiques sur la base des oxydes, telle que :
60% < ZrO 2 < 72,4%, 27% < SiO 2 < 36%,
0,2% < Nb 2 O 5 + Ta 2 O 5 < 2,5%, 0,2% < ZnO < 2,5%, 0,2% < AI 2 O 3 + TiO 2 < 2%, autres oxydes : < 1 ,5%, pour un total de 100%.
13. Produit fritte selon l'une quelconque des revendications précédentes, dans lequel la teneur en « autres oxydes » est inférieure à 0,5%, en pourcentage en masse sur la base des oxydes.
14. Produit fritte selon l'une quelconque des revendications précédentes, dans lequel la teneur en oxyde d'yttrium Y 2 O 3 est inférieure à 0,5%, en pourcentage en masse sur la base des oxydes.
15. Produit fritte selon l'une quelconque des revendications précédentes, dans lequel la teneur en zircone est supérieure à 5%, en pourcentage massique sur la base des oxydes.
16. Procédé de fabrication d'un produit fritte comportant les étapes suivantes : a) mélange de matières premières pour former une charge de départ, b) mise en forme d'une pièce crue à partir de ladite charge de départ, c) frittage de ladite pièce crue de manière à obtenir ledit produit fritte, la charge de départ étant déterminée de manière que ledit produit soit conforme à l'une quelconque des revendications précédentes, et les matières premières utilisées à l'étape a) présentant une taille médiane inférieure à 50μm.
17. Procédé selon la revendication précédente, dans laquelle les matières premières utilisées à l'étape a) présentent une taille médiane inférieure à 5μm.
18. Utilisation d'un produit selon l'une quelconque des revendications 1 à 15 ou d'un produit fabriqué ou susceptible d'avoir été fabriqué suivant un procédé selon l'une quelconque des deux revendications immédiatement précédentes, dans une zone d'un four de verrerie où ledit produit est en contact avec du verre fondu. |
Produit fritte élaboré à partir d'une charge à base de zircon
Domaine technique
L'invention concerne de nouveaux matériaux frittes produits à partir de zircon, un procédé pour leur fabrication et leur utilisation en four de verrerie.
Arrière-plan technologique
Parmi les produits réfractaires, on distingue les produits fondus et coulés et les produits frittes.
A la différence des produits frittes, les produits fondus et coulés comportent le plus souvent une phase vitreuse intergranulaire très abondante qui vient remplir le réseau des grains cristallisés. Les problèmes rencontrés dans leurs applications respectives par les produits frittes et par les produits fondus et coulés, et les solutions techniques adoptées pour les résoudre, sont donc généralement différents. Par ailleurs, du fait des différences importantes entre les procédés de fabrication, une composition mise au point pour fabriquer un produit fondu et coulé n'est pas a priori utilisable telle quelle pour fabriquer un produit fritte et réciproquement.
Les produits frittes sont obtenus par mélange de matières premières appropriées puis mise en forme à cru de ce mélange et cuisson de la forme crue résultante à une température et pendant un temps suffisants pour obtenir le frittage de cette forme crue.
Les produits frittes, selon leur composition chimique et leur mode de préparation, sont destinés à des industries très variées.
Un produit fritte adapté à une application particulière ne possédera donc pas a priori les propriétés nécessaires pour être utilisé dans une autre application où les conditions de température, de corrosion ou d'abrasion sont différentes.
Par exemple US 3,899,341 décrit des produits frittes élaborés à partir de zircon
(50-90%) et de zircone. La zircone est partiellement stabilisée afin de limiter les déformations élastiques des produits, qui conduisent à des fissurations. Les produits de
US 3,899,341 sont cependant conçus pour être utilisés en contact avec de l'acier fondu. Ils ne sont donc pas, a priori, aptes à être utilisés en contact avec un verre fondu.
Parmi les produits frittes, les produits denses élaborés à partir de zircon (silicate de zirconium : ZrO 2 -SiO 2 , ou ZrSiO 4 ) et éventuellement de zircone (oxyde de zirconium
ZrO 2 libre) peuvent être utilisés dans des applications où ils sont directement au contact de verre fondu, en particulier dans le cas des verres non alcalins.
EP 952 125 décrit ainsi des produits frittes destinés à des fours de verrerie et élaborés à partir de zircon (5-40%) et de zircone. Ces produits contiennent en outre des oxydes de titane, d'aluminium et d'yttrium permettant l'élaboration de gros blocs sans fissures. La teneur de ces produits en SiO 2 est inférieure à 14%. Leur teneur en ZrO 2 est supérieure à 82%.
WO 02/44102 décrit des « isopipes » utilisés pour la fabrication de feuilles de verre. Les isopipes comportent plus de 95% en masse de zircon et présentent un comportement au fluage insuffisant, à moins de comporter également entre 0,2 et 0,4% d'oxyde de titane. Pour illustrer l'état de la technique, WO 02/44102 cite US 5,124,287.
US 5,124,287 décrit des compositions contenant de 75 à 95% de zircon et de l'oxyde de titane, destinées à être en contact avec du verre fondu. Il indique que la présence d'oxyde de titane est favorable à la densification des produits obtenus après frittage. Dans le produit final, la zircone doit être non stabilisée et il est donc préférable d'utiliser de la zircone non stabilisée dans le mélange de départ. L'utilisation de zircone stabilisée, par exemple avec des stabilisants de la zircone tels que les oxydes d'yttrium ou de calcium, n'est cependant pas rédhibitoire, le chauffage du mélange conduisant à déstabiliser la zircone. WO 2006/073841 décrit des matériaux réfractaires destinés à l'industrie verrière. Ces matériaux, à base de zircon, peuvent comporter Y 2 O 3 . Ils comportent toujours au moins 1 % de P 2 O 5 OU de V 2 O 5 .
SU 1 020 404 décrit un mélange destiné au revêtement de produits réfractaires à base de zircon. L'apparition de nouveaux verres, tels que les verres sans alcalins, entraîne une augmentation des températures de fusion et/ou de formage du verre. Par conséquent, les matériaux traditionnels à base de zircon voient leurs performances diminuer. En effet, les matériaux traditionnels à base de zircon ont tendance à exsuder lorsqu'ils sont soumis à des températures supérieures à 1550 0 C. L'exsudation est d'autant plus importante que la température et le temps d'exposition à ces températures augmentent. Ce phénomène est particulièrement dommageable puisqu'il peut ensuite s'accompagner de formation de défauts dans le verre, d'une corrosion par le verre accrue et de phénomènes de bullage.
II existe donc un besoin pour un produit présentant une très bonne résistance à l'exsudation et pouvant être utilisé dans les fours de verrerie. La présente invention vise à satisfaire ce besoin.
Résumé de l'invention
A cet effet, l'invention propose un produit fritte élaboré à partir d'une charge de départ contenant 75 à 99% de zircon, en pourcentages massiques sur la base de la charge de départ, et présentant la composition chimique pondérale moyenne, en pourcentages massiques sur la base des oxydes, suivante : 60% < ZrO 2 < 72,8%,
27% < SiO 2 < 36%,
0,1 % < B 2 O 3 + GeO 2 + P 2 O 5 + Sb 2 O 3 + Nb 2 O 5 + Ta 2 O 5 + V 2 O 5 ,
0,1 % < ZnO + PbO + CdO,
B 2 O 3 + GeO 2 + P 2 O 5 + Sb 2 O 3 + Nb 2 O 5 + Ta 2 O 5 + V 2 O 5 + ZnO + PbO + CdO < 5%, 0% < AI 2 O 3 + TiO 2 + MgO + Fe 2 O 3 + NiO + MnO 2 + CoO + CuO < 5%,
Autres oxydes : < 1 ,5%, pour un total de 100%.
Ce produit réfractaire fritte présente une excellente résistance à l'exsudation, en particulier par rapport aux produits décrits jusqu'à ce jour. Avantageusement, il présente également une densité élevée, équivalente ou supérieure aux produits connus testés.
De préférence, le produit selon l'invention présente encore une ou plusieurs des caractéristiques optionnelles suivantes :
La teneur en Ta 2 O 5 est supérieure à 0,3%, de préférence supérieure à 0,5%, de préférence encore supérieure à 0,8%, en pourcentages en masse sur la base des oxydes.
La teneur en Ta 2 O 5 est inférieure à 3%, de préférence inférieure à 2,5%, de préférence encore à inférieure 2%, en pourcentages en masse sur la base des oxydes.
- 0,1 % < GeO 2 + P 2 O 5 + Nb 2 O 5 + Ta 2 O 5 , et/ou 0,1 % < ZnO, et/ou
GeO 2 + P 2 O 5 + Nb 2 O 5 + Ta 2 O 5 + ZnO < 5%, et/ou
0% < AI 2 O 3 + TiO 2 + MgO + Fe 2 O 3 + NiO + MnO 2 + CoO + CuO < 5%,
en pourcentage en masse sur la base des oxydes.
La teneur en ZnO est supérieure à 0,3%, de préférence supérieure à 0,5%, de préférence encore supérieure à 0,8%, en pourcentages en masse sur la base des oxydes. La teneur en ZnO est inférieure à 3%, de préférence inférieure à 2,5%, de préférence encore inférieure à 2%, en pourcentages en masse sur la base des oxydes.
Le produit selon l'invention comporte au moins un oxyde, et de préférence au moins deux oxydes, parmi AI 2 O 3 , TiO 2 , MgO, Fe 2 O 3 , NiO, MnO 2 , CoO et CuO. De préférence la teneur d'au moins un de ces oxydes, voire de chacun d'au moins deux de ces oxydes, est supérieure à 0,05%, de préférence supérieure à 0,10%, de préférence encore supérieure à 0,15%, de préférence toujours, supérieure à 0,3%, en pourcentages en masse sur la base des oxydes. De préférence, 0,05% < AI 2 O 3 + TiO 2 , de préférence 0,9% < AI 2 O 3 + TiO 2 , de préférence encore 1 % < AI 2 O 3 + TiO 2 . Toujours de préférence, AI 2 O 3 + TiO 2 < 3%, de préférence AI 2 O 3 + TiO 2 < 2%, en pourcentages en masse sur la base des oxydes.
Le produit présente la composition chimique pondérale moyenne, en pourcentages massiques sur la base des oxydes, suivante :
60% < ZrO 2 < 72,4%, 27% < SiO 2 < 36%,
0,2% < B 2 O 3 + Nb 2 O 5 + Ta 2 O 5 ≤ 2,5%,
0,2% < ZnO < 2,5%,
0,2% < AI 2 O 3 + TiO 2 + MgO + NiO + MnO 2 + CoO + CuO < 3%,
Autres oxydes : < 1 ,5%, pour un total de 100%.
Le produit présente la composition chimique pondérale moyenne, en pourcentages massiques sur la base des oxydes, suivante :
60% < ZrO 2 < 72,4%,
27% < SiO 2 < 36%, 0,2% < Nb 2 O 5 + Ta 2 O 5 < 2,5%,
0,2% < ZnO < 2,5%,
0,2% < AI 2 O 3 + TiO 2 < 2%,
Autres oxydes : < 1 ,5%,
pour un total de 100%.
Les « autres oxydes » sont des impuretés. De préférence, la teneur en « autres oxydes » est inférieure à 1 ,2%, de préférence inférieure à 1 %, de préférence encore inférieure à 0,7%, de préférence inférieure à 0,5%, et de préférence toujours, inférieure à 0,2%, en pourcentages en masse sur la base des oxydes.
La teneur en P 2 O 5 est inférieure à 1 %, de préférence inférieure à 0,8%, de préférence inférieure à 0,5%.
La teneur en oxyde d'yttrium Y 2 O 3 est inférieure à 0,5%, de préférence inférieure à 0,3%, en pourcentages en masse sur la base des oxydes. - La teneur en zircon dans la charge de départ est supérieure ou égale à 80%, en pourcentage en masse sur la base de la charge de départ.
La teneur en zircone dans le produit est supérieure à 5%, de préférence à 10%, et/ou inférieure à 15%, en pourcentages massiques sur la base des oxydes.
Pour plus de 90% en nombre, voire sensiblement 100% en nombre des grains, la taille des grains est inférieure à 50 microns, de préférence inférieure à 30 microns, de préférence inférieure à 20 microns, de préférence encore inférieure à 10 microns.
La porosité apparente du produit est inférieure à 5%, de préférence inférieure à 2%, de préférence inférieure à 1 %, de préférence inférieure à 0,5%.
Le produit présente une densité apparente supérieure à 4,0 g/cm 3 , de préférence supérieure à 4,1 g/cm 3 , de préférence supérieure à 4,2 g/cm 3 .
Le produit se présente sous la forme d'un bloc, présentant de préférence une masse supérieure à 5 Kg, de préférence supérieure à 10 Kg.
L'invention concerne également un procédé de fabrication d'un produit fritte comportant les étapes suivantes : a) mélange de matières premières pour former une charge de départ, b) mise en forme d'une pièce crue à partir de ladite charge de départ, c) frittage de ladite pièce crue de manière à obtenir ledit produit fritte, remarquable en ce que la charge de départ est déterminée de manière que ledit produit soit conforme à l'invention.
De préférence, un procédé selon l'invention peut présenter encore une ou plusieurs des caractéristiques optionnelles suivantes :
- A l'étape a), on ajoute du zircon et éventuellement de la zircone en des quantités telles que le total des teneurs en zircon et en zircone représente au moins 95% de la charge de départ, en pourcentage en masse sur la base de la charge de départ.
On ajoute volontairement (c'est-à-dire systématiquement et méthodiquement) à l'étape a) un ou plusieurs des oxydes AI 2 O 3 , TiO 2 , MgO, Fe 2 O 3 , NiO, MnO 2 , CoO,
CuO, B 2 O 3 , GeO 2 , P 2 O 5 , Sb 2 O 3 , Nb 2 O 5 , Ta 2 O 5 , V 2 O 5 , PbO, ZnO et CdO, dans des quantités garantissant que le produit fritte obtenu à l'étape c) est conforme à l'invention.
- Au moins 50%, de préférence au moins 80%, de préférence au moins 90%, de préférence encore sensiblement 100%, en masse du zinc est ajouté sous forme oxyde ZnO.
La teneur en acide phosphorique est inférieure à 1 %, de préférence inférieure à 0,8%, de préférence encore inférieure à 0,5 %.
Les matières premières utilisées à l'étape a) présentent une taille médiane (D 50 ) inférieure à 50μm, voire inférieure à 40μm, voire inférieure à 20μm, voire inférieure à
5μm, voire inférieure à 4μm.
L'invention concerne aussi l'utilisation d'un produit réfractaire selon l'invention, fabriqué ou susceptible d'avoir été fabriqué suivant un procédé selon l'invention, dans un four de verrerie, en particulier dans des zones du four en contact avec du verre fondu. L'invention concerne également un tel four de verrerie.
Définitions
Dans la présente description et conformément à l'usage, on appelle, dans la charge de départ ou dans le produit, « zircone » les molécules de ZrO 2 qui ne sont pas associées à des molécules de SiO 2 pour former du zircon. De même, on appelle « silice » les molécules de SiO 2 qui ne sont pas associées à des molécules de ZrO 2 pour former du zircon. La teneur en ZrO 2 du produit selon l'invention correspond à la teneur en ZrO 2 du zircon et à la zircone. La teneur en SiO 2 du produit selon l'invention correspond à la teneur en SiO 2 du zircon et à la silice. Dans une composition chimique, les teneurs en oxydes se rapportent aux teneurs globales pour chacun des éléments chimiques correspondants, exprimées sous la forme de l'oxyde le plus stable, selon la convention habituelle de l'industrie ; sont donc
inclus les sous-oxydes et éventuellement nitrures, oxynitrures, carbures, oxycarbures, carbonitrures, ou même les espèces métalliques des éléments susmentionnés.
Dans les sommes de teneurs massiques des oxydes AI 2 O 3 , TiO 2 , MgO, Fe 2 O 3 , NiO, MnO 2 , CoO, CuO, B 2 O 3 , GeO 2 , P 2 O 5 , Sb 2 O 3 , Nb 2 O 5 , Ta 2 O 5 , V 2 O 5 , PbO, ZnO et CdO, utilisées pour définir la composition chimique de produit, un ou plusieurs des oxydes mentionnés peut être absent.
Les matières premières contenant de l'oxyde de zirconium ZrO 2 contiennent également de petites quantités de HfO 2 (1 ,5% à 2%). « ZrO 2 » désigne classiquement l'oxyde de zirconium ZrO 2 et ces traces de HfO 2 introduites avec ZrO 2 . Sauf mention contraire, tous les pourcentages sont des pourcentages massiques sur la base des oxydes. En particulier, dans la charge de départ, le pourcentage de zircon est exprimé sur la base de la masse totale de la charge de départ.
Par « impuretés », on entend les constituants inévitables, introduits nécessairement avec les matières premières ou résultant de réactions avec ces constituants. Dans un mode de réalisation particulier, P 2 O 5 est une impureté.
La « taille médiane » D 50 d'un ensemble de particules est la taille divisant les particules de cet ensemble en première et deuxième populations égales en masse, ces première et deuxième populations ne comportant que des particules présentant une taille supérieure, ou inférieure respectivement, à la taille médiane.
La taille d'un grain est la plus grande dimension observée dans un plan de coupe polie.
Description détaillée d'un mode de réalisation Le zircon peut être apporté par du sable de zircon ou bien de la chamotte de produits denses à forte teneur en zircon.
Selon l'invention, il est indispensable que la charge de départ comporte au moins 75%, de préférence au moins 80% de zircon. Les propriétés avantageuses du produit selon l'invention ne seraient en effet pas obtenues si les quantités de SiO 2 et ZrO 2 apportées par le zircon selon l'invention étaient apportées sous forme de silice et de zircone.
De préférence, le total des teneurs en zircon et en zircone représente au moins 95% de la charge de départ.
La zircone présente des variations dilatométriques importantes dues à son changement d'état cristallographique à haute température. Pour limiter ces variations dilatométriques, en particulier sur les gros blocs, il est nécessaire de limiter la teneur en zircone. La charge de départ doit donc contenir moins de 25% de zircone, ce qui est assuré avec une teneur en zircon d'au moins 75%.
Selon l'invention, la présence d'au moins un oxyde choisi parmi B 2 O3, GeC> 2 ,
P 2 O 5 , Sb 2 O 3 , Nb 2 O 5 , Ta 2 O 5 , ou V 2 O 5 , en particulier de Ta 2 O 5 et Nb 2 O 5 , et, en particulier encore de Ta 2 O 5 , et simultanément d'au moins un oxyde choisi parmi ZnO, PbO, et CdO, en particulier de ZnO, améliore la résistance à l'exsudation du produit réfractaire à base de zircon.
Les ajouts d'au moins un oxyde choisi parmi AI 2 O 3 , TiO 2 , MgO, Fe 2 O 3 , NiO, MnO 2 , CoO, CuO permettent, si nécessaire, d'améliorer la densité des produits selon l'invention. Ces ajouts sont donc particulièrement avantageux dans les applications où le produit est placé dans un environnement corrosif, et notamment en contact avec du verre en fusion. Les inventeurs ont découvert que, dans les produits de l'invention, et en particulier dans les produits comportant Ta 2 O 5 , une densité élevée peut cependant être obtenue lorsque ces ajouts, en particulier de AI 2 O 3 et de TiO 2 , sont limités à des teneurs faibles, en particulier inférieures à 3%, inférieures à 2%, voire inférieures à 1 %, ou même inférieures à 0,5%, en pourcentages massiques sur le base des oxydes.
De préférence, on ajoute au moins 1 % de silice à la charge de départ de manière à favoriser le démarrage de la densification à des températures plus faibles que celles nécessaires à la densification du zircon pur. Les « autres oxydes » sont des oxydes tels que Na 2 O ou Y 2 O 3 . La teneur en
Na 2 O (qui favorise la dissociation du zircon) doit être minimisée. De préférence, ces oxydes sont des impuretés apportées par les matières premières, et qui ne sont pas des constituants nécessaires, mais seulement tolérés. A des teneurs inférieures à 1 ,5%, on considère que l'effet de ces « autres oxydes » ne modifie pas substantiellement le résultat obtenu.
De préférence, la teneur de chacun des oxydes Na 2 O et Y 2 O 3 dans le produit fritte selon l'invention est inférieure à 0,5%, de préférence inférieure à 0,3%, de
préférence encore inférieure à 0,15% en pourcentages massiques sur la base des oxydes.
Des blocs réfractaires frittes peuvent être fabriqués selon un procédé comportant classiquement les étapes a) à c). Optionnellement, ce procédé comporte, préalablement à l'étape a), une étape de broyage des sources de zircon et autres matières premières. Cette étape permet d'atteindre les caractéristiques granulométriques classiques nécessaires à la bonne densification ultérieure du matériau. En particulier, les poudres ainsi préparées peuvent présenter une taille médiane (D 50 ) inférieure à 50μm, voire inférieure à 40μm, voire inférieure à 20μm, voire inférieure à 5μm, voire inférieure à 4μm.
A l'étape a), toutes les matières premières sont dosées pour que le mélange ait la composition chimique pondérale moyenne désirée, puis mélangées en présence de défloculant(s) et/ou liant(s) utilisés classiquement dans les procédés de frittage du zircon, par exemple de l'acide phosphorique. Le mélange des matières premières peut éventuellement être atomisé avant de passer à l'étape b).
A l'étape b), le mélange est ensuite mis en forme, par exemple par pressage isostatique, afin de former des blocs de taille désirée.
D'autres techniques telles que le coulage en barbotine, le pressage uniaxial, le coulage d'un gel, le vibro-coulage ou une combinaison de ces techniques pourraient être utilisées.
A l'étape c), la pièce crue est frittée sous air, à pression atmosphérique et à une température comprise entre 1400 0 C et 1700 0 C, de manière à former un bloc réfractaire dense. Bien entendu, la présente invention n'est pas limitée aux modes de réalisation décrits fournis à titre d'exemples illustratifs et non limitatifs.
Exemples
Les exemples non limitatifs suivants sont donnés dans le but d'illustrer l'invention.
Dans ces exemples, les matières premières employées suivantes ont été choisies, les pourcentages donnés étant des pourcentages massiques :
- Un zircon micronisé présentant l'analyse chimique moyenne suivante (en poids) : ZrO 2 +HfO 2 : 66%, SiO 2 : 33%, AI 2 O 3 : 0,3%, P 2 O 5 : 0,3%, Fe 2 O 3 : 0,07%, TiO 2 : 0,08%, et moins de 0,2 % d'autres composés tels que Y 2 O 3 . Les particules ont une taille médiane (D 50 ) de 2,5 μm.
- Une solution d'acide phosphorique à 80%.
- De l'oxyde de zinc contenant plus de 99% de ZnO, dont la taille médiane (D 50 ) des particules est d'environ 3μm. - De l'oxyde de titane contenant environ 95% de TiO 2 et dont la taille médiane des particules est de 2,3 μm.
- De l'alumine dont la taille médiane des particules est de 3 μm environ.
- De l'oxyde de germanium contenant environ 99% de GeO 2 et dont la taille médiane des particules est d'environ 3 μm. - De l'oxyde de tantale contenant environ 99,85% de Ta 2 O 5 et dont la taille des particules est inférieure 44 μm.
Des blocs réfractaires frittes ont été fabriqués selon un procédé comportant classiquement les étapes suivantes : a) mélange des matières premières pour former la charge de départ, b) mise en forme d'une pièce crue à partir dudit mélange, c) frittage de ladite pièce crue.
A l'étape a), toutes les matières premières ont été dosées pour que le mélange ait la composition chimique pondérale moyenne désirée, puis mélangées en présence d'agents de frittage, de défloculants et/ou liants utilisés classiquement, par exemple de l'acide phosphorique.
Le mélange des matières premières pourrait éventuellement être atomisé avant de passer à l'étape a).
A l'étape b), le mélange a ensuite été mis en forme par pressage isostatique afin de former des pièces crues cylindriques de 200 mm de diamètre et d'environ 200 mm de hauteur.
A l'étape c), les pièces crues ont alors été frittées sous air, à pression atmosphérique et à une température de frittage de 1600 0 C avec 2Oh de maintien en palier.
Pour mesurer le niveau d'exsudation, des échantillons sous la forme de barreaux de produit de section carrée de 25 mm de côté et de 75 mm de hauteur ont été prélevés et soumis à un chauffage à 1700 0 C pendant 24 heures. A la fin de cette période, on mesure le volume de l'échantillon. On appelle "Vm" le volume de l'échantillon après le chauffage, "Vi" le volume de l'échantillon avant le chauffage, et "Va" (augmentation de volume) la différence entre ces deux volumes Va = Vm - Vi. On appelle "indice d'exsudation", noté "le" dans le tableau 1 , le rapport Va/Vi.
Les proportions des matières premières utilisées (pourcentages massiques) ainsi que la porosité apparente (en %), la densité et l'indice "le" des produits frittes obtenus, sont donnés dans le tableau 1.
Tableau 1
Le tableau 1 montre clairement la très bonne résistance à l'exsudation des produits selon l'invention. La densité de ces produits reste équivalente à celle des produits connus testés.
Ces produits sont donc bien adaptés pour être utilisés dans les fours de verrerie.