Description

Titre : PRODUIT FRITTE ALUMINEUX

Domaine technique

L’invention concerne un produit fritté alumineux, un procédé de fabrication d’un tel produit, un mélange particulaire et une charge de départ adaptés à ce procédé, et une préforme conduisant, par frittage, à un dit produit alumineux.

Etat de la technique

Parmi les produits réfractaires, on distingue les produits fondus et coulés et les produits frittés.

A la différence des produits frittés, les produits fondus et coulés, tels que décrits par exemple dans US 2001/0019992, comportent le plus souvent une phase vitreuse intergranulaire reliant des grains cristallisés. Les problèmes posés par les produits frittés et par les produits fondus et coulés, et les résolutions techniques adoptées pour les résoudre, sont donc généralement différents. Une composition mise au point pour fabriquer un produit fondu et coulé n'est donc pas a priori utilisable pour fabriquer un produit fritté présentant les mêmes propriétés, et réciproquement.

Les produits frittés sont obtenus par mélange de matières premières appropriées puis mise en forme de ce mélange sous la forme d’une préforme et cuisson de ladite préforme à une température et pendant un temps suffisants pour obtenir le frittage de ladite préforme. Cette cuisson peut s'effectuer dans des fours de cuisson ou bien in situ, dans le four de verrerie pour les produits vendus non frittés ou non façonnés.

Les produits frittés, selon leur composition chimique et leur mode de préparation, sont destinés à des industries très variées.

Parmi les produits frittés, les produits alumineux sont connus pour être utilisés dans les installations de fabrication d’articles en verre, notamment dans les canaux de distribution ou « feeders ».

Il existe un besoin constant pour un produit réfractaire fritté alumineux présentant: - un faible bullage lorsqu’il est en contact avec du verre en fusion, ce qui permet de réduire la quantité de défauts dans les articles en verre fabriqués, - une faible pénétration par ledit verre en fusion, ce qui permet d’augmenter la durée d’utilisation dudit produit, en évitant notamment une altération de ses propriétés, et

- une faible déformation lors du frittage, ce qui permet d’obtenir des pièces conformes dimensionnellement et de limiter les rebuts ainsi que les opérations de reprise par usinage.

Un but de l’invention est de répondre, au moins partiellement, à ce besoin.

Résumé de l’invention

Selon l’invention, on atteint ce but au moyen d’un mélange particulaire constitué de particules dont la composition et la structure cristallographique sont adaptées pour former, par chauffage à 1350°C pendant 10 heures, un produit fritté présentant :

- l’analyse chimique suivante, en pourcentage en masse sur la base des oxydes :

AI2O3 : complément à 100%,

0,26% < Na ₂ O < 4%,

0 % < oxydes autres que AI2O3 et Na ₂ O < 6%, pourvu que SiCh < 2%,

- les phases cristallisées suivantes, en pourcentages en masse sur la base de la quantité totale de phases cristallisées :

5% < alumine béta < 37%, moins de 6% de phases cristallisées autres que l’alumine béta et l’alumine alpha, complément à 100% : alumine alpha.

Le mélange particulaire peut contenir un liant sous une forme particulaire. De préférence le liant est choisi parmi un ciment hydraulique, une résine, un lignosulfonate, un dérivé de la cellulose, la dextrine, une gélatine, un alginate, un tylose, la pectine, l’acide phosphorique anhydre, un monophosphate d’aluminium, les hydrates d’alumine, un silicate de sodium anhydre, un silicate de potassium anhydre, et leurs mélanges.

Le mélange particulaire peut contenir un agent de mise en forme sous une forme particulaire, de préférence choisi parmi une argile, un plastifiant, comme le polyéthylène glycol (ou « PEG ») ou l’alcool polyvinylique (ou « APV »), un défloculant, tel qu’un polyacrylate de métaux alcalins, un polycarboxylate, un polysulfonate, un accélérateur de prise cimentaire, un retardateur de prise cimentaire, et un mélange de ces agents.

Le mélange particulaire peut contenir des fibres, de préférence organiques, de préférence du type vinylique ou polypropylène, de préférence en une quantité massique comprise entre 0,01% et 0,1%, de préférence en une quantité massique comprise entre 0,01% et 0,03%. De préférence la longueur moyenne (moyenne arithmétique) de ces fibres est supérieure à 6 mm, de préférence comprise entre 18 et 24 mm. Ces fibres facilitent avantageusement l’évacuation de l’eau pendant le séchage.

Dans un mode de réalisation préféré, le mélange particulaire ne contient pas de fibres.

Un mélange particulaire selon l’invention peut être par exemple conditionné en fûts ou en sacs.

Lorsque le produit fritté est un béton fritté, le mélange particulaire selon l’invention comporte de préférence

- entre 1% et 8%, de préférence entre 2% et 6%, d’un ciment hydraulique, de préférence un ciment alumineux, de préférence un ciment d’aluminate(s) de calcium, et

- entre 0,05% et 1%, de préférence entre 0,1% et 0,8%, d’un défloculant, de préférence un polycarboxylate et/ou entre 0% et 0,1% d’un accélérateur de prise cimentaire et/ou entre 0% et 0,1% d’un retardateur de prise cimentaire.

Un mélange particulaire selon l’invention permet avantageusement de fabriquer un produit fritté selon l’invention, ledit produit fritté présentant :

- l’analyse chimique suivante, en pourcentage en masse sur la base des oxydes :

AI2O3 : complément à 100%, 0,26% < Na ₂ O < 4%,

0 % < oxydes autres que AI2O3 et Na ₂ O < 6%, pourvu que SiCh < 2%,

- les phases cristallisées suivantes, en pourcentages en masse sur la base de la quantité totale de phases cristallisées :

5% < alumine béta < 37%, moins de 6% de phases cristallisées autres que l’alumine béta et l’alumine alpha, complément à 100% : alumine alpha. Les inventeurs ont découvert que le produit fritté selon l’invention présente un très bon comportement au contact d’un verre en fusion, et en particulier présente une bonne résistance au bullage et à la pénétration par le verre en fusion. En outre, il résiste bien à la déformation lors du frittage.

Un mélange particulaire selon l’invention présente de préférence une ou plusieurs des caractéristiques optionnelles suivantes :

- le mélange particulaire comporte plus de 15%, de préférence plus de 20%, et/ou moins de 35%, de préférence moins de 30%, en pourcentage massique, de particules présentant une taille inférieure à 10 pm (fraction Fl);

- le mélange particulaire comporte plus de 15%, de préférence plus de 20%, et/ou moins de 30%, en pourcentage massique, de particules présentant une taille inférieure à 5 pm (fraction F2) ;

- plus de 80%, de préférence plus de 85%, de préférence plus de 90%, de préférence plus de 95%, voire 100% de la fraction Fl et/ou de la fraction F2, en pourcentage massique, est constitué de particules d’alumine alpha ;

- le mélange particulaire comporte moins de 20%, de préférence moins de 15%, et/ou de préférence plus de 5%, en pourcentage massique, de particules présentant une taille supérieure à 10 pm et inférieure à 40 pm (fraction F3) ;

- plus de 80%, de préférence plus de 90%, de la fraction F3, en pourcentage massique, est constituée de particules d’alumine alpha ;

- le mélange particulaire comporte plus de 28%, de préférence plus de 30%, de préférence plus de 32% et/ou moins de 50%, de préférence moins de 45%, en pourcentage massique, de particules présentant une taille inférieure à 44 pm ;

- le mélange particulaire comporte plus de 20%, de préférence plus de 25%, de préférence plus de 30% et/ou moins de 45%, de préférence moins de 40%, en pourcentage massique, de particules d’alumine alpha et présentant une taille inférieure à 44 pm ;

- le mélange particulaire comporte moins de 60%, de préférence moins de 50%, et/ou de préférence plus de 20%, de préférence plus de 25%, de préférence plus de 30% de particules présentant une taille supérieure à 500 pm, en pourcentage massique ;

- le mélange particulaire comporte moins de 20%, de préférence moins de 15%, de préférence moins de 10%, de préférence moins de 8%, de préférence moins de 5% de particules d’alumine alpha et présentant une taille supérieure à 500 pm (fraction F4), de préférence de particules d’alumine alpha et présentant une taille supérieure à 200 pm (fraction F5), de préférence de particules d’alumine alpha et présentant une taille supérieure à 100 pm (fraction F6), en pourcentage massique ;

- le mélange particulaire comporte plus de 10%, de préférence plus de 20%, de préférence plus de 30%, et/ou moins de 50%, de préférence moins de 45% de particules d’alumine à base d’alumine béta et présentant une taille supérieure à 500 pm, en pourcentage massique (fraction F7) ;

- la fraction des particules du mélange particulaire présentant une taille inférieure à 50 pm comporte plus de 80%, de préférence plus de 85% d’alumine alpha, en pourcentage massique sur la base de la masse de ladite fraction de particules ;

- plus de 60%, de préférence plus de 70%, de préférence plus de 75%, de préférence plus de 80%, des particules présentent une taille inférieure à 2 mm ;

- plus de 40%, de préférence plus de 50%, de préférence plus de 55% des particules présentent une taille inférieure à 0,5 mm ;

- le mélange particulaire comporte moins de 25%, de préférence moins de 20%, de préférence moins de 15%, de préférence moins de 10%, de préférence moins de 5%, de particules d’alumine alpha et présentant une taille supérieure à 2 mm, en pourcentage massique sur la base du mélange particulaire ;

- le mélange particulaire comporte plus de 5%, de préférence plus de 10%, de préférence plus de 15%, et/ou moins de 35%, de préférence moins de 30%, de préférence moins de 25%, de préférence moins de 20%, de particules à base d’alumine béta et présentant une taille supérieure à 2 mm, en pourcentage massique sur la base du mélange particulaire ;

- le mélange particulaire comporte moins de 30%, de préférence moins de 25%, de préférence moins de 20%, de préférence moins de 15%, de préférence moins de 10%, de préférence moins de 5%, de particules d’alumine alpha et présentant une taille supérieure à 0,5 mm, en pourcentage massique sur la base du mélange particulaire ;

- le mélange particulaire comporte plus de 8%, de préférence plus de 10%, de préférence plus de 15%, de préférence plus de 20%, de préférence plus de 25%, de préférence plus de 30%, plus de 35%, et/ou moins de 50%, de préférence moins de 45%, de préférence moins de 40%, de particules à base d’alumine béta et présentant une taille supérieure à 0,5 mm, en pourcentage massique sur la base du mélange particulaire. Pour fabriquer un produit fritté selon l’invention, une charge de départ comportant un mélange particulaire selon l’invention est mise sous la forme d’une préforme.

L’invention porte également sur la charge de départ et la préforme.

En particulier, elle porte sur une charge de départ présentant la composition suivante, en pourcentage massique :

- complément à 100% : mélange particulaire selon l’invention ;

- entre 1% et 15% d’un solvant, de préférence de l’eau ;

- entre 0% et 10% d’un liant liquide ;

- entre 0% et 5% d’un agent de mise en forme liquide.

Une charge de départ selon l’invention peut être conditionnée en fûts.

De préférence, la préforme est sèche, ce qui facilite sa manipulation.

L’invention concerne aussi un procédé de fabrication d’un produit fritté selon l’invention, comprenant au moins les étapes successives suivantes : a) mélange de matières premières particulaires pour former un mélange particulaire selon l’invention, b) réalisation d’une charge de départ selon l’invention, comportant ledit mélange particulaire et un solvant, c) mise en forme de ladite charge de départ, de manière à obtenir une préforme selon l’invention, d) optionnellement, séchage de ladite préforme, e) frittage de ladite préforme de manière à obtenir ledit produit fritté, la composition de la charge de départ, et en particulier du mélange particulaire, étant adaptée de manière que le produit fritté obtenu après l’étape e) soit conforme à l’invention.

Dans un mode de réalisation, la charge de départ est mise en forme in situ, c'est-à-dire à l’emplacement auquel le produit selon l’invention, dans une position de service, est destiné à être mis en contact avec du verre en fusion.

Dans un mode de réalisation, la préforme, de préférence sèche, est disposée dans la position de service, puis frittée in situ, de préférence lors de la montée en température du four. Dans un mode de réalisation, la préforme est séchée, est au moins en partie usinée, est en un béton durci, et est disposée dans la position de service, puis frittée in situ, de préférence lors de la montée en température du four.

L’invention concerne aussi la préforme obtenue à l’issue de l’étape c) ou d) du procédé de fabrication selon l’invention.

De préférence, un mélange particulaire ou un produit fritté selon l’invention comportent encore une, et de préférence plusieurs des caractéristiques optionnelles suivantes :

- la quantité d’alumine béta, en pourcentage en masse sur la base de la quantité totale de phases cristallisées, est supérieure à 24% et inférieure à 35% ;

- la teneur en Na2Û, en pourcentage en masse sur la base des oxydes, est supérieure à 1,6% et inférieure à 2,9% ;

- la teneur en SiCh, en pourcentage en masse sur la base des oxydes, est inférieure à 1% ;

- la teneur en oxydes autres que AI2O3 et Na2Û, en pourcentage en masse sur la base des oxydes, est inférieure à 2% ;

- la teneur en CaO, en pourcentage en masse sur la base des oxydes, est supérieure à 0,3% ;

- la quantité de phase amorphe présente dans le produit fritté, sur la base de la masse du produit fritté, est inférieure à 3% ;

- le produit fritté est sous la forme d’un béton fritté ;

- le produit fritté présente la forme d’un bloc de plus de 1 Kg, une porosité ouverte supérieure à 10% et inférieure à 25%, et une masse volumique apparente supérieure à 2,8 g/cm ³ et inférieure à 3,2 g/cm ³ .

Les caractéristiques relatives

- à l’analyse chimique décrites ci-dessus pour un mélange particulaire ou un produit fritté selon l’invention, sont sur la base de la masse de l’ensemble des oxydes,

- aux phases cristallisées décrites ci-dessus pour un mélange particulaire ou un produit fritté selon l’invention, sont sur la base de la quantité totale des phases cristallisées, et

- à la granulométrie décrites ci-dessus pour un mélange particulaire selon l’invention, sont de préférence sur la base de la masse du mélange particulaire. L’invention concerne enfin une unité de production de verre, en particulier un four de verrerie, comportant une pièce comportant ou, de préférence, constituée en un produit fritté selon l’invention, de préférence fabriqué selon le procédé selon l’invention, et/ou, de préférence, une préforme obtenue à la fin de l’étape c) ou d), respectivement du procédé selon l’invention.

En particulier et sans que cela ne limite l’invention, ladite pièce peut être :

- un bloc d’un canal d’alimentation,

- un bloc brûleur,

- un consommable, par exemple une chemise, un plongeur, un agitateur, un rotor, une rondelle d’écoulement, une cuvette d’avant-corps,

- un mandrin utilisé dans une fabrication de tubes en verre selon le procédé Dânner,

- une masse tampon,

- une pièce de superstructure d’un canal d’alimentation, en particulier une pièce de couverture.

Définitions

Sauf indications contraires, les « oxydes » sont les oxydes inorganiques.

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.

Sauf indication contraire, toutes les teneurs en oxydes des produits selon l’invention sont des pourcentages en masse exprimés sur la base des oxydes.

On appelle « alumine béta », un composé présentant la formule I l AbO3.XNa2O avec 1<X<1,6, et présentant une structure cristallographique hexagonale.

- Une particule ou une poudre « à base » d’alumine béta comporte de préférence plus de 30%, plus de 40%, plus de 45%, plus de 50% d’alumine béta, en pourcentages en masse sur la base des phases cristallisées. Dans un mode de réalisation, une particule ou une poudre « à base » d’alumine béta comporte moins de 70%, voire moins de 60% d’alumine béta, en pourcentages en masse sur la base des phases cristallisées.

- Par « mélange particulaire », on entend un mélange sec de particules (non liées entre elles). Par « particule », on entend un objet solide au sein d’un mélange particulaire.

- Par « béton non façonné », on entend un mélange particulaire comportant un liant hydraulique apte à prendre en masse après activation. - L’activation est un processus de prise en masse. L’état activé résulte classiquement d’une humidification d’un béton non façonné avec de l’eau ou un autre liquide. Pendant ce processus, un béton non façonné humide est appelé « béton frais ».

- La masse solide obtenue par la prise en masse d’un béton frais est appelée « béton durci ». Un béton durci est classiquement constitué d'un ensemble de grains grossiers présentant une taille comprise entre 50 pm et 25 mm liées par une matrice, ladite matrice assurant une structure sensiblement continue entre les grains grossiers, obtenue, après activation, lors de la prise en masse de la charge de départ.

- Le « frittage » est un traitement thermique d’une préforme par lequel on forme une matrice liant entre eux des grains grossiers de ladite préforme. Après frittage d’un béton durci, on obtient un « béton fritté ». Les dimensions des grains grossiers de la préforme, et en particulier d’un béton durci, ne sont sensiblement pas modifiées lorsque cette préforme est frittée. Dans un béton fritté, les grains grossiers présentent ainsi une taille comprise entre 50 pm et 25 mm.

Par « liant hydraulique », on entend un liant qui, lors de l’activation, génère une prise et un durcissement hydraulique, généralement à température ambiante. Un ciment est un liant hydraulique. On considère ici qu’un ciment alumineux est un ciment contenant plus de 60%, de préférence plus de 65% d’ AI2O3, en pourcentage massique sur la base des oxydes. Un ciment d’aluminate(s) de calcium est un exemple de ciment alumineux. La « taille » des particules est évaluée classiquement par une caractérisation de distribution granulométrique réalisée avec un granulomètre laser pour la fraction des particules passant à travers un tamis à mailles carrées d’ouverture égale à 150 pm et, pour le refus audit tamis, par tamisage à l’aide de tamis à mailles carrées. Le granulomètre laser peut être, par exemple, un Partica LA-950 de la société HORIBA.

Les percentiles ou « centiles » 50 (D50) et 99,5 (Ü99,5) sont les tailles de particules d’une poudre correspondant aux pourcentages en masse de 50 % et de 99,5 % respectivement, sur la courbe de distribution granulométrique cumulée des tailles des particules de la poudre, les tailles des particules étant classées par ordre croissant. Par exemple, 99,5%, en masse des particules de la poudre ont une taille inférieure à D99, 5 et 50% des particules en masse ont une taille supérieure ou égale à D50. Les percentiles peuvent être déterminés à l’aide d’une distribution granulométrique réalisée à l’aide d’un granulomètre laser et/ou de tamisages. On appelle « taille médiane » le percentile 50 (Dso).

On appelle « taille maximale » le percentile 99,5 (Ü99,5).

Par « contenant un », « comprenant un » ou « comportant un », on entend « comportant au moins un », sauf indication contraire.

Brève description des dessins

D'autres caractéristiques et avantages de l'invention apparaîtront encore à la lecture de la description détaillée qui va suivre et à l'examen du dessin annexé dans lequel la figure 1 [Fig 1] illustre schématiquement un dispositif pour mesurer la déformation à chaud.

Description détaillée

Procédé de fabrication

Le procédé de fabrication d’un produit fritté selon l’invention comporte des étapes a) à e) conventionnelles, mais qui sont adaptées à l’invention.

A l’étape a), on prépare un mélange particulaire comportant des particules d’oxydes réfractaires (ou « particules réfractaires »).

La granulométrie du mélange particulaire est adaptée, notamment en fonction de la mise en forme de l’étape c). Des modèles de compaction d’ Andréasen ou de Fuller-Bolomey peuvent être utilisés. De tels modèles de compaction sont notamment décrits dans l’ouvrage intitulé « Traité de céramiques et matériaux minéraux », C.A. Jouenne, Editions Septima. Paris (1984), pages 403 à 405.

Dans un mode de réalisation préféré, la granulométrie du mélange particulaire est adaptée pour que le produit fritté soit un béton fritté.

De préférence, en particulier lorsque le produit fritté est un béton fritté, le mélange particulaire selon l’invention comporte, de préférence plus de 10%, de préférence plus de 15%, de préférence plus de 20% et moins de 50%, de préférence moins de 40%, voire moins de 35%, voire moins de 30% de particules présentant une taille inférieure à 50 pm, en pourcentage massique.

De préférence, en particulier lorsque le produit fritté est un béton fritté, au moins 90% en masse des particules de taille inférieure à 50 pm du mélange particulaire selon l’invention présentent une taille inférieure à 40 pm, de préférence inférieure à 30 pm, de préférence inférieure à 20 pm, voire inférieure à 10 pm.

De préférence, la fraction des particules du mélange particulaire présentant une taille inférieure à 50 pm comporte moins de 30%, de préférence moins de 25%, de préférence moins de 20%, de préférence moins de 15%, de préférence moins de 10%, de préférence moins de 5% de particules à base d’alumine béta, en pourcentage en masse sur la base de ladite fraction.

Dans un mode de réalisation, notamment lorsque le produit fritté est un béton fritté, la fraction des particules du mélange particulaire présentant une taille inférieure à 50 pm comporte de préférence des particules d’alumine alpha, des particules de ciment et des particules d’agent de mise en forme, de préférence des particules d’alumine alpha, des particules de ciment et des particules de défloculant.

Le mélange particulaire comporte, de préférence, moins de 90%, de préférence moins de 85%, de préférence moins de 80%, de particules de taille comprise entre 50 pm et 25 mm, en pourcentage massique.

De préférence, au moins 90% en masse des particules de taille supérieure ou égale à 50 pm, présentent une taille supérieure à 100 pm, de préférence supérieure à 200 pm, de préférence supérieure à 300 pm, de préférence supérieure à 400 pm.

De préférence toujours, plus de 80%, de préférence plus de 90%, de préférence plus de 95%, de préférence plus de 99% en masse des particules de taille supérieure ou égale à 50 pm, présentent une taille supérieure à 200 pm, de préférence supérieure à 300 pm, de préférence supérieure à 400 pm, voire supérieure à 0,5 mm et/ou inférieure à 10 mm, de préférence inférieure à 5 mm.

De préférence toujours, le mélange particulaire contient au moins 10% de particules de taille supérieure à 2 mm, en pourcentage massique.

De manière bien connue de l’homme du métier, la composition du mélange particulaire est adaptée à la composition souhaitée pour le produit fritté à fabriquer. En particulier, les oxydes présents dans le mélange particulaire se retrouvent, sensiblement dans leur totalité, dans le produit fritté. La composition, sur la base des oxydes, est donc sensiblement identique dans le mélange particulaire, dans la préforme et dans le produit fritté. Le liant et/ou l’agent de mise en forme, présents sous une forme particulaire, pouvant être présents dans le mélange particulaire selon l’invention, sont notamment choisis en fonction de la technique de mise en forme utilisée lors de l’étape c) du procédé selon l’invention.

Le mélange particulaire peut présenter : l’analyse chimique suivante, en pourcentage en masse sur la base des oxydes :

AI2O3 : complément à 100%,

0,26% < Na ₂ O < 4%,

0 % < oxydes autres que AI2O3 et Na ₂ O < 6%, pourvu que SiCh < 2%, les phases cristallisées suivantes, en pourcentages en masse sur la base de la quantité totale de phases cristallisées :

5% < alumine béta < 37%, moins de 6% de phases cristallisées autres que l’alumine béta et l’alumine alpha, complément à 100% : alumine alpha.

Il peut également présenter une ou plusieurs des caractéristiques optionnelles relatives à la composition du produit fritté selon l’invention, décrite ci-dessous.

Dans un mode de réalisation préféré, AI2O3 est apporté, de préférence exclusivement, par une ou plusieurs poudres d’alumine alpha, d’alumine béta et éventuellement par le ciment hydraulique. Lors de la fabrication du produit fritté, les phases cristallographiques de l’alumine alpha et de l’alumine béta sont sensiblement conservées.

Les poudres de matières premières sont de préférence mélangées intimement pour obtenir le mélange particulaire selon l’invention.

A l’étape b), une charge de départ est préparée, de préférence à température ambiante, à partir du mélange particulaire. Elle comporte le mélange particulaire selon l’invention, un solvant, de préférence l’eau, et optionnellement un liant liquide, en particulier lorsque le mélange particulaire selon l’invention ne comporte pas de liant sous une forme particulaire, et/ou un ou plusieurs agents de mise en forme liquide.

Comme exemples de liants liquides utilisables, on peut citer, de façon non limitative, l’acide phosphorique en solution, le silicate d’éthyle, la silice colloïdale. Dans un mode de réalisation, le mélange particulaire selon l’invention ne comporte pas de ciment. Dans un mode de réalisation préféré, le mélange particulaire selon l’invention comporte un ciment et la charge de départ ne comporte pas de liant liquide.

Le mélange particulaire comporte de préférence plus de 1%, de préférence plus de 2% et/ou moins de 8%, de préférence moins de 6%, en pourcentage sur la base de la masse du mélange particulaire.

Dans un mode de réalisation, la charge de départ ne comporte pas de liant liquide.

Le solvant est de préférence de l’eau.

Comme cela est bien connu de l’homme du métier, la quantité de solvant, de préférence l’eau, est notamment fonction de la technique de mise en forme de l'étape c).

Si une technique de mise en forme par coulage ou par vibrocoulage est utilisée à l’étape c), la quantité de solvant, de préférence l’eau est supérieure à 4%, de préférence supérieure à 5% et/ou inférieure à 7%, de préférence inférieure à 6%, en pourcentage massique par rapport à la masse du mélange particulaire.

Si une technique de mise en forme par pressage uniaxial est utilisée à l’étape c), la quantité de solvant, de préférence l’eau, est supérieure à 2%, de préférence supérieure à 3% et/ou inférieure à 6%, de préférence inférieure à 5%, en pourcentage massique par rapport à la masse du mélange particulaire.

Lorsque le mélange particulaire comporte un ciment hydraulique, l’ajout d’eau active le ciment hydraulique, c'est-à-dire provoque le début de la prise en masse.

Lorsque le mélange particulaire comporte un ciment hydraulique, la quantité de solvant, de préférence l’eau, est de préférence supérieure à 3%, de préférence supérieure à 4%, de préférence supérieure à 5%, et de préférence inférieure à 9%, de préférence inférieure à 8%, de préférence inférieure à 7%, en pourcentage massique par rapport à la masse du mélange particulaire.

On mélange classiquement la charge de départ dans un malaxeur.

A l’étape c), la charge de départ est mise en forme.

Toutes les méthodes conventionnelles utilisées pour fabriquer des préformes, en particulier en un béton durci, peuvent être envisagées. La mise en forme peut comporter un pressage isostatique, un coulage en barbotine, un pressage uniaxial, un coulage d’un gel, un vibro-coulage ou une combinaison de ces techniques.

De préférence, la charge de départ est versée dans un moule.

De préférence, lorsque le produit fritté selon l’invention est un béton fritté, la charge de départ est versée dans un moule où elle durcit, en particulier par la prise en masse résultant de la réaction du ciment hydraulique avec le solvant, de préférence l’eau.

De préférence, le moule est conformé de manière que le produit fritté présente la forme d'un bloc dont toutes les dimensions sont supérieures à 1 mm, supérieures à 5 mm, supérieures à 5 cm et dont toutes les dimensions sont de préférence inférieures à 500 cm.

De préférence, le moule est conformé de manière que le produit fritté présente une masse supérieure à 1 kg, supérieure à 5 kg, supérieure à 10 kg, voire supérieure à 100 kg et/ou inférieure à 2500 kg, voire inférieure à 2000 kg.

Après démoulage, on obtient un bloc appelé « préforme ».

Lors de la mise en forme, notamment lors de la prise en masse lorsque le produit fritté est un béton fritté, les quantités des oxydes, et en particulier de l’alumine alpha et de l’alumine béta, et leur structure cristallographique ne sont sensiblement pas modifiées.

La préforme, selon l’invention, peut ainsi présenter : l’analyse chimique suivante, en pourcentage en masse sur la base des oxydes :

AI2O3 : complément à 100%,

0,26% < Na ₂ O < 4%,

0 % < oxydes autres que AI2O3 et Na ₂ O < 6%, pourvu que SiCh < 2%, les phases cristallisées suivantes, en pourcentages en masse sur la base de la quantité totale de phases cristallisées :

5% < alumine béta < 37%, moins de 6% de phases cristallisées autres que l’alumine béta et l’alumine alpha, complément à 100% : alumine alpha. Elle peut également présenter une ou plusieurs des caractéristiques optionnelles relatives à la composition du produit fritté selon l’invention.

A l’étape d), la préforme peut subir une étape de séchage, afin d’éliminer une partie de l’eau ayant été utilisée pour la mise en forme. De préférence, le séchage conduit à une préforme présentant une humidité résiduelle inférieure à 2%. Une telle étape est parfaitement connue de l’homme du métier. Toutes les techniques de séchage sont envisageables.

A l’étape e), la préforme est frittée de manière à obtenir un produit fritté selon l’invention.

Le frittage est de préférence effectué à pression atmosphérique, de préférence avec un palier de température d’une durée supérieure à 5 heures et/ou inférieure à 15 heures, à une température supérieure à 1100°C et/ou inférieure à 1700°C.

Le frittage peut être réalisé in situ, c'est-à-dire après que le bloc durci a été positionné dans sa position de service, dans l’installation de fabrication de verre.

Dans ce mode de réalisation, le moule peut être même disposé de manière qu’ après démoulage, le bloc durci soit dans sa position de service. Il est alors mis en forme in situ et au moins en partie fritté in situ. Une mise en forme in situ permet de fabriquer des gros blocs, impossibles ou difficiles à déplacer ultérieurement.

Le frittage conduit à un produit fritté selon l’invention.

Le produit fritté comporte de préférence plus de 98%, de préférence plus de 99%, de préférence sensiblement 100% d’oxydes, sur la base de la masse du produit fritté.

De préférence, la mise en forme et le frittage sont adaptés, de manière connue, pour que :

- la porosité ouverte du produit fritté soit supérieure à 8%, de préférence supérieure à 10%, de préférence supérieure à 12%, de préférence supérieure à 14%, voire supérieure à 15%, voire supérieure à 17%, et/ou inférieure à 25%, de préférence inférieure à 20%, de préférence inférieure à 18,5% ; et/ou

- la masse volumique apparente du produit fritté soit supérieure à 2,8 g/cm ³ , de préférence supérieure à 2,9 g/cm ³ , et/ou inférieure à 3,2 g/cm ³ , de préférence inférieure à 3,1 g/cm ³ .

De préférence, dans le produit fritté : - la teneur en AI2O3, en pourcentage en masse sur la base des oxydes, est supérieure à 94%, de préférence supérieure à 95%, de préférence supérieure à 95,5%, et/ou inférieure à 98,5%, de préférence inférieure à 98%, de préférence inférieure à 97,5% ; et/ou

- la teneur en Na2Û, en pourcentage en masse sur la base des oxydes, est supérieure à 0,35%, de préférence supérieure à 0,5%, de préférence supérieure à 0,78%, de préférence supérieure à 1%, de préférence supérieure à 1,4%, de préférence supérieure à 1,6%, de préférence supérieure à 1,8%, de préférence supérieure à 2%, et/ou inférieure à 2,9%, de préférence inférieure à 2,6% ; et/ou

- plus de 85%, de préférence plus de 90%, de préférence plus de 93%, de préférence plus de 95% du Na2Û est sous forme d’alumine béta ; et/ou

- la teneur en oxydes autres que AI2O3 et Na2Û, en pourcentage en masse sur la base des oxydes, est inférieure à 5%, de préférence inférieure à 4%, de préférence inférieure à 3%, de préférence inférieure à 2%, de préférence inférieure à 1,8%, et/ou supérieure à 0,1% ; et/ou

- la teneur en SiCh, en pourcentage en masse sur la base des oxydes, est inférieure à 1,5%, de préférence inférieure à 1%, de préférence inférieure à 0,8%, de préférence inférieure à 0,7%, de préférence inférieure ou égale à 0,6% ; et/ou

- en particulier lorsque le produit fritté est un béton fritté, la teneur en CaO, en pourcentage en masse sur la base des oxydes, est supérieure à 0,3%, de préférence supérieure à 0,5%, de préférence supérieure à 0,6%, et/ou inférieure à 2%, de préférence inférieure à 1,8%, de préférence inférieure à 1,5%, de préférence inférieure à 1,3%, de préférence inférieure à 1% ; et/ou

- la quantité d’alumine béta, en pourcentage en masse sur la base de la quantité totale de phases cristallisées, est supérieure à 7%, de préférence supérieure à 10%, de préférence supérieure à 15%, de préférence supérieure à 20%, de préférence supérieure à 24%, de préférence supérieure à 27%, et/ou inférieure à 35%, de préférence inférieure à 32% ; et/ou

- la quantité de phases cristallisées autres que l’alumine béta et l’alumine alpha, en pourcentage en masse sur la base de la masse des phases cristallisées, est inférieure à 5%, de préférence inférieure à 4%, de préférence inférieure à 3% ; et/ou - la quantité de phase amorphe présente dans le produit fritté, sur la base de la masse du produit fritté, est inférieure à 5%, de préférence inférieure à 4%, de préférence inférieure à 3%.

Les exemples non limitatifs suivants sont donnés dans le but d’illustrer l’invention.

Dans ces exemples, les matières premières employées suivantes sont choisies, les pourcentages donnés étant des pourcentages massiques :

- des poudres d’alumine alpha tabulaire T60 commercialisé par la société Almatis,

- des poudres à base d’alumine béta présentant l’analyse chimique suivante, en pourcentages massiques : AI2O3 : 95%, Na2Û : 4%, autres composés : 1%, et l’analyse cristallographique suivante, en pourcentages en masse sur la base des phases cristallisées : alumine béta : 53%, alumine alpha : 45%, la quantité de phase amorphe étant égale à 2%, en pourcentage massique sur la base de la poudre considérée,

- une poudre de particules fines à base d’alumine béta, présentant l’analyse chimique suivante, en pourcentages massiques : AI2O3 : 95%, Na2Û : 4%, autres composés : 1%, et l’analyse cristallographique suivante, en pourcentages en masse sur la base des phases cristallisées : alumine béta : 53%, alumine alpha : 45%, la quantité de phase amorphe étant égale à 2%, en pourcentage massique sur la base de la poudre, et une taille médiane (D50) égale à 23 pm,

- une poudre d’alumine alpha calcinée, présentant une teneur massique en AI2O3 supérieure à 99,7% et une taille médiane (D50) égale à 4,8 pm,

- une poudre d’alumine alpha réactive, présentant une teneur massique en AI2O3 supérieure à 99,7% et une taille médiane (D50) égale à 1,5 pm,

- une poudre d’alumine alpha fine, présentant une teneur massique en AI2O3 supérieure à 95%, une taille médiane (D50) égale à 40 pm et une taille D90 égal à 100 pm,

- du ciment CA270 commercialisé par la société Almatis, présentant une taille médiane (D50) égale à 6 pm,

- un éther de polycarboxylate modifié.

Des pièces sont fabriquées selon un procédé conforme à l’invention.

A l’étape a), les poudres d’oxydes et l’éther de polycarboxylate modifié sont dosés et mélangés de manière à former un mélange particulaire. A l’étape b), le mélange particulaire et de l’eau sont introduits dans un malaxeur. Après un malaxage d’une durée de 20 minutes, une charge de départ est obtenue.

A l’étape c), la charge de départ est coulée dans un moule en bois, de manière à obtenir une préforme sous la forme d’une brique présentant une longueur égale à 230 mm, une largeur égale à 115 mm et une épaisseur égale à 115 mm et une préforme sous la forme d’un barreau présentant une longueur égale à 500 mm et une section égale à 40 mm x 40 mm.

Le barreau est utilisé, après séchage, pour caractériser la déformation lors du frittage.

A l’étape d), après démoulage et séchage à 110°C pendant 24 heures, la préforme sous la forme d’une brique est frittée dans le cycle thermique suivant : - montée de la température ambiante jusqu’à 1350°C à une vitesse de 30°C/h,

- maintien à 1350°C pendant 10 heures,

- descente en température à une vitesse égale à 30°C/h jusqu’à 500°C, puis descente libre jusqu’à la température ambiante (20°C).

Le tableau 1 suivant résume pour chaque exemple, la composition du mélange particulaire à l’étape a) et de la charge de départ à l’étape b).

[Tableau 1]

Les analyses chimiques sont réalisées par fluorescence X.

Les analyses cristallographiques sont effectuées sur des échantillons réduits en poudre, sur un appareil Bruker D5000 commercialisé par la société Bruker, à l’aide d’un affinement Rietveld.

Le comportement au bullage au contact du verre en fusion des produits frittés des exemples est évalué par la méthode suivante.

Des creusets présentant

- un diamètre extérieur égal à 50 mm, - une hauteur totale égale à 50 mm,

- un trou concentrique au diamètre extérieur et présentant un diamètre égal à 30 mm, et

- un fond d’épaisseur égale à 20 mm sont usinés dans les briques de produits frittés des exemples à tester.

Chaque creuset est rempli par 30 grammes d’une poudre de verre sodocalcique dont la taille médiane est égale à 1 mm, dont la taille maximale est égale à 5 mm, et présentant l’analyse chimique massique suivante : SiCh : 71,6%, CaO : 12,5%, AI2O3 : 2%, Na20+I<20 : 12,3%, autres oxydes : 1,6%.

L’ensemble du creuset et du verre est ensuite placé dans un four électrique et subit le traitement thermique suivant, sous air :

- montée à 1250°C à une vitesse égale à 500°C/h,

- maintien à 1250°C pendant 30 heures,

- descente à 800°C à une vitesse égale à 500°C/h,

- descente à 660°C à une vitesse égale à 20°C/h,

- maintien à 660°C pendant 5 heures,

- descente à température ambiante à une vitesse égale à 8°C/h.

Le rapport de la surface des bulles générées lors du test sur la surface de verre observée, peut être évalué avec la méthode suivante, non limitative.

Après refroidissement, de la résine est coulée dans le creuset de manière à remplir totalement le creuset. Le creuset est ensuite découpé de manière à obtenir une tranche d’épaisseur égale à 7 mm, ladite tranche contenant l’axe de symétrie vertical du creuset et présentant une hauteur égale à celle du creuset.

La tranche est ensuite polie afin de rendre le verre transparent et faciliter les observations, ledit polissage s’effectuant au minimum avec un papier grade 1200, de préférence avec une pâte diamantée.

Des images sont ensuite acquises à l’aide d’un microscope optique, une source de lumière éclairant la tranche de verre du côté opposé au microscope optique (rétroéclairage). Ce rétroéclairage fait apparaître les bulles contenues dans le verre. La mise au point, notamment l’ouverture, est effectuée de telle manière que toutes les bulles contenues dans la partie de la tranche de verre observée apparaissent nettes.

Le grossissement utilisé est le grossissement le plus élevé possible permettant d’obtenir une image correspondante à 0,5 mm ² de la surface du verre de la tranche, le nombre total d’images étant égal au nombre d’images nécessaire pour pouvoir observer la totalité de la surface du verre de la tranche, sans recouvrement.

Pour chaque tranche, chaque image t est ensuite analysée à l’aide du logiciel imageJ, disponible sur le site http://rsbweb.nih.gov/ij/ selon la méthode suivante : - ouvrir l'image dans imageJ ;

- supprimer les éventuels résultats antérieurs avec la fonction « Analyse>Clear Results » ;

- définir la grandeur à mesurer, autrement dit la surface, en cochant uniquement la case « Area » dans « Analyze>Set measurements », puis en validant par « OK » ;

- ajuster la luminosité avec la fonction « Image>Adjust>Brightness/contrast », puis cliquer sur « Auto » ;

- appliquer un flou gaussien « Gaussian blur » avec un sigma (ou rayon) d’une valeur égale à 2,00 à l’aide de la fonction « Process>Filters>Gaussian blur », puis valider à l’aide du bouton « OK » ;

- convertir le nombre de niveaux de couleurs/gris en 8 bits avec la fonction

« Image>Type>8-bit » ;

- binariser l'image avec la fonction « fonction Image>Adjust>Treshold>Auto », la case « Dark Background » étant cochée, le menu déroulant correspondant au type de seuillage étant sur « Default », la couleur de seuillage rouge étant sélectionnée à l’aide du menu déroulant sur « Red » (ne pas cocher « Stack histogram », appuyer sur « Apply » puis fermer la fenêtre) ;

- à l’aide de l’outil « Freehand » sélectionné grâce à l’icône dédiée, définir à l’aide de la souris la zone de verre à analyser, cette zone ne contenant pas les bulles en contact avec les surfaces intérieures du creuset ;

- mesurer la surface de ladite zone, ZAI, avec l’outil « Analyse>Measure ». La valeur de la surface s’affiche dans la colonne « Area » d’une fenêtre qui s’ouvre ; noter la valeur et fermer la fenêtre ;

- effacer la partie de l’image se trouvant en dehors de la zone de verre à analyser avec l’outil « Edit>Clear outside », puis désélectionner la zone de verre à analyser précédemment sélectionnée avec l’outil « Edit>Selection>Select None » et effacer les résultats avec l’outil « Analyse>Clear results » ;

- sélectionner à l’intérieur de la zone de verre à analyser, les zones à ne pas prendre en compte, comme par exemple les fissures pouvant apparaître lors du refroidissement du verre. Ces sélections s’effectuent à l’aide de l’outil « Freehand » et son icône dédiée ;

- déterminer la surface Zit de chacune des zones i à ne pas prendre en compte pour l’image /, de manière successive, à l’aide de l’enchaînement de commandes suivant :

« Analyse>Measure » puis « Analyse>Clear results » puis « Edit>Clear » puis « Edit>Selection>Select None ». Répéter cet enchaînement i fois. On appelle Znt la somme des surfaces Zit ;

- inverser les zones en noir et en blanc de l’image avec l’outil « Process>Binary>Make Binary ». Les bulles apparaissent alors de couleur noire sur un fond blanc (valeur 255 pour le blanc, 0 pour le noir) ;

- certaines bulles peuvent apparaitre sous la forme de cercles non pleins (cercles de couleur blanche avec une partie centrale de couleur noir). Pour ces bulles, transformer la couleur noire de la partie centrale en blanc à l’aide de la fonction « Process>Binary>Fill holes » ;

- déterminer la surface des bulles à l’aide des commandes suivantes : « Analyze> Analyze Particles. . . » en indiquant dans la zone « Size » : « 0-infinity », dans la zone « Circularity » : « 0.00-1.00 », dans la zone « Show » : « Nothing », puis cocher uniquement les cases : « Display results », « Clear results », « In situ Show » et cliquer sur « OK » ;

- enregistrer le fichier de résultats « Results.xls » avec la commande « File>Save As. . . » ;

- ouvrir le fichier de résultats « Results.xls » et faire la somme Zct de chiffres de la colonne « Area » représentant la surface de chaque bulle de la zone analysée ;

- calculer la surface de verre observée prise en compte, égale à la surface de verre observée ZAI diminuée de la surface Znt des zones exclues, ZAI-ZBI ;

- calculer la surface totale des bulles Zc, égale à la somme des surfaces Zct déterminées pour chaque image t

- calculer la surface totale de verre prise en compte ZA-ZB, égale à la somme des surfaces observées (ZAI-ZBI) déterminées pour chaque image t

- calculer le rapport de la surface des bulles Zc, et de la surface de verre prise en compte ZA-ZB, ZC/(ZA-ZB).

Ce rapport caractérise le comportement au bullage du produit fritté au contact du verre en fusion.

L’aptitude du verre en fusion à pénétrer dans le produit fritté est appréciée en mesurant, après essai de bullage et réalisation de la tranche nécessaire à la quantification du bullage, la pénétration moyenne par le verre en fusion dans l’épaisseur des parois du creuset qui sont dans la tranche.

La déformation lors du frittage des produits des exemples a été évaluée par la méthode suivante. Un barreau de longueur égale à 500 mm et de section égale à 40 mm x 40 mm de chaque exemple de produit sec est disposé dans un four électrique, sur deux supports en alumine frittée de dimensions égales à 40x40x40 mm ³ , disposés tel que représenté sur la figure la, la distance intérieure entre lesdits deux supports, e, étant égale à 400 mm.

Les barreaux subissent le traitement thermique suivant, sous air : - montée à 1350°C à une vitesse égale à 30°C/h,

- maintien à 1350°C pendant 10 heures,

- descente à température ambiante à une vitesse égale à 30°C/h.

La déformation lors du frittage est la valeur de la flèche/mesurée en mm sur chaque barreau, comme indiqué sur la figure 1b. Le tableau 2 suivant résume les caractéristiques obtenues après frittage.

[Tableau 2] n.d. : non déterminé * : hors invention

Une pénétration de verre mesurée égale à 20 mm signifie que le verre a traversé l’épaisseur du fond du creuset. Le rapport de la surface de bulles sur la surface de verre observée, exprimé en pourcentage, est faible pour les produits des exemples 2 à 5. Le rapport de la surface de bulles sur la surface de verre observée, exprimé en pourcentage, n’a pas pu être déterminé pour le produit de l’exemple 1 car il ne restait pas suffisamment de verre dans le creuset après essai.

La pénétration moyenne du verre dans le fond du creuset est inférieure, pour les produits de l’exemple 2 (8% d’alumine béta, pénétration moyenne du verre dans le fond du creuset de 15 mm), de l’exemple 3 (17% d’alumine béta, pénétration moyenne du verre dans le fond du creuset de 10 mm), de l’exemple 4 (30% d’alumine béta, pénétration moyenne du verre dans le fond du creuset de 3,3 mm) selon l’invention, et 5 hors invention (42% d’alumine béta, pénétration moyenne du verre dans le fond du creuset de 2,8 mm), à celle du produit de l’exemple 1 hors invention (0% d’alumine béta, pénétration moyenne du verre dans le fond du creuset de 20 mm).

Enfin, la déformation lors du frittage, mesurée par la flèche /est inférieure pour le produit des exemples 2 (8% d’alumine béta, flèche/égale à 6 mm), 3 (17% d’alumine béta, flèche/ égale à 5,2 mm) et 4 (30% d’alumine béta, flèche/égale à 7,5 mm) selon l’invention à celle du produit de l’exemple 5 hors invention (42% d’alumine béta, flèche/égale à 12 mm).

Les produits des exemples 2, 3 et 4 selon l’invention sont donc les seuls à présenter un bullage au contact du verre sodocalcique faible, une pénétration moyenne du verre faible, et une déformation lors du frittage faible.

Le produit de l’exemple 4 est le produit préféré d’entre tous.

Bien entendu, la présente invention n’est pas limitée aux modes de réalisation décrits fournis à titre d’exemples illustratifs et non limitatifs.

En particulier, les produits selon l’invention ne se limitent pas à des formes ou à des dimensions particulières.