La plupart des matières premières réfractaires sont des matériaux à base de bismuth non plastiques, difficiles à transformer directement en produits semi-finis. Il est donc nécessaire d'utiliser un liant organique, inorganique ou mixte. Ces matières premières réfractaires spécifiques sont soumises à un dosage rigoureux et précis afin d'obtenir une pâte présentant une granulométrie et une teneur en eau homogènes, une certaine plasticité et une bonne aptitude au formage, ainsi que des produits semi-finis. Un procédé de production à haut rendement, garantissant un mélange homogène et adapté, est indispensable.
(1) Appariement des particules
On peut transformer un lingot (boue) en un produit à densité apparente maximale en sélectionnant une composition granulométrique appropriée. Théoriquement, des sphères de même taille, de diamètres et de matériaux différents, ont été testées ; leur densité apparente est restée pratiquement identique. Dans tous les cas, la porosité était de 38 % ± 1 %. Ainsi, pour une bille de même taille, sa densité apparente et sa porosité sont indépendantes de sa taille et des propriétés du matériau, et les particules s’empilent toujours selon une structure hexagonale avec un nombre de coordination de 8.
Les différentes formes d'empilement théoriques de particules de même taille comprennent le cube, la colonne oblique simple, la colonne oblique composite, la pyramide et le tétraèdre. La figure 24 illustre ces différentes formes d'empilement de sphères de même taille. Le tableau 2-26 présente la relation entre la méthode de dépôt des particules et la porosité.
Afin d'augmenter la densité apparente du matériau et de réduire sa porosité, on utilise une sphère de taille inégale, c'est-à-dire qu'un certain nombre de petites sphères sont ajoutées à la grande sphère pour augmenter la composition de la sphère, et la relation entre le volume occupé par la sphère et la porosité est présentée dans le tableau 2-27.
Avec les ingrédients du clinker, les particules grossières mesurent 4,5 mm, les particules intermédiaires 0,7 mm, les particules fines 0,09 mm, et le changement de la porosité du clinker est illustré dans la figure 2-5.
D'après la figure 2-5, les particules grossières représentent 55 % à 65 %, les particules moyennes 10 % à 30 % et la poudre fine 15 % à 30 %. La porosité apparente peut ainsi être réduite à 15,5 %. Bien entendu, la composition des matériaux réfractaires spéciaux peut être adaptée en fonction des propriétés physiques et de la granulométrie des matériaux.
(2) Agent de liaison pour produits réfractaires spéciaux
Selon le type de matériau réfractaire spécial et la méthode de moulage, les liants qui peuvent être utilisés sont :
(1) Méthode de coulis, gomme arabique, butyral de polyvinyle, hydrazine méthylcellulose, acrylate de sodium, alginate de sodium, et autres.
(2) Le procédé de pressage, y compris les lubrifiants, les glycols,
Alcool polyvinylique, méthylcellulose, amidon, dextrine, maltose et glycérine.
(3) Méthode d'injection de cire chaude, les liants sont : cire de paraffine, cire d'abeille, lubrifiants : acide oléique, glycérine, acide stéarique et autres.
(4) Méthode de coulée, agent de liaison : méthylcellulose, éthylcellulose, acétate de cellulose, butyral de polyvinyle, alcool polyvinylique, acrylique ; plastifiant : polyéthylène glycol, dioctane, acide phosphorique, peroxyde de dibutyle, etc. ; agent dispersant : glycérine, acide oléique ; solvant : éthanol, acétone, toluène, etc.
(5) Méthode d'injection, résine thermoplastique polyéthylène, polystyrène, polypropylène, acétylcellulose, résine propylène, etc., peut également chauffer la résine phénolique dure ; lubrifiant : acide stéarique.
(6) Méthode de pressage isostatique, alcool polyvinylique, méthylcellulose, utilisant du liquide résiduel de pâte à papier sulfite, du phosphate et d'autres sels inorganiques lors de la formation de granulés.
(7) Méthode de pressage, méthylcellulose, dextrine, alcool polyvinylique, liquide résiduaire de pâte à papier sulfite, sirop ou divers sels inorganiques ; liquide résiduaire de pâte à papier sulfite, méthylcellulose, gomme arabique, dextrine ou sels d'acides inorganiques et inorganiques, tels que l'acide phosphorique ou les phosphates.
(3) Adjuvants pour produits réfractaires spéciaux
Afin d'améliorer certaines propriétés des produits réfractaires spéciaux, de contrôler la conversion de la forme cristalline de la pièce, de réduire sa température de cuisson et d'ajouter une faible quantité d'adjuvants à la pâte, on utilise principalement des oxydes métalliques, des oxydes non métalliques, des oxydes de terres rares, des fluorures, des borures et des phosphates. Par exemple, l'ajout de 1 à 3 % d'acide borique (H₂BO₃) à l'alumine γ (γ-Al₂O₃) favorise la conversion. L'ajout de 1 à 2 % de TiO₂ à l'alumine (Al₂O₃) permet de réduire considérablement la température de cuisson (d'environ 1 600 °C). L'ajout de TiO₂, Al₂O₃, ZiO₂ et V₂O₅ à l'oxyde de magnésium (MgO) favorise la croissance des grains de cristobalite et abaisse la température de cuisson du produit. L'ajout de CaO, MgO, Y2O3 et d'autres additifs à la matière première ZrO2 peut être transformé en une solution solide de zircone cubique stable de la température ambiante à 2000 °C après un traitement à haute température.
(4) Procédé et équipement de mélange
méthode de mélange à sec
Le mélangeur à contre-courant incliné et puissant produit par Shandong Konyle a un volume de 0,05 à 30 m3, convient au mélange de diverses poudres, granulés, flocons et matériaux à faible viscosité, et est équipé d'un dispositif d'ajout et de pulvérisation de liquide.
2. Méthode de mélange humide
Dans la méthode de mélange humide classique, les matières premières sont placées dans un mélangeur planétaire muni d'un revêtement protecteur pour un broyage fin. Après obtention de la suspension, un plastifiant et d'autres adjuvants sont ajoutés pour ajuster sa densité. Le mélange est ensuite homogénéisé dans un mélangeur planétaire à arbre vertical, puis granulé et séché dans un séchoir à granulés par pulvérisation.
mélangeur planétaire
3. Méthode de compoundage des plastiques
Afin de produire une méthode de compoundage très polyvalente pour une ébauche spéciale de produit réfractaire adaptée au formage plastique ou au formage de boues, diverses matières premières, adjuvants, plastifiants, lubrifiants et eau sont soigneusement mélangés sur un mélangeur planétaire, puis sur un mélangeur intensif à haut rendement pour éliminer les bulles d'air. Pour améliorer la plasticité de la boue, celle-ci est mélangée à du matériau sec, puis soumise à un second malaxage sur une machine à argile avant moulage. Koneile produit des mélangeurs puissants et à haut rendement, comme illustré ci-dessous :
Mélangeur efficace et puissant
Mélangeur à contre-courant
4. Méthode de mélange semi-sec
Convient aux méthodes de mélange à faible teneur en humidité. Le mélange semi-sec est requis pour les produits réfractaires spéciaux, formés mécaniquement à partir d'ingrédients granulaires (composants en trois étapes : grossiers, moyens et fins). Le mélange s'effectue dans un mélangeur à sable, un broyeur à voie humide, un mélangeur planétaire ou un mélangeur à force.
La procédure de mélange consiste à mélanger à sec les granulés de différentes granulométries, puis à ajouter la solution aqueuse contenant le liant (inorganique ou organique) et enfin la poudre fine mélangée (incluant l'agent de combustion, l'agent d'expansion et autres additifs). Le mélange doit être homogène. La durée de mélange est généralement de 20 à 30 minutes. La boue ainsi obtenue doit éviter la ségrégation granulométrique et l'eau doit être répartie uniformément. Si nécessaire, il convient de bien emprisonner la boue lors du moulage.
La teneur en humidité de la boue du produit formé par pressage est contrôlée entre 2,5 % et 4 % ; la teneur en humidité du produit moulé en forme de boue est contrôlée entre 4,5 % et 6,5 % ; et la teneur en humidité du produit moulé par vibration est contrôlée entre 6 % et 8 %.
(1) Performances techniques de la série CMP de mélangeurs planétaires à haut rendement énergétique produits par Kone.
(2) Performances techniques du mélangeur de sable humide
5. Méthode de mélange de la boue
Le procédé de mélange de boues est utilisé pour la production de produits céramiques réfractaires spéciaux, notamment les barbotines pour le moulage par injection de plâtre, le moulage par coulée et le moulage par injection. Il consiste à mélanger diverses matières premières, des agents de renforcement, des agents de suspension, des adjuvants et 30 à 40 % d'eau propre dans un broyeur à boulets (broyeur mélangeur) à revêtement résistant à l'usure, puis à mélanger et broyer le mélange pendant une durée déterminée afin d'obtenir une barbotine de moulage. Lors de la préparation de la boue, il est nécessaire de contrôler sa densité et son pH en fonction des caractéristiques du matériau et des exigences du procédé de moulage.
mélangeur puissant à contre-courant
Les principaux équipements utilisés dans la méthode de mélange de boue sont un broyeur à boulets, un compresseur d'air, un système d'élimination du fer par voie humide, une pompe à boue, un dégazeur sous vide, etc.
6. Méthode de mélange par chauffage
Les liants à base de paraffine et de résine sont des substances solides (ou visqueuses) à température normale et ne peuvent pas être mélangés à température ambiante ; ils doivent être chauffés et mélangés.
La paraffine est utilisée comme liant dans le procédé de moulage à chaud. Son point de fusion étant de 60 à 80 °C, la cire de paraffine est chauffée à plus de 100 °C lors du mélange afin d'obtenir une bonne fluidité. On ajoute ensuite la poudre fine de paraffine à la paraffine liquide, et après un mélange homogène, le matériau est prêt. La pièce moulée est ensuite coulée à chaud.
L'équipement principal de mélange pour chauffer le mélange est un agitateur chauffant.
Date de publication : 20 octobre 2018
