réfractaire (produit) (suite)

Sillimanite

La composition SiO₂, Al₂O₃, qui n’apparaît pas sur le diagramme de phase, existe à l’état naturel, notamment en roches compactes dans lesquelles on peut tailler des blocs directement utilisables en cru (sillimanite de Kashia, dans l’Inde). Au-dessus de 1 530 °C, elle se transforme en mullite et rejoint le diagramme précédent. Broyée et agglomérée avec des terres plastiques (ball clay), la sillimanite conduit à des réfractaires tenant à 1 800 °C et, sous charge de 2 kg/cm², à 1 600 °C. Les réfractaires à base de sillimanite ont une bonne résistance aux produits tant acides (mâchefers) que basiques (verres)...

Bauxite et corindon

Les bauxites sont des hydrates d’alumine Al₂O₃, nH₂O (n = 1 pour les diaspores, n = 2 pour les bauxites proprement dites, n = 3 pour la gibbsite et l’hydrargillite). Calcinées et broyées, elles sont agglomérées aux terres grasses, car elles ne donnent pas par elles-mêmes une pâte plastique. Elles conduisent à des réfractaires riches en alumine utilisés pour les revêtements des fours de métaux non ferreux, de cimenterie, etc.

Le corindon artificiel, obtenu au four électrique par fusion des bauxites, peut contenir plus de 94 p. 100 d’alumine, Al₂O₃ (T_f = 1 950 °C, d = 4). Il est inerte en milieu oxydant et résiste bien aux bases.

Produits basiques

Ce sont des réfractaires magnésiens utilisés surtout en métallurgie pour leur bonne tenue aux scories basiques. Ils sont obtenus à partir de la giobertite (carbonate de magnésium CO₃Mg), ou à partir de magnésie marine. À 700 °C, la giobertite lâche le gaz carbonique, et l’oxyde de magnésium MgO se transforme à 1 400 °C en donnant de petits cristaux de périclase (T_f = 2 800 °C). On cuit le produit aggloméré à la plus haute température possible. Les produits de magnésie sont très réfractaires, mais fragiles ; ils résistent mal à la charge, aussi les utilise-t-on dans les fours en voûte suspendue.

Associée à la chromite, la magnésie donne les réfractaires de magnésie-chrome, de chrome-magnésie, suivant les teneurs respectives en magnésie MgO et en anhydride chromique Cr₂O₃ et l’on aboutit aux réfractaires de chromite. Ceux-ci sont neutres, même aux hautes températures, et résistent aussi bien aux acides qu’aux bases. Les spinelles (chromites de fer) en sont la matière première. Le carbonate double de magnésium et de calcium (CO₃)²CaMg, qui constitue la dolomie, conduit également à des réfractaires basiques de haute réfractairité.

Produits spéciaux

On désigne ainsi des réfractaires à base de mullite, de zircone, de graphite, de carbure de silicium, etc. D’autre part, les réfractaires silico-alumineux peuvent présenter une phase riche en mullite. C’est la forme ultime de la sillimanite, de l’andalousite, de la cyanite (silicates d’alumine naturels), portées à haute température. Pratiquement, on fond à l’arc électrique les bauxites ou diaspores. La mullite est utilisée soit fondue et coulée en blocs à 2 000 °C, soit coulée en grainette, puis broyée et agglomérée. La zircone ZrO₂ et le zircon, ou silicate de zirconium SiO₂, ZrO₂, sont de même utilisés agglomérés ou coulés. Le zircon s’agglomère aux liants organiques ou phosphoriques éliminables à la cuisson. Une mention spéciale doit être faite pour le carbure de silicium (SiC), du fait de son utilisation comme corps de chauffe (résistors). Très conducteur du courant électrique, il peut être utilisé en atmosphère oxydante, car la silice vitreuse formée en surface protège le reste du corps de l’oxydation profonde. On le fabrique par réduction de la silice par le carbone suivant le processus
SiO₂ + 3C → SiC + 2CO.

Produits électrofondus

Les plus répandus actuellement sont à base d’alumine et de zircone. Le produit désigné sous le nom de marque Corhart (de CORning et HARTford, les deux firmes qui ont mis au point le produit) contient de 40 à 50 p. 100 de mullite, 40 p. 100 de corindon, le reste étant constitué par des impuretés incluses dans une phase vitreuse. Le Corhart est fondu à partir de bauxites blanches et de sable donnant à la fusion une teneur en alumine totale supérieure à 72 p. 100 et comportant un mélange de cristaux noyés dans la phase vitreuse qui est de l’ordre de 15 à 18 p. 100. La coulée se fait à 1 900 °C. Le retrait à la solidification est important (13 p. 100) ; la masselotte figée laisse se former une retassure qu’on peut remplir ou disperser. La porosité des parties massives est pratiquement nulle (inférieure à 1 p. 100). La réfractairité, la résistance à la corrosion sont remarquables. Un progrès notable a été obtenu en remplaçant une partie de l’alumine par de la zircone. On part du mélange 50 p. 100 d’alumine Al₂O₃, 50 p. 100 de zircone ZrO₂, ce dernier provenant pour 1/3 de baddeleyite et 2/3 du zircon. Le produit est connu sous le nom de ZAC. Le Monofrax est également un produit coulé formé d’alumine α et β. Additionné de 11 p. 100 de Cr₂O₃, il conduit au Monofrax K.

Pour les usages métallurgiques, c’est le Corhart 104 qui est utilisé. Il est constitué de 50 p. 100 de chromite et 50 p. 100 de magnésie. Il se coule à 2 300 °C en moule de graphite. Il existe également des réfractaires de silice fondue, obtenus à 2 000 °C par le rayonnement d’un four électrique à électrode centrale de graphite, sans contact avec le sable très pur qui constitue l’unique matière première (sable de Nemours).

Produits ultraréfractaires

La course aux hautes températures, déclenchée notamment par les recherches sur les plasmas, a mis à l’ordre du jour la création de produits ultraréfractaires. La plupart de ceux-ci en sont encore à la phase des recherches de laboratoire sur les domaines de stabilité et de transformations cristallographiques des oxydes AO₂ et A₂O₃ (A = Zr ou Th) avec les oxydes Ln₂O₃ (Ln = élément du groupe des lanthanides : La, Nd, Sm, Gd, Er, Yb). Sur le plan des réalisations pratiques, on utilise un réfractaire de zircone stabilisée par 10 p. 100 d’oxyde d’yttrium Y₂O₃, qui est conducteur au-dessus de 1 200 °C et permet de réaliser des fours atteignant, en atmosphère oxydante, 2 200 °C avec des durées de vie supérieures à 1 000 h.

I. P.

➙ Céramique / Faïence / Porcelaine / Poterie.