Briques réfractaires pressées vs moulées

Briques réfractaires pressées et moulées : quelle est la différence ?

La façon dont il se forme est aussi cruciale que la compréhension du matériau réfractaire lui-même. Le fondeur moderne doit sélectionner le bon réfractaire - à la fois le matériau et la forme - pour le bon travail afin de garantir un processus optimal.

Introduction

Réfractaires Les briques font partie des matériaux d’isolation thermique les plus couramment utilisés dans l’industrie aujourd’hui. Fournit une protection précieuse de l’outillage, du boîtier et des machines contre l’excès de chaleur nécessaire à un processus de fabrication. Les briques sont la forme logique, car elles peuvent être empilées et collées pour former pratiquement n’importe quelle structure, que ce soit pour tapisser un four, un four ou un répartiteur. Les choix de matériaux réfractaires qui composent les briques sont largement utilisés, notamment l’alumine, la silice et la chromite. La performance de ces briques dépend d’une myriade de facteurs, y compris, mais sans s’y limiter, la composition chimique, la porosité et la stabilité thermique. Les briques réfractaires sont des exemples de réfractaires « façonnés ». (1,2,3) Les briques réfractaires sont également connues sous le nom de briques réfractaires. Le fait qu’une brique réfractaire soit basique, neutre ou acide est un aspect clé de l’adaptation d’une brique à une application particulière, entre autres aspects.

Lorsqu’il considère le type ou la forme d’un matériau ou d’une brique, le fondeur moderne doit tenir compte de nombreux facteurs. Ceux-ci comprennent, sans s’y limiter, la résistance physique, la capacité thermique, la résistance aux attaques chimiques, l’uniformité, la résistance au retrait ou à la dilatation, les propriétés d’écaillage et la qualité de l’isolant réfractaire. La résistance chimique et les propriétés d’écaillage ont tendance à être davantage liées à l’identité du réfractaire plutôt qu’au fait qu’il ait été formé en brique par pressage ou moulage, le processus de formage ayant un effet plus significatif sur les autres facteurs.

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Méthodes typiques de production

Briques réfractaires pressées

Le pressage de briques réfractaires est une idée simple. En termes simples, le matériau réfractaire est produit et avant qu’il n’ait une chance d’être durci (ou d’être durci par application de chaleur), il est forcé à travers un guide dans un processus semblable à l’extrusion, ou il est découpé dans un processus comme un emporte-pièce. Ces méthodes peuvent utiliser une pression élevée ou un pressage hydraulique pour obtenir le résultat final. La méthode de pressage est née du fait que le formage manuel des matériaux isolants était ardu et coûteux(4).

Il y a plusieurs caractéristiques qui doivent être atteintes pour garantir un matériau de brique particulier bien adapté à la méthode de pressage, comme dans le tableau ci-dessous(5) :

Qualité	Détails
Humidité	Peut varier d’environ 6 à 12% d’eau en masse. L’eau nécessaire au pressage est ajoutée par les machines, il n’est donc pas nécessaire d’utiliser de l’argile fraîche et humide.
Taille de mouture	La taille des particules entrant dans l’équipement de pressage à sec doit être aussi constante que possible. La taille de la mouture est spécifiée exactement par l’équipement, mais historiquement, les argiles avec une taille de mouture de 11 à 35 mailles étaient les plus utilisées.

Il existe, d’une manière générale, deux méthodes principales de pressage : le pressage à sec et le pressage à chaud.

Avantages de la méthode de pressage

La méthode de pressage est largement créditée d’améliorations dans la production de briques en matériau réfractaire, en particulier en ce qui concerne(6) :

Rapidité et automatisation
Uniformité
Coût
Durée de vie du matériau
Facilité

Les applications plus modernes de la méthode de pressage affirment que le processus est encore plus efficace en raison de la réduction des déchets et des systèmes de récupération de l’excès de matière, qui les réinjectent dans le processus de fabrication(7). La méthode de pressage ne nécessite aucun chauffage externe et le processus est effectué à l’aide d’une pression hydraulique, dont l’énergie provient généralement de l’électricité. Le pressurage est donc un choix respectueux de l’environnement.

Par rapport aux méthodes de formage conventionnelles pour les briques d’argile, l’écaillage est réduit de 35 % et le changement de volume lors de la cuisson est réduit de 45 % et la porosité est supérieure de près de la moitié(8).

Pressage à sec

Le pressage à sec se déroule à température ambiante et utilise des vérins hydrauliques pour forcer les matériaux réfractaires dans un moule centré sur une table, contenant des cavités. Le moule est alimenté à partir d’un boîtier de chargement situé au-dessus ou sur le côté, ce qui garantit que le matériau est correctement mélangé et composé.

La fonction de la boîte de chargement est essentielle à la fonction, car sans l’homogénéité offerte par le mélange précis et efficace de la boîte, le remplissage des moules sera inefficace et donc le processus de coulée global est compromis.

Lorsqu’une pression est appliquée, il est crucial qu’elle soit appliquée uniformément. Des pressions supérieures à 300 à 450 bars sont souvent utilisées. La « fissure sous pression » est un phénomène dans le moulage par pressage à haute pression où des niveaux élevés de plasticité dans le matériau le feront se fendre lors de l’application de la pression - bien que l’ajout de petites quantités de matériau calciné et/ou de grog puisse atténuer cela, tout comme une application plus longue (bien que plus lente) de la pression. La meilleure brique réfractaire produite par cette méthode est celle fabriquée à la pression la plus élevée.

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Pressage à chaud

Le pressage à chaud est un procédé exclusif développé à l’origine par Union Carbide (aujourd’hui Dow Chemical Company), pour les briques réfractaires à plus forte teneur en carbone à l’aide de divers liants organiques. Le mélange est combiné comme dans le processus de pressage à froid, mais lorsqu’il atteint le moule, il est pressurisé (comme auparavant) et est ensuite traversé par un courant électrique. Cette augmentation de la température et de la pression provoque rapidement la volatilisation des liants. Les composés organiques maintenant gazeux sont piégés par la presse hydraulique et les pores qui se forment autour d’eux sont complètement fermés par la pression. Cela crée un réfractaire imperméable et riche en carbone qui est environ 100 fois moins perméable que si la même brique avait été fabriquée à l’aide de régimes de moulage et de cuisson conventionnels. Un autre avantage est que les réfractaires riches en carbone pressés à chaud sont légèrement plus performants que les réfractaires conventionnels, car ils ont une température de service supérieure de 200 °C(9).

Briques réfractaires moulées

La méthode moulée est une progression logique des briques moulées à la main, qui s’apparente à la production traditionnelle de briques crues. Le moulage est l’autre méthode contemporaine populaire pour former des matériaux réfractaires. Également appelés « bétons réfractaires », ces matériaux sont formés lorsque le matériau réfractaire prédurci est versé dans une sorte de moule portant la forme et la taille souhaitées du produit final, où le matériau réfractaire est autorisé à durcir in situ et est retiré à un stade ultérieur(10). En fonction de l’identité du moule, il peut être réutilisé ou jeté après utilisation. Naturellement, la réutilisation est privilégiée tant d’un point de vue économique qu’environnemental. La méthode moulée est essentielle dans la production de réfractaires monolithiques, c’est-à-dire ceux qui sont de construction continue d’une seule pièce, particulièrement recherchés pour les applications les plus exigeantes en termes de performances.

En bref, le processus se déroule en plaçant le matériau réfractaire uniformément mélangé dans un moule généralement en acier. Le matériau est laissé à durcir dans le moule pendant de longues périodes, avec un minimum de 24 heures étant courant(11). À la sortie du moule, le matériau est cuit comme s’il s’agissait de n’importe quel autre type de matériau réfractaire. Il est intéressant de noter que la température et l’atmosphère peuvent être contrôlées autour du moule, ce qui signifie que des propriétés telles que l’humidité peuvent être modulées pour obtenir certains résultats finaux(12).

Avantages et inconvénients de la méthode moulée

La méthode de moulage tolère largement la plus large gamme de matériaux, de porosités et de teneurs en humidité. En raison de l’absence d’exigence de pression, la méthode de moulage est plus simple en termes de construction et d’exploitation - et donc à moindre coût. De plus, les moules peuvent être fabriqués dans pratiquement n’importe quelle forme et taille et peuvent être réutilisés(14). Cependant, en raison de l’absence de forces externes, la méthode moulée prend plus de temps que la méthode pressée.

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Qu’est-ce qui est le plus approprié ?

Les réfractaires pressés et moulés ont tous deux leurs avantages et il est donc naturel que le cas d’utilisation spécifique soit pris en compte, ainsi que les exigences imposées à la production par les ressources disponibles, le besoin d’automatisation, etc. L’avantage commun aux deux méthodes est la vitesse relative par rapport à la fabrication manuelle des briques et la cohérence de la forme, de la taille et de la finition(13).

Il convient de noter que la formation de la forme - par pressage ou par moulage - n’est qu’une partie de la conversation autour de la sélection et de la conception d’un réfractaire. La façon dont le matériau est durci est tout aussi importante, c’est-à-dire à quelle température et pendant combien de temps. En outre, le pressage et le moulage concernent principalement la production de briques, y compris les monolithes - et seulement une partie de l’histoire pour les pâtes réfractaires et autres produits composés.

Résumé

Les briques réfractaires sont des blocs de céramique ou de matériau semblable à la céramique à haute résistance thermique, composés principalement de matériaux réfractaires tels que la silice ou la chromite
Ces briques sont largement utilisées dans l’industrie, des revêtements de répartiteurs en coulée continue aux briques réfractaires pour les fours
Les briques sont principalement fabriquées par une méthode moulée ou pressée, selon le résultat de brique réfractaire souhaité
Les deux méthodes de production présentent des avantages significatifs par rapport au formage à la main, notamment en termes de vitesse et de consistance, le processus de pressage étant le plus rapide
Le pressage utilisait une pression hydraulique pour comprimer le matériau de brique non durci dans un moule, qui est ensuite cuit. Les avantages comprennent la vitesse, l’uniformité et de meilleures propriétés de porosité. Le pressage à chaud est un sous-ensemble, qui est en grande partie exclusif dans sa nature et son utilisation
Le processus de moulage est efficace et fiable, bien que plus lent que la méthode de pressage. Il est largement tolérant à de nombreux matériaux

Références

1 W. E. Lee et W. M. Rainforth, Ceramic Microstructures - Property Control by Processing, Chapman et Hall, Londres, 1994

2 K. Matusmoto, Chem. Abst., 1963, 59, 3626

3 T. R. Lyman et W. J. Rees, Trans. Ceram. Soc. 1937, 36, 110
4 F. C. Steimke, Thèse de licence, École des mines de l’Université du Missouri, 1941

5 US1911152 de brevet américain, 1929

6 E. Agar, J. Am. Ceram. Soc., 1925, 8. 122

7 CN2312120Y de brevet chinois, 1996

8 J. H. Kruson et C. A. Smith, J. Am. Ceram. Soc., 1925, 8, 829

9 C. Schacht (éd.), Refractories Handbook, CRC Press, Boca Raton, États-Unis, 2004

10 A. M. Garbers-Craig, J. S. Afr. Inst. Métallurgie minière., 2008, 108, 491

11 W. N. Dos Santos, J. Eur. Ceram. Soc., 2003, 23, 745
12 A. V. Gropyanov, Réfractaire. et Indust. Ceram., 2009, 50, 198

14 J. McMeekan, J. Inst. Génie, 1920, 1, 380

13 J. D. Gilchrist (éd.), Fours à combustibles et réfractaires, Pergame, Oxford, 1977