Soutenance mémoire
Les électrofondus
Les électrofondus sont les réfractaires de l’industrie verrière. Leur caractéristique essentielle est une excellente résistance à la corrosion en raison de leur extrême compacité (la porosité est inférieure à 5% et même souvent 3%) et de la haute réfractarité des cristaux enchevêtrés qui les constituent. Par contre, ils sont très sensibles aux chocs thermiques, ce qui limite leur utilisation principalement aux fours de fusion du verre. Les électrofondus peuvent être subdivisés en cinq groupes en fonction de leur composition chimique : les réfractaires à based’alumine, d’alumine-silice, alumine-zircone-silice (AZS), de zircone ou de chrome (principalement alumine-chrome ou chrome-magnésie).
Les agrégats
Les agrégats sont en général constitués par un ou plusieurs minéraux, essentiellement des oxydes sous une forme cristallisée, qui confèrent le caractère principal (réfractarité et propriétés complémentaires) au produit fini. Ces minéraux constituent entre 70 et 100% de la composition du produit, en occupent bien souvent toute la répartition granulométrique et toujours la partie la plus grossière. En fonction de leur origine et de leur mode de production, on distingue :
– Les matières premières naturelles : elles sont pratiquement toujours impures et doivent donc être le plus souvent traitées ;
– Les matières premières synthétiques : elles présentent une très haute pureté et sont élaborées soit par traitement thermique à partir d’une matière première naturelle déjà transformée, soit par réactions physicochimiques à partir de produits de synthèse.
Les kaolins secondaires ou sédimentaires
Les kaolins primaires peuvent être entraînés par les eaux de ruissellement. Ils se mélangent alors au sable et se déposent dans des fosses. Ils constituent donc des kaolins dits secondaires ou sédimentaires. Il existe deux zones possibles pour la formation de ces dépôts.
En eau douce : Si les argiles, généralement chargées négativement dans l’eau « pure », ne rencontrent pas de cations susceptibles de favoriser leur floculation, elles restent longtemps en suspension. Il s’ensuit un tri sélectif des éléments indésirables en fonction de leur aptitude à sédimenter. Les particules les plus lourdes, qui se déposent en premier, sont ainsi recouvertes par un kaolin richeen kaolinite. Les micas, formés de feuillets qui flottent également longtemps sur l’eau, se retrouvent alors généralement mélangés à la kaolinite.
En eau de mer : Au contact de l’eau de mer, riche en cations, près de 90% des argiles chargées négativement floculent. Ces dépôts forment alors des bouchons constitués de kaolinite impure et mélangée avec d’autres éléments tels que les micas, quartz, pyrites, ou autres.
La masse volumique apparente du matériau
La masse volumique apparente est inversement proportionnelle à la porosité d’un matériau. Par extension, on désigne également par masse volumique apparente le rapport de la masse d’un ensemble hétérogène à composition définie de substances distinctes, éventuellement stockées séparément, par le volume total occupé par ces substances. L’évolution du coefficient de conductivité, étudiée en fonction de la masse volumique tend donc, pour les isolants poreux à passer par un minimum (pour une valeur propre à chaque type d’isolant) puis à augmenter légèrement au-delà.
Réalisation du caisson interne du four
Nous allons utiliser une tôle plane métallique d’épaisseur 1.2mm pour la rénovation du caisson. Il s’agit d’un acier non allié d’usage général, c’est-à-dire, destiné à la construction soudée, à l’usinage ou au pliage. Le caisson est de la forme parallélépipède rectangle dont la longueur, la largeur, et la hauteur ont pour mesures respectives : L= 34cm ; l= 31cm ; h = 26cm Pour faciliter le montage du brique réfractaire à l’intérieur du caisson, ce dernier doit être démontable grâce aux plis de chaque côté, réalisables par élargissement des dimensions. Après montage du caisson, il faudrait passer à la peinture avant de l’utiliser afin de le protéger de la corrosion chimique, la rouille.
CONCLUSION
Après concrétisation des travaux de recherche sur ce mémoire de fin d’études, le four est maintenant « fonctionnel et opérationnel ». Les solutions apportées pour arriver à cette fin étaient l’élaboration de réfractaires, un revêtement du four, le remplacement des parties endommagées du four, la remise en état des caissons et la rénovation des résistances électriques chauffantes. Le revêtement du four est constitué de deux couches de réfractaire, toutes cuites à 1100°C, la première à base de mullite, un mélange de 82% de kaolin et 18% de silice, et la deuxième, silicoargileuse, jouant un rôle d’isolant thermique, obtenue par du kaolin à 25.8%, de la silice à 60.2% et de la sciure de bois à 14%. Le chauffage à l’intérieur du four est assuré par une résistance électrique d’alliage ferritique FeCrAl régularisée par un régulateur de type PID offrant une stabilité et une régulation de haute précision. La température est mesurée par un thermocouple de type K. Les tests d’expérimentation effectués ont permis d’affirmer que le four étant réparé peut atteindre une température maximale de 1000°C, répartie uniformément et pouvant être régulée (par l’aide d’un manuel) tant sur les montées que sur les descentes. La réfection de ce four contribuera à l’épanouissement des travaux pratiques des étudiants parcourant des formations dans le domaine de la chimie et des matériaux à l’Ecole Supérieure Polytechnique d’Antananarivo. Les loges des résistances sur le réfractaire sont façonnées à la main et doivent être minutieusement sculptées pour une position assurée de celles-ci dans le four. Ce travail demande donc beaucoup de temps et peut entraîner des fissures des pièces, nécessitant un art d’assemblage voire même une nouvelle réalisation. Pourrions-nous espérer à concevoir un four où le moule est modelé en norme, selon la forme du réfractaire prêt pour l’installation des résistances, afin d’être efficient et donc d’avoir des résistances stables quant à leur emplacement sur le réfractaire, d’éviter les risques de cassures des pièces et d’avoir un gain de temps ?
|
Table des matières
INTRODUCTION
PARTIE I : RAPPELS ET ETUDES BIBLIOGRAPHIQUES
Chapitre I : LES MATERIAUX REFRACTAIRES
I.1. Généralités [2] [3] [9] [13] [16] [19] [W2]
I.1.1. Origine du mot « réfractaire »
I.1.2. Définition
I.2. Description des réfractaires [2] [3] [9] [15] [13] [20]
I.2.1. Classification
I.2.2. Conception et constituants des réfractaires
I.2.2.1. Les électrofondus
I.2.2.2. Les réfractaires constitués de « particules cohésives »
a- Les agrégats
b- Les différents systèmes de liaison
c- Les additifs
I.2.3. Causes de dégradation des réfractaires [2] [3] [15]
Chapitre II : LES PRODUITS SILICO-ARGILEUX
II.1. Les argiles [1] [2] [3] [12] [17]
II.1.1. Généralités
II.1.2. Structure et classification des minéraux argileux
II.1.2.1. Structure
II.1.2.2. Classification
II.2. Le kaolin [1] [2] [3] [4] [8] [13] [15] [17] [19] [20] [W6]
II.2.1. Historique et définition
II.2.2. Origine de formation
II.2.2.1. Les kaolins primaires
II.2.2.2. Les kaolins secondaires ou sédimentaires
II.2.3. La kaolinite
II.2.3.1. La composition chimique
II.2.3.2. La morphologie des kaolinites
II.2.3.3. Transformation de la kaolinite pendant un traitement thermique
II.2.4. La mullitte
II.2.4.1. Structure de la mullite
II.2.4.2. Propriétés de la mullite
II.3. La silice [15] [19] [W8]
II.3.1. Généralités sur la silice
II.3.2. Morphologie
II.3.3. Les propriétés de la silice
II.3.3.1. Propriétés thermiques
II.3.3.2. Propriété électrique
II.3.3.3. Propriétés mécaniques
II.3.3.4. Propriétés chimiques
II.4. Les produits isolants réfractaires [15] [19]
II.4.1. Le choix d’un isolant
II.4.2. Procédés d’obtention des pores
Chapitre III : PROCEDES ET TECHNIQUES DE FABRICATION DES CERAMIQUES
III.1. Organigramme classique de fabrication des matériaux réfractaires [2] [15] [19]
III.2. Description générale du procédé de fabrication [6] [14] [15] [19]
III.2.1. Préparation des matières premières
III.2.1.1.Concassage et Broyage
III.2.1.2. Tamisage
III.2.1.3. Dosage et homogénéisation
III.2.2. Malaxage
III.2.3. Façonnage
III.2.3.1. Moulage
III.2.3.2. Le pressage
III.2.3.3. Le tournage
III.2.3.4. Le calibrage
III.2.3.5. Le coulage
III.2.4. Séchage
III.2.5. Cuisson
III.2.5.1. Frittage
III.2.5.2.Retrait
Chapitre IV : LES FOURS ELECTRIQUES
IV.1. Quelques définitions [10] [11] [15] [18] [21] [22]
IV.1.1. Four
IV.1.2. Combustion
IV.1.3. Chaleur – transfert de chaleur – conservation de chaleur
IV.1.3.1.La conduction
IV.1.3.2.La convection
IV.1.3.3.Le rayonnement
IV.2. Classification des fours électriques [10] [11] [18]
IV.3. Emplois des fours [11] [18]
IV.4. Choix du four [11]
IV.5. Considérations thermiques préliminaires dans l’étude d’un four électrique [7] [11]
PARTIE II :ETUDES EXPERIMENTALES
Chapitre IV : ETAT ACTUEL DU FOUR DE LABORATOIRE DE CHIMIE MINERALE DE VONTOVORONA
IV.1. Présentation générale du four [W1]
IV.2. Aspects du four dans son état actuel et son système de commande
IV.2.1. Aspects physiques et thermiques
IV.2.1.1.La résistance
IV.2.1.2.Revêtement du four
IV.2.1.3. Contrôleur et programmeur : régulateur de température
IV.2.1.4.Le capteur de température [5] [18]
IV.2.1.5.Relais statique [15]
IV.2.2. Mode de fonctionnement
Chapitre V :..CARACTERISATION ET DESCRIPTION DES MATIERES PREMIERES UTILISEES DANS LA COMPOSITION DES REFRACTAIRES DU FOUR
V.1. Le Kaolin
V.2. La Silice
V.3. La sciure de bois
V.3.1. L’analyse granulométrique
V.3.2. Le Module de Finesse
Chapitre VI : RENOVATION DES COUCHES REFRACTAIRES DU FOUR ET DES RESISTANCES ELECTRIQUES
VI.1. Détermination de l’épaisseur des pièces réfractaires
VI.2. Formulation et réalisation de la 1ère couche réfractaire
VI.2.1. Formulation
VI.2.2. Réalisation de la 1ère couche de réfractaire
VI.3. Formulation et réalisation de la 2ème couche de réfractaire qui est isolant
VI.3.1. Formulation
VI.3.2. Réalisation de la pièce
VI.3.2.1.Dimensionnement
VI.3.2.2.Réalisation
VI.4. Rénovation des résistances électriques
VI.4.1. Principe du chauffage par résistance
VI.4.2. Choix des résistances
Chapitre VII : TRAVAUX DE MONTAGE ET ESSAIE DE FONCTIONNEMENT
VII.1. Réalisation du caisson interne du four
VII.2. Amélioration du caisson extérieur
VII.3. Montage du réfractaire
VII.4. Evaluation de la performance du four
CONCLUSION
REFERENCES BIBLIOGRAPHIQUES
WEBOGRAPHIE
ANNEXE 1 : UTILISATION ET SECURITE [15]
ANNEXE 2: IMPACT SUR L’ENVIRONNEMENT DU A L’UTILISATION D’UN FOUR [15]
ANNEXE 3 : ANALYSE PHYSICO-CHIMIQUES
ANNEXE 4 : PROPRIETES PHYSIQUES DES MATERIAUX
Télécharger le rapport complet
