Question d'origine :
Bonjour,
Quelle est la nature et composition exacte de la terre dite "réfractaire", utilisée dans les fours de boulangers, hauts fournaux, entre autre..?
merci.
Réponse du Guichet
gds_db
- Département : Equipe du Guichet du Savoir
Le 03/06/2011 à 09h40
Réponse du service Guichet du Savoir
Bonjour,
Tout d'abord, voici un petit extrait de l'ouvrage intitulé "Construire, restaurer, utiliser les fours à pain" de Michel Marin :
Pour l'enceinte du four, les pierres doivent résister sans éclater au contact direct des braises et des flammes, mais aussi à l'usure provoquée par le frottement des pelles à enfourner et des outils de nettoyage ou de conduite du feu. Elles doivent être dures et de grain homogène. Beaucoup de pierres calcaires dures, ou qui durcissent au contact de l'air, comme le tuf, sont utilisables ; la molasse (grès argileux) est réputée dans l'est de la France ; dans le Massif central, les pierres volcaniques comme le basalte ou la pouzzolane, nées du feu, sont utilisables sans problème ; la serpentine ou marbre serpentin, qui ressemble au marbre mais n'en a pas la composition, était utilisée dans les Hautes-Alpes, dans le Lot et en Corse. Pour construire des fours « rustiques », on peut même utiliser des galets et des silex. Toutes ces pierres doivent être sèches.
Dans tous les cas, prenez conseil auprès d'un carrier de votre région pour choisir sur place les pierres qui peuvent résister au feu.
Autre conseil : n'utilisez pas de pierres résistantes au feu mais qui contiendraient des traces de minéraux toxiques ou bien de sels métalliques.
Mortiers recommandés pour la pose : mortier réfractaire prêt à l'emploi pour les
joints inférieurs à 2 cm et béton réfractaire pour les interstices plus gros.
En consultant les Techniques de l'ingénieur, une base de données accessibles depuis les ordinateurs de notre bibliothèque, vous accéderez à de nombreuses informations sur le sujet.
Voici par exemple un extrait de l'article intitulé "Fours industriels " d'Isidore JACUBOWIEZ
Référence BE8842 | Date de publication : 10 janv. 1998
...
5.Isolation des fours [...]
5.3Physique des matériaux réfractaires
Les matériaux réfractaires dont on dispose sont de trois types :
- les matériaux précuits ;
- les matériaux non préformés ;
- les matériaux fibreux.
Matériaux précuits
Ils se présentent sous forme de pièces standards (briques, coins, couteaux) ou de pièces de forme spéciale (ouvreaux de brûleurs). Ils sont cuits à haute température et sont, de ce fait, parfaitement stabilisés. Leur composition chimique dépend du niveau de réfractérité que l’on veut atteindre. Leurs dimensions augmentent légèrement au cours de la montée en température du four, d’où la nécessité de prévoir des joints de dilatation lors de la construction.
Matériaux non préformés
Ils sont mis à la disposition de l’utilisateur en vrac. Mélangé sur le chantier avec un liant et parfois un agrégat complémentaire, leur mise en forme et leur cuisson se fait sur place. On distingue :
- les bétons à liant hydraulique ;
- les plastiques à liant chimique.
Portés à leur température d’utilisation, ces produits subissent une céramisation qui vient relayer ou conforter les liaisons hydrauliques existantes lors de leur mise en place. Cette céramisation, se fait souvent avec un retrait dimensionnel dont il faut tenir compte lors de la conception et de la construction.
Matériaux fibreux
Ils sont composés de fibres de quelques centimètres de longueur et de quelques micromètres de diamètre mises sous forme de nappes, ou parfois sous forme de pièces de géométrie particulière. Les matériaux fibreux ont une densité apparente nettement plus faible que celle des produits précédents. Ils permettent donc de diminuer considérablement l’inertie thermique de la construction et sont, de ce fait, particulièrement bien adaptés pour les fours à fonctionnement discontinu ou cyclique. Ils permettent également grâce à leur très faible densité le diminuer considérablement le poids des voûtes et les efforts sur les piédroits.
5.4 Chimie des matériaux réfractaires
Quelle que soit la forme physique sous laquelle se présente le matériau réfractaire, sa tenue à la température dépend principalement de sa composition chimique.
Les matériaux réfractaires les plus usuels sont obtenus à partir d’argiles silico-alumineuses et leur résistance à la température est fonction de leur teneur en alumine (Al2O3), comme on peut le voir sur le tableau 1 qui donne la résistance pyroscopique (essai de laboratoire normalisé) en fonction de la teneur en (Al2O3 + TiO2) du matériau.
En dehors des réfractaires silico-alumineux, on utilise pour certaines applications particulières des matériaux réfractaires à base de silice (SiO2) presque pure, de magnésie (MgO) ou encore de zircone (ZrO2).
On retiendra que les performances d’un réfractaire donné sont fortement dépendantes de sa teneur en impuretés. Parmi celles-ci, les oxydes de sodium (Na2O) et de potassium (K2O) et, à un moindre degré, les oxydes de fer (FeO) jouent un rôle essentiel, car leur présence diminue considérablement la température maximale d’utilisation. On les désigne habituellement sous le terme de fondants.
5.5 Interactions entre les réfractaires et le four
Les réfractaires ne sont pas inertes par rapport à ce qui se passe dans le four et le choix des réfractaires qui se trouvent en contact avec les fumées, la flamme ou la charge est fortement conditionné par les caractéristiques de ces derniers.
Les matériaux fibreux, qui sont très poreux, sont exclus lorsqu’il y a contact avec une charge liquide ou lorsqu’il y a risque de projection de liquide. Ils sont également à éviter lorsque les gaz issus de la combustion comportent des éléments corrosifs (gaz sulfureux par exemple).
Au contact d’une charge liquide (fours de fusion), on utilise des produits compacts et lourds à forte teneur en élément réfractaire de base (alumine, magnésie ou autres).
Outre les corrosions d’origine chimique, les réfractaires peuvent être soumis à des érosions mécaniques. C’est le cas par exemple des fours poussants de métallurgie dans lequel l’avancement des produits par glissement impose, pour la sole, des matériaux réfractaires très durs (corindon, par exemple) ; des zones de convection des fours de raffinage du pétrole équipées de ramoneurs à vapeur, si les jets de vapeur peuvent venir au contact des parois ; des fours rotatifs dans lesquels la charge avance par glissement sur les parois.
Voir aussi de nombreux autres articles si le sujet vous intéresse dans les Techniques de l'ingénieur comme par exemple :
- Fours de verrerie
Référence BE8848 | Date de publication : 10 avr. 2000
Jacques FOURMENT, Jean FROMENTIN
- Garnissage réfractaire des fours de fusion pour la fonte
Référence M3610 | Date de publication : 10 déc. 1998
Jean-Pierre GAUCHÉ
- Matériaux de terre cuite - Matières de base et fabrication
Référence C905 | Date de publication : 10 mai 2009
Michel KORNMANN
etc. ...
ainsi que :
- L'article de l'encyclopédie Wikipedia
- Les céramiques dans tous leurs états
Bonjour,
Tout d'abord, voici un petit extrait de l'ouvrage intitulé "Construire, restaurer, utiliser les fours à pain" de Michel Marin :
Pour l'enceinte du four, les pierres doivent résister sans éclater au contact direct des braises et des flammes, mais aussi à l'usure provoquée par le frottement des pelles à enfourner et des outils de nettoyage ou de conduite du feu. Elles doivent être dures et de grain homogène. Beaucoup de pierres calcaires dures, ou qui durcissent au contact de l'air, comme le tuf, sont utilisables ; la molasse (grès argileux) est réputée dans l'est de la France ; dans le Massif central, les pierres volcaniques comme le basalte ou la pouzzolane, nées du feu, sont utilisables sans problème ; la serpentine ou marbre serpentin, qui ressemble au marbre mais n'en a pas la composition, était utilisée dans les Hautes-Alpes, dans le Lot et en Corse. Pour construire des fours « rustiques », on peut même utiliser des galets et des silex. Toutes ces pierres doivent être sèches.
Dans tous les cas, prenez conseil auprès d'un carrier de votre région pour choisir sur place les pierres qui peuvent résister au feu.
Autre conseil : n'utilisez pas de pierres résistantes au feu mais qui contiendraient des traces de minéraux toxiques ou bien de sels métalliques.
Mortiers recommandés pour la pose : mortier réfractaire prêt à l'emploi pour les
joints inférieurs à 2 cm et béton réfractaire pour les interstices plus gros.
En consultant les Techniques de l'ingénieur, une base de données accessibles depuis les ordinateurs de notre bibliothèque, vous accéderez à de nombreuses informations sur le sujet.
Voici par exemple un extrait de l'article intitulé "
Référence BE8842 | Date de publication : 10 janv. 1998
...
5.
5.3
Les matériaux réfractaires dont on dispose sont de trois types :
- les matériaux précuits ;
- les matériaux non préformés ;
- les matériaux fibreux.
Ils se présentent sous forme de pièces standards (briques, coins, couteaux) ou de pièces de forme spéciale (ouvreaux de brûleurs). Ils sont cuits à haute température et sont, de ce fait, parfaitement stabilisés. Leur composition chimique dépend du niveau de réfractérité que l’on veut atteindre. Leurs dimensions augmentent légèrement au cours de la montée en température du four, d’où la nécessité de prévoir des joints de dilatation lors de la construction.
Ils sont mis à la disposition de l’utilisateur en vrac. Mélangé sur le chantier avec un liant et parfois un agrégat complémentaire, leur mise en forme et leur cuisson se fait sur place. On distingue :
- les bétons à liant hydraulique ;
- les plastiques à liant chimique.
Portés à leur température d’utilisation, ces produits subissent une céramisation qui vient relayer ou conforter les liaisons hydrauliques existantes lors de leur mise en place. Cette céramisation, se fait souvent avec un retrait dimensionnel dont il faut tenir compte lors de la conception et de la construction.
Ils sont composés de fibres de quelques centimètres de longueur et de quelques micromètres de diamètre mises sous forme de nappes, ou parfois sous forme de pièces de géométrie particulière. Les matériaux fibreux ont une densité apparente nettement plus faible que celle des produits précédents. Ils permettent donc de diminuer considérablement l’inertie thermique de la construction et sont, de ce fait, particulièrement bien adaptés pour les fours à fonctionnement discontinu ou cyclique. Ils permettent également grâce à leur très faible densité le diminuer considérablement le poids des voûtes et les efforts sur les piédroits.
Quelle que soit la forme physique sous laquelle se présente le matériau réfractaire, sa tenue à la température dépend principalement de sa composition chimique.
On retiendra que les performances d’un réfractaire donné sont fortement dépendantes de sa teneur en impuretés. Parmi celles-ci, les oxydes de sodium (Na2O) et de potassium (K2O) et, à un moindre degré, les oxydes de fer (FeO) jouent un rôle essentiel, car leur présence diminue considérablement la température maximale d’utilisation. On les désigne habituellement sous le terme de fondants.
Les réfractaires ne sont pas inertes par rapport à ce qui se passe dans le four et le choix des réfractaires qui se trouvent en contact avec les fumées, la flamme ou la charge est fortement conditionné par les caractéristiques de ces derniers.
Les matériaux fibreux, qui sont très poreux, sont exclus lorsqu’il y a contact avec une charge liquide ou lorsqu’il y a risque de projection de liquide. Ils sont également à éviter lorsque les gaz issus de la combustion comportent des éléments corrosifs (gaz sulfureux par exemple).
Au contact d’une charge liquide (fours de fusion), on utilise des produits compacts et lourds à forte teneur en élément réfractaire de base (alumine, magnésie ou autres).
Outre les corrosions d’origine chimique, les réfractaires peuvent être soumis à des érosions mécaniques. C’est le cas par exemple des fours poussants de métallurgie dans lequel l’avancement des produits par glissement impose, pour la sole, des matériaux réfractaires très durs (corindon, par exemple) ; des zones de convection des fours de raffinage du pétrole équipées de ramoneurs à vapeur, si les jets de vapeur peuvent venir au contact des parois ; des fours rotatifs dans lesquels la charge avance par glissement sur les parois.
Voir aussi de nombreux autres articles si le sujet vous intéresse dans les Techniques de l'ingénieur comme par exemple :
- Fours de verrerie
Référence BE8848 | Date de publication : 10 avr. 2000
Jacques FOURMENT, Jean FROMENTIN
- Garnissage réfractaire des fours de fusion pour la fonte
Référence M3610 | Date de publication : 10 déc. 1998
Jean-Pierre GAUCHÉ
- Matériaux de terre cuite - Matières de base et fabrication
Référence C905 | Date de publication : 10 mai 2009
Michel KORNMANN
etc. ...
ainsi que :
- L'article de l'encyclopédie Wikipedia
- Les céramiques dans tous leurs états
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