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RÉSUMÉ
La corrosion des réfractaires par les laitiers sidérurgiques met en jeu plusieurs mécanismes : la dissolution, l’infiltration du laitier, l’érosion de la surface transformée. Deux paramètres jouent un role capital : la solubilité des réfractaires et la viscosité des laitiers. La corrosion des différentes familles de réfractaires au cours des étapes de l’élaboration de l’acier est évaluée par calculs thermochimiques , en se focalisant sur le niveau de solubilité et sur la viscosité. Enfin, des préconisations sont données concernant les choix des réfractaires et les pratiques industrielles.
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Philippe BLUMENFELD : Expert en réfractaires du groupe ArcelorMittal, en retraite - Conseil, Beaucaire, France
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Jacques POIRIER : Professeur émérite de l’université d’Orléans - CEMHTI-Conditions Extrêmes et Matériaux : Haute Température et Irradiation, CNRS, Orléans, France
INTRODUCTION
De très nombreux types de matériaux réfractaires sont utilisés dans une usine sidérurgique, de l’ordre de 500 qualités commerciales rien que pour les réfractaires consommables. Ceci s’explique par une recherche permanente d’optimisation de leurs comportements et de leurs coûts. De l’amont à l’aval de l’usine, on voit se succéder quelques grandes familles de réfractaires absolument nécessaires et dont le développement a parfois conditionné l’émergence du procédé sidérurgique, par exemple les briques de magnésie-carbone pour le procédé du convertisseur à soufflage oxygène dans les années soixante-dix.
Au cours de l’élaboration de l’acier, les laitiers et les températures évoluent beaucoup dans les différents fours et outils ; c’est ce qui explique en premier lieu que des familles différentes de réfractaires doivent être employées. Certains réfractaires résistent mieux face à des laitiers riches en SiO2, d’autres face à des laitiers riches en CaO ou FeOx.
Cette compatibilité entre réfractaires et laitiers est loin d’être facile à présenter et à expliquer. Il existe dans la profession des règles de l’art très simples, telles que « réfractaire magnésien avec laitier riche en chaux » et « réfractaire d’alumine avec laitier riche en silice ». Mais ces notions physico-chimiques sont complexes, et il n’est pas aisé de définir les seuils de composition de laitiers pour lesquels il faudrait basculer d’une catégorie de réfractaires à une autre. De plus, quels sont les mécanismes de la corrosion qui seraient à l’origine d’une telle règle ? Il n’y a là rien d’évident.
Le but de cet article est de clarifier la corrosion des réfractaires, à partir de résultats de calculs de la solubilité des différents oxydes dans les laitiers et de la viscosité des laitiers lors de cette dissolution.
En complément de la composition et de la température des laitiers, ces éléments sont pris en compte dans l’article [N 4 853] afin d’expliquer autant que possible le choix de ces grandes familles de réfractaires dans les fours d’élaboration de l’acier. Des exemples de corrosion de réfractaires par les laitiers sidérurgiques illustrant les mécanismes de corrosion dominants y sont présentés.
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Description générale de la corrosion des réfractaires par les laitiers sidérurgiquesArticle inclus dans l'offre
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4. Glossaire
Aciérie électrique ; electric furnace steel facility
Aciérie qui produit de l’acier à partir de ferrailles recyclées, à l’aide d’un four électrique.
Andalousite ; andalusite
Espèce minérale du groupe des silicates sous-groupe des nésosubsilicates, de formule Al2SiO5.
AOD ; Argon Oxygen Decarburization
Procédé de décarburation des aciers inoxydables dans un convertisseur muni de tuyères latérales immergées.
Bauxite ; bauxite
Espèce minérale à forte teneur en alumine constituée principalement d’hydrates d’alumine : Al(OH)3 (bayérite et gibbsite, monocliniques) et AlO(OH) (diaspore et boehmite, orthorhombiques).
Brassage ; stirring
Le brassage de l’acier au contact du laitier est utilisée pour la mise à nuance de l’acier en métallurgie secondaire (avec par exemple un laitier désoxydant ou désulfurant).
Le brassage en poche est réalisé par injection de gaz neutre, au moyen de bouchons poreux en réfractaires placés au fond de la poche ou de lances d’injection garnies de réfractaires.
CALPHAD (Calcul des diagrammes de phase) ; Calculation of Phase Diagrams
Méthode qui consiste à établir la modélisation de l’énergie de Gibbs des différentes phases du système considéré à partir de formalismes thermodynamiques dont les coefficients ajustables sont optimisés de sorte que soit assurée la meilleure cohérence possible en fonction des données expérimentales.
CAS ; CAS-OB (Composition Adjustement by Sealed argon--bubbling with Oxygen Blowing)
Cloche pour additions en métallurgie secondaire.
Dolomie ; dolomite
Espèce minérale constituée de périclase et de chaux, de formule MgCaO2, obtenue par calcination de la dolomite composée principalement de carbonate de calcium et de magnésium.
Convertisseur ; converter
Réacteur métallurgique qui permet la transformation de la fonte en acier, par oxydation des éléments dissous dans le métal liquide.
Convertisseur BOF ; Basic Oxygen Furnace
Convertisseur à soufflage par le haut.
Cordon laitier de poche à acier ; slage line of steel ladle
Zone du revêtement réfractaire en contact avec le laitier...
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BIBLIOGRAPHIE
-
(1) - POIRIER (J.), QAFSSAOUI (F.), ILDEFONSE (J. P.), BOUCHETOU (M. L.) - Analysis and interpretation of refractory microstructures in studies of corrosion mechanisms by liquid oxides. - Journal of the European Ceramic Society, 28(8), p. 1557-1568 (2008).
-
(2) - POIRIER (J.), RIGAUD (M.) - Corrosion of Refractories: The Fundamantals. - FIRE Compendium Series, volume 2-A, GöllerVerlag (2017).
-
(3) - LEE (W.E.), ZHANG (S.) - Melt Corrosion of Oxide and Oxide-carbon Refractories. - International Materials Reviews, 44(3), p. 77-104 (1999).
-
(4) - ZHANG (S.), REZAIE (H.R.), SARPOOLAKY (H.), LEE (W.E.) - Alumina dissolution into silicate slag. - J. Am. Ceram. Soc., 83(4), p. 897-903 (2000).
-
(5) - LEVIN (M.E.), ROBBINS (R.C.), MCMURDIE (F.H.) - Phase diagrams for ceramists. - volume I, The American Ceramic Society (1964).
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...
DANS NOS BASES DOCUMENTAIRES
Thermo-Calc Software: Computational Materials Engineering http://www.thermocalc.com
FactSage Software and Databases http://www.factsage.com
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ISO ICS 81.080, Matériaux réfractaires y compris réfractaires à base de céramiques
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