Présentation de l’approche
Dégradations des réfractaires par les laitiers sidérurgiques - Exemples et amélioration des performances réfractaires

N4853 v1 Article de référence

Présentation de l’approche
Dégradations des réfractaires par les laitiers sidérurgiques - Exemples et amélioration des performances réfractaires

Auteur(s) : Philippe BLUMENFELD, Jacques POIRIER

Date de publication : 10 juin 2026

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Présentation

1 - Présentation de l’approche

2 - Exemples de cas de corrosion de réfractaires par les laitiers sidérurgiques

2.1 - Réfractaires MgO-C au contact des laitiers de convertisseur et de poches à acier

$Figure 1 - Microstructure de réfractaires de magnésie graphite (vue en microscopie optique sur section polie). Les paillettes de graphite apparaissent gris clair, car elles ont une forte réflexion. Dans le réfractaire de gauche, il y a des poudres d’aluminium métal qui sont très brillantes$ $Figure 4 - Corrélation entre la vitesse d’usure des réfractaires MgO-C utilisés dans les tourillons des convertisseurs et le pourcentage de coulées avec entretien$ $Figure 5 - Influence de la composition des laitiers (rapport [SiO2/CaO]) et de la teneur en [Al2O3] de coulées d’acier calmées au silicium sur la corrosion des réfractaires de MgO-C à 1 600 °C$ $Figure 6 - Usure des réfractaires de MgO-C à 1 600 °C lors de la fabrication d’aciers pour fil pneumatique (steelcord)$ $Figure 8 - Aciers pour rails : usure des réfractaires de MgO-C en fonction de la teneur en alumine du laitier à 1 600 °C$ $Figure 9 - Érosion de la matrice d’un réfractaire MgO-C au contact d’un laitier CaO-Al2O3 (expérience de laboratoire)$ $Figure 10 - Détermination des usures par corrosion de réfractaires MgO-C en fonction du rapport [CaO/Al2O3] du laitier$ $Figure 11 - Influence de la vitesse de rotation d’un barreau de réfractaire MgO 3 % C sur la vitesse de corrosion par un laitier CaO-Al2O3 avec un rapport CaO/Al2O3 de 1,1. Température de 1 630 °C. La vitesse de corrosion est exprimée par la vitesse de reprise en MgO du laitier par minute et par épaisseur corrodée$ $Figure 12 - Évolution de la vitesse d’usure moyenne des réfractaires MgO-C en cordon de poche à acier au contact d’un laitier Al2O3-CaO dans une aciérie plats carbone lors d’une diminution progressive des additions de chaux sur une période d’un an (métallurgie secondaire avec four poche et vide en cuve)$
2.2 - Réfractaires alumine-magnésie formant spinelle au contact des laitiers CaO-Al2O3-FeOx
- Quiz d'entraînement
$Figure 13 - Fond de poche à acier et interface de corrosion réfractaire Al2O3-MgO / laitier$
2.3 - Réfractaires à haute teneur en alumine au contact des laitiers Al2O3-CaO et SiO2-CaO
- Quiz d'entraînement
$Figure 14 - Réfractaires d’andalousite et de bauxite, corrodés par un laitier CaO-Al2O3, à 1 600 °C pendant 6 h$ $Figure 15 - Microstructure de réfractaires d’andalousite et de bauxite corrodés à 1 600 °C pendant 6 h par un laitier Al2O3-CaO$ $Figure 16 - Profils de composition à 1 600°C de la phase liquide intergranulaire et profils de viscosité en fonction de la distance par rapport à l’interface initiale (réfractaire d’andalousite corrodé par les laitiers alumine chaux et chaux silice, pendant 6 h)$ $Figure 17 - Profil de composition à 1 600 °C, après 6 heures de corrosion de la phase liquide intergranulaire et profil de viscosité en fonction de la distance par rapport à l’interface initiale (réfractaire de bauxite corrodé par le laitier alumine chaux)$ Tableau 2 Tableau 3

3 - Leviers pour limiter la corrosion : choix des réfractaires et pratiques industrielles

3.1 - Synthèse des leviers pour limiter la corrosion

Tableau 4
3.2 - Sélection des familles de réfractaires adaptés aux laitiers des fours

$Figure 19 - Niveau de dissolution de différentes familles de réfractaires dans les laitiers calculés aux différentes étapes d’élaboration$ $Figure 20 - Viscosité des laitiers aux différentes étapes d’élaboration, avant dissolution (en noir) et après saturation des laitiers par différentes familles de réfractaires$ Tableau 5
3.3 - Autres propriétés des réfractaires jouant sur le choix
3.4 - Suivi et contrôle des process sidérurgiques
- Quiz d'entraînement

4 - Conclusion

5 - Glossaire

Bibliographie & annexes

Présentation

RÉSUMÉ

La dissolution, l’infiltration des laitiers dans la porosité des réfractaires , l’ érosion de la surface transformée sont autant de mécanismes mis en jeu lors de la dégradation des réfractaires par les laitiers sidérurgiques. Les exemples présentés – fondés sur des pratiques industrielles - illustrent la corrosion des différentes familles de réfractaires au cours des étapes de l’élaboration de l’acier.

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Auteur(s)

Philippe BLUMENFELD : Expert en réfractaires du groupe ArcelorMittal, en retraite - Conseil, Beaucaire, France
Jacques POIRIER : Professeur émérite de l’université d’Orléans - CEMHTI-Conditions Extrêmes et Matériaux : Haute Température et Irradiation, CNRS, Orléans, France

INTRODUCTION

Lne usine sidérurgique met en œuvre une très grande diversité de matériaux réfractaires. Cette dernière résulte d’un effort constant visant à améliorer à la fois les performances en service et la compétitivité économique de ces matériaux.

Au cours de l’élaboration de l’acier, les conditions thermiques, ainsi que la nature et la composition des laitiers varient fortement d’un équipement à l’autre. Cette variabilité impose le recours à des familles de réfractaires distinctes, chacune présentant des comportements spécifiques vis-à-vis des laitiers rencontrés.

La détermination des seuils de composition des laitiers à partir desquels un changement de famille de réfractaire devient nécessaire reste délicate. De même, l’identification précise des mécanismes de corrosion à l’origine de ces recommandations n’est pas toujours évidente.

[N 4 852] décrit les phénomènes physico-chimiques complexes qui mènent à la dégradation des réfractaires, et présente les critères guidant le choix des grandes familles de réfractaires utilisées dans les fours d’élaboration de l’acier.

L’objectif de cet article, quant à lui, est d’illustrer les mécanismes dominants de dégradation observés en conditions réelles, et de mettre en exergue les pistes d’amélioration des performances des réfractaires. Suivant les situations, il s’agit de modifier le choix du réfractaire, de jouer sur la composition du laitier ou d’optimiser les autres conditions des procédés sidérurgiques.

Les conditions d’élaboration de l’acier ont un rôle majeur dans la durabilité des réfractaires. Il est donc capital de réaliser le meilleur compromis permettant d’atteindre le coût total minimum incluant le coût métallurgique et le coût réfractaire. C’est assurément un travail complexe.

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MOTS-CLÉS

corrosion Viscosité laitier Dissolution Réfractaires

DOI (Digital Object Identifier)

https://doi.org/10.51257/a-v1-n4853

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1. Présentation de l’approche

Les situations de corrosion présentées dans [N 4 852] sont ici illustrées par des exemples tirés d’expériences de laboratoire et de cas industriels . Ces exemples concernent des réfractaires à haute teneur en alumine, magnésie-carbone et alumine-magnésie, au contact de laitiers CaO-Al₂O₃, CaO-SiO₂, CaO-SiO₂-FeO_x et CaO-SiO₂-Al₂O₃.

Pour chaque cas, c’est toute une famille de compositions de laitiers qui est abordée. Comme indiqué dans le tableau 1, Il y a de grandes variations de solubilité du réfractaire et de viscosité des laitiers, ce qui donne des cinétiques, des mécanismes et des paramètres de contrôle différents suivant les compositions.

À retenir

Plusieurs mécanismes sont à l’origine des dégradations des réfractaires par les laitiers sidérurgiques :
- la dissolution ;
- l’érosion ;
- l’infiltrations des laitiers.
Pour limiter cette dégradation, il faut contrôler de nombreux paramètres :
- les propriétés physico-chimiques et minéralogiques des réfractaires ;
- la composition, la viscosité, le niveau de solubilité des laitiers ;
- les conditions d’élaboration sidérurgique.

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