Équilibres thermodynamiques en sidérurgie

La sidérurgie étant consacrée à la production de la fonte, du fer et des aciers, les différents matériaux rencontrés par le sidérurgiste sont :

• le minerai, généralement solide ;

• le métal, liquide au moment de son élaboration, puis solide ;

• le laitier, mélange d'oxydes liquides en équilibre avec le métal ;

• les réfractaires qui peuvent réagir avec le métal ou le laitier ;

• les gaz, même s'ils ne sont pas considérés comme un matériau.

La thermodynamique appliquée aux réactions sidérurgiques traite donc des points suivants :

• problèmes liés à la réduction des minerais ;

• réactions entre métal et laitier ;

• comportement des réfractaires dans leur environnement ;

• dissolution des gaz dans les métaux.

Ces trois derniers points, notamment, seront abordés dans deux articles ultérieurs [M7221] et [M7222].

Elle permet de définir les conditions optimales d'élaboration en fonction du matériau de départ, minerai ou ferrailles de récupération et des buts poursuivis : composition visée, teneur admissible en impuretés.

Les traitements thermiques ultérieurs, qui permettent d'affiner les propriétés mécaniques du matériau final, ne sont pas examinés dans le cadre de cet article qui ne traite que de la thermodynamique appliquée aux équilibres sidérurgiques.

Le présent article offre à l'ingénieur sidérurgiste quelques rappels thermodynamiques, une expression, en fonction de la température, des enthalpies libres de transition et de vaporisation des éléments, ainsi qu'une expression des enthalpies libres d'excès de mélange pour les principales solutions métalliques.