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RÉSUMÉ
Le laitier représente le mélange d'oxydes fondus surnageant au-dessus de la fonte ou de l'acier, il est constitué essentiellement de silice, d’alumine et de chaux. La composition des réfractaires est plus variée, puisqu’ils peuvent être à base chrome ou magnésie. Le laitier est responsable des échanges avec le métal. En jouant sur sa composition, il est possible de déplacer un élément valorisant vers le métal ou, au contraire, un élément délétère vers le laitier. Cet article présente les laitiers et les réfractaires en insistant sur les propriétés physiques, notamment la viscosité et l’indice de basicité. Sont détaillés ensuite les différents modèles thermodynamiques des laitiers, ainsi que les notions de coefficients de partage des éléments, et leurs capacités en soufre, azote et phosphore.
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-
Pierre PERROT : Professeur émérite, laboratoire de métallurgie physique - Université des Sciences et Technologies de Lille
INTRODUCTION
On donne le nom de laitier au mélange d'oxydes fondus surnageant au-dessus de la fonte ou de l'acier. Ils jouent un rôle important en permettant de contrôler la distribution des éléments entre le métal, qui doit rassembler les éléments valorisants, et le laitier qui doit contenir les éléments nuisibles tels que le soufre et le phosphore .
L'adage « prends soin du laitier et l'acier prendra soin de lui-même » est toujours d'actualité.
Cet article traite des laitiers et réfractaires en insistant sur les propriétés physiques telles que diagrammes de phases, viscosité, ainsi que sur la notion de basicité des laitiers.
Les modèles thermodynamiques des laitiers, les coefficients de partage des éléments, la capacité en soufre, en azote et phosphore sont également abordés.
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1. Laitiers sidérurgiques
1.1 Composition
Dans ce qui suit, nous nous intéresserons essentiellement aux mélanges d'oxydes liquides (laitiers) ou solides (réfractaires). D'un point de vue chimique, les laitiers sont essentiellement constitués de silice, d'alumine et de chaux. Les éléments minoritaires jouent un rôle important dans les réactions d'échange entre métal et laitier. La fluorine (CaF2) est parfois ajoutée comme fondant. La composition des réfractaires est plus variée, puisqu'ils peuvent être aussi à base chrome ou de magnésie.
Un laitier sidérurgique est blanc et ne contient, en principe, pas de fer. Dans l'élaboration des métaux non ferreux, les laitiers, qui peuvent contenir du fer, sont noirs et l'on parle plutôt de scories. Les mattes sont un mélange de sulfures fondus, que l'on rencontre dans la métallurgie du cuivre, et qui forment une phase liquide distincte des scories.
HAUT DE PAGE1.2 Équilibres de phases
Un laitier ne jouant pleinement son rôle qu'à l'état liquide, la première question à se poser est celle de l'étendue de la phase liquide. La réponse à cette question se trouve dans l'analyse des diagrammes de phase, tels ceux rassemblés sur la figure 1 qui donne la projection des isothermes pour les 4 systèmes ternaires du quaternaire Al2O3-CaO-MnO-SiO2 . De nombreux diagrammes d'oxyde sont compilés dans la série « Phase Diagrams for Ceramists » (14 volumes publiés par l'« American Ceramic Society » entre 1964 et 2008).
Les isothermes tracées sur les diagrammes sont les projections du liquidus. Aux températures supérieures à celles du liquidus, aucun solide ne peut être stable. Les domaines, dont les limites sont indiquées en traits gras (figure ...
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BIBLIOGRAPHIE
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(3) - DARKEN (L.S.), GURRY (R.W.) - The system iron-oxygen. I. The wustite field and related equilibria - J. Am. Chem. Soc., 67, p. 1398-1412 (1945).
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(5) - DARKEN (L.S.), GURRY (R.W.) - The system iron-oxygen. II. Equilibrium and thermodynamics of liquid oxide and other phases - J. Am. Chem. Soc., 68, p. 798-816 (1946).
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(6) - REDLICH (O.), KISTER (A.T.) - Algebraic representation of thermodynamic properties and the classification of solutions - Industr. Eng. Chem., 40,...
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