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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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2. Modèles thermodynamiques des laitiers
La description précédente montre que les laitiers liquides sont bien plus complexes que les alliages. L'utilisation d'un développement de Redlich-Kister, pour décrire l'enthalpie libre d'excès d'un silico-aluminate fondu, nécessiterait de pousser le développement trop loin, ce qui lui enlèverait tout intérêt.
Plusieurs modèles de laitiers ont été développés , ce qui signifie qu'aucun n'est entièrement satisfaisant. Nous allons les analyser. Mais, comme il arrive souvent, les modèles simples sont peu précis et les modèles réalistes sont difficilement utilisables.
2.1 Fonction stabilité des laitiers
Développons en série de Taylor l'enthalpie libre d'une solution binaire autour d'une composition moyenne x :
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À l'équilibre dG/dx = 0. Si d2 G/dx 2 > 0, une fluctuation de la variable x aura pour effet d'augmenter G et le système, qui réagira de façon à rendre G minimum, retrouvera sa position d'équilibre initial. En revanche, si d2 G/dx 2 < 0, une fluctuation de la variable x aura pour effet de diminuer G qui s'éloignera...
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BIBLIOGRAPHIE
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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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