L'incorporation de 5 à 10 % (fraction massique) d'Al₂O₃ dans la matrice des briques de carbone/graphite pour haut fourneau (blocs de carbone) améliore significativement la résistance à la corrosion de la fonte en fusion et constitue l'application des briques de carbone-aluminium dans les systèmes de production de fer. Par ailleurs, ces briques sont également utilisées pour le prétraitement de la fonte en fusion et dans les auges de coulée.
Briques de carbone d'aluminium pour le prétraitement du fer en fusion
Les briques d'aluminium-carbure de silicium sont principalement utilisées dans les équipements de transport de fonte, tels que les cuves de coulée. Cependant, lorsqu'elles sont utilisées dans de grandes cuves et des mélangeurs de fonte, et soumises à des cycles de chauffage et de refroidissement extrêmes, elles sont sujettes aux fissures, entraînant un décollement structurel. De plus, les briques Al₂O₃-SiC-C utilisées dans ces équipements présentent souvent une teneur en carbone de 15 % et une conductivité thermique élevée de 17 à 21 W/(m·K) (à 800 °C), ce qui provoque une baisse de la température de la fonte et des déformations des tôles des cuves et des mélangeurs. Pour y remédier, il est possible de réduire la conductivité thermique en éliminant le SiC, un composant très conducteur, tout en diminuant la teneur en graphite et en affinant ce dernier.
Des recherches fondamentales ont permis de conclure que :
(1) Lorsque la teneur en graphite (fraction massique) des briques d'aluminium-carbone est inférieure à 10 %, leur structure est constituée d'Al₂O₃ formant une matrice continue, le carbone étant inséré dans cette matrice sous forme de points. Dans ce cas, la conductivité thermique λ de la brique d'aluminium-carbone peut être calculée approximativement par la formule (1).
Dans la formule, λa représente la conductivité thermique de l'Al₂O₃ et Vc la fraction volumique de graphite. Ceci démontre que la conductivité thermique des briques d'aluminium-carbone est indépendante de celle du graphite.
(2) Lorsque le graphite est raffiné, la conductivité thermique de la brique de carbone d'aluminium dépend moins des particules de graphite.
(3) Pour les briques aluminium-carbone à faible teneur en carbone, lorsque le graphite est raffiné, une matrice de liaison dense peut être formée, ce qui peut améliorer la résistance à la corrosion des briques aluminium-carbone.
Cela montre que les briques de carbone à faible teneur en carbone de type A en aluminium peuvent s'adapter aux conditions de fonctionnement des grands réservoirs de métal en fusion et des wagons mélangeurs de fer dans le système de fabrication du fer.
Date de publication : 27 février 2024
