Oxyde de magnésium : clé pour prolonger la vie du revêtement BOF et réduire la corrosion

Le revêtement réfractaire d'un four à oxygène basique (BOF) vise à assurer une disponibilité maximale en exploitation pour répondre aux exigences production et garantir la consommation spécifique réfractaires la plus faible. L'augmentation de la durée de vie du revêtement améliore la disponibilité → effet positif productivité BOF et réduction consommation spécifique réfractaires.

Pratique actuelle sidérurgie BOF : briques magnésie-carbone (MgO-C) liant résine + ajouts métalliques pour revêtement. Fabriquées mélange MgO fondu/fritté haute pureté, graphite haute pureté, carbone 5–15 %. Revêtement zonal BOF normalement effectué avec divers grades briques pour revêtement coût-efficace visé. Laitier sidérurgie visé saturé MgO. Projection laitier (slag splashing) = pratique courante pour vie revêtement accrue. Laser utilisé mesure épaisseur revêtement 360°. Maintenance épaisseur/profil revêtement régulière avec mélanges rechargement (gunning) base MgO. Pour performance satisfaisante, composition laitier doit être compatible réfractaires BOF.

Température BOF monte pendant production acier par réactions exothermiques process sidérurgie. Température coulée acier liquide maintenue ≥ 1660 °C. À ces températures, laitier sidérurgie, s'il est non saturé MgO, prélève MgO matériau revêtement BOF pendant sidérurgie pour se saturer. Dans processus, épuise MgO revêtement → usure plus rapide. Pour minimiser usure chimique revêtement base MgO, nécessaire que laitier sidérurgie soit saturé, voire sur-saturé MgO, en ajoutant matériaux riches MgO dans BOF pendant sidérurgie. Matériaux MgO courants : dolomie calcinée, magnésite calcinée. Matériaux MgO chargés BOF = hautement réactifs, non « dead burnt » (surdécarbonatés) pour dissolution rapide dans laitier.

Paramètres interagissant sur la durée de vie du revêtement

Durée vie varie selon usines par existence paramètres interactifs différents. Paramètres interactifs liés à : (i) process sidérurgie, (ii) propriétés réfractaires, (iii) pratiques maintenance réfractaires (figure 1).

Figure 1 : Paramètres interagissant affectant vie revêtement BOF

Effets paramètres sur durée vie tableau 1.

Tableau 1 : Effets de différents paramètres sur la durée de vie du revêtement BOF
N°	Paramètre	Effet sur durée vie	Sévérité influence
1	Fonte	Si	Négatif	Moyen
		Mn	Positif	Faible
		Ti	Négatif	Faible
2	Laitier sidérurgie	Fe total	Négatif	Élevé
		Basicité (CaO/SiO₂)	Positif	Moyen
		Ajout CaF₂	Négatif	Moyen
		Teneur MgO	Positif	Élevé
		Al₂O₃	Négatif	Faible
		Ajout chaux	Positif	Moyen
3	Paramètres exploitation	Température fin soufflage	Négatif	Élevé
		Durée soufflage	Négatif	Moyen
		Cadence production (chauffes/jour)	Positif	Moyen
		Volume laitier	Négatif	Faible
		Atmosphère (CO/CO₂)	Positif	Moyen
		Retard chargement chaux	Négatif	Moyen
		4	Conception BOF	Volume convertisseur	Positif	Faible
Angle cône	Positif			Faible
Lance multi-trous	Positif			Élevé

Relation entre paramètres influençant vie revêtement BOF figure 2.

Figure 2 : Relation entre paramètres affectant vie revêtement BOF

Mécanismes usure principaux réfractaires BOF : impact, corrosion, contraintes thermomécaniques, érosion pendant sidérurgie. Tous paramètres importants mais corrosion dissolution matériau réfractaire dans laitier = effet majeur durée vie. Sidérurgie BOF : divers oxydes produits, fondus chaux vive → laitier sidérurgie. Laitier corrosif, contact continu surface revêtement convertisseur. Si laitier non compatible matériau revêtement, conditions favorables → dissolution revêtement surface contact laitier-revêtement.

Chimie du laitier et saturation MgO

Chimie laitier importante plusieurs façons. Briques MgO-C = réfractaires basiques → laitier basique requis (aussi pour élimination phosphore). Ratio basicité (CaO/SiO₂) requis dépend teneur phosphore fonte et grade acier. Généralement maintenu 3–3,5.

Propriétés physico-chimiques laitier influencent productivité processus sidérurgie grandement. Formation rapide laitier physiquement/chimiquement actif facilite élimination soufre/phosphore bain. Réduit pertes métal + formation métal-régulus laitier ; diminue usure revêtement. Laitier visqueux = peu actif physiquement, faible capacité affinage → réactions laitier/métal ralenties. Laitier visqueux → pertes métal accrues (régulus + projections laitier). Souvent colmatage lance + formation skulls col vessel.

Fluidité très élevée laitier pas désirable non plus (usure réfractaire accrue). Nécessaire obtenir fin soufflage : laitier suffisamment fluide, physiquement/chimiquement actif, homogène, basicité 3–3,5.

Composition chimique laitier BOF et intensité destruction revêtement varient selon étapes sidérurgie BOF. Taux destruction max observé pendant formation laitier basicité 1–1,5 + état oxydation élevé (jusqu'à 30 % FeO). → Nécessaire former laitier concentration max MgO, proche saturation pour conditions température souhaitées période initiale soufflage.

Pour augmenter MgO laitier, essentiel utiliser fondants contenant MgO. Consommation matériaux formation laitier = calcul selon composition matière première (fonte, ferraille) et laitier visé. Pendant fusion, composition échantillon laitier peut différer valeur calculée, morceaux chaux non dissous présents. Possible fin fusion : laitier composition visée non formé, impuretés nuisibles non éliminées totalement.

Étude simulation cinétique saturation laitier MgO + interaction matériau réfractaire MgO-C / laitier + fondant MgO → diminution significative taux dissolution MgO briques dans laitier avec augmentation % MgO laitier. Diminution 2–2,25 fois.

Laitier basique formé tente dissoudre jusqu'à saturation MgO brique. Saturation MgO typique ~8 % dans laitier (dépend température/état oxydation BOF). Si MgO ajouté (généralement dolomie calcinée/magnésite calcinée) → dissolution MgO depuis revêtement réduite grandement, voire nulle si conditions favorables BOF. → Diminution usure revêtement. Chimie laitier reliée état oxydation/température : basicité et MgO dilués par FeO élevé ; température accélère cinétiques.

Étude industrielle : estimation degré dissolution réfractaire basique dans laitier selon teneur MgO réfractaire. Proportion MgO transitant laitier depuis revêtement = calcul bilan matière laitier. Tendance nette : diminution dissolution MgO revêtement dans laitier avec augmentation saturation laitier MgO.

Autre étude : investigation taux dissolution MgO, différents oxydes MgO ajoutés bain → changement teneur MgO mesuré. Formation solide MgO-FeO à interface laitier FeO–CaO–SiO₂ et MgO fritté mise en évidence.

Quantité matériaux MgO à charger = fonction température coulée. Température plus élevée → % MgO plus élevé pour saturer laitier. 1660–1680 °C coulée : mieux maintenir MgO laitier > 10 %.

Ajout dolomie calcinée convertisseur : autres avantages (réduit consommation chaux vive sidérurgie). 10–12 % MgO laitier = pas effet appréciable viscosité. Augmentation viscosité si existante = contrôlée agents fluidifiants laitier. Seul effet adverse redouté MgO élevé laitier : élimination phosphore médiocre sidérurgie.