I. Présentation générale de la solution
Les réfractaires coulés Al-SiC-C sont principalement utilisés dans les zones critiques soumises à des températures élevées, à l’érosion par la fonte et les scories, à l’abrasion mécanique et à des cycles thermiques fréquents. Leurs performances finales dépendent non seulement de l’alumine, du carbure de silicium et des matériaux carbonés, mais sont également étroitement liées aux poudres ultrafines présentes dans la matrice, au système de liaison, aux agents dispersants et à la granulométrie.
La microsilice est l’un des composants ultrafins essentiels de la matrice des réfractaires coulés Al-SiC-C. Sa pureté, son niveau d’impuretés, ses caractéristiques granulométriques, son état de dispersion et la stabilité inter-lots influencent considérablement la prise d’eau, la fluidité, la densité de compactage, la composition des phases à haute température et les performances anti-érosion du réfractaire coulé.
MSILI propose, en fonction des conditions d’exploitation, des systèmes de liants et des méthodes de mise en œuvre, de la microsilice de qualité réfractaire adaptée aux réfractaires coulés Al-SiC-C, ainsi qu’une assistance à la sélection des produits, afin d’aider ses clients à améliorer la stabilité de leurs formulations et la fiabilité de leurs applications techniques.
II. Applications typiques
Cette solution s’applique principalement aux :
- aux canaux principaux, canaux secondaires, canaux à scories et écumeurs des hauts fourneaux ;
- aux zones d’impact, d’usure et de réparation localisée de la zone de coulée ;
- aux réfractaires non moulés des poches à fonte, des équipements de transport de la fonte et des canaux d’écoulement du métal en fusion ;
- toute autre zone en contact avec le métal en fusion à haute température dont la formulation et l’adéquation aux conditions d’exploitation ont été validées.
La composition des scories et de la fonte, la température d’utilisation, l’intensité de l’érosion et le régime des cycles thermiques varient considérablement d’une zone à l’autre ; le type de poudre de microsilice et son mode d’incorporation doivent donc être validés en fonction de la formulation spécifique.
III. Problèmes techniques courants
1. Instabilité de la formulation due aux variations d’un lot à l’autre
Les variations de la teneur en SiO₂, des impuretés, de l’agrégation et de la granulométrie de la poudre de microsilice peuvent entraîner des fluctuations des valeurs de fluidité, du temps de prise et de la résistance, ce qui complique l’ajustement des formulations et le contrôle de la production.
2. Une dispersion insuffisante entraîne une augmentation de la demande en eau
Une poudre de microsilice fortement agglomérée ou dont le degré de densification n’est pas adapté peut facilement rendre le coulis visqueux et réduire sa fluidité. L’ajout d’eau sur le chantier peut certes améliorer temporairement l’applicabilité, mais il peut également entraîner une augmentation de la porosité et un relâchement de la matrice.
3. Influence des impuretés sur la composition des phases à haute température
Des teneurs trop élevées en CaO, en métaux alcalins et en autres impuretés peuvent modifier le déroulement des réactions de la matrice à haute température, augmenter les risques de formation de phase liquide, d’oxydation ou d’érosion par les scories, et affaiblir la stabilité structurelle du matériau à haute température.
4. Compatibilité insuffisante avec les liants et les adjuvants
Les différentes poudres de microsilice réagissent différemment au ciment, à la poudre d’alumine, aux agents dispersants, aux antioxydants et aux matériaux carbonés. Se baser uniquement sur la teneur en SiO₂ pour juger de la qualité d’un produit ne permet souvent pas de garantir l’efficacité réelle de la formulation.
IV. Approches de solution
MSILI assure un contrôle sur quatre aspects : la composition chimique, les caractéristiques granulométriques, l’état de la poudre et la compatibilité avec le système.
Stabilisation de la composition chimique
Contrôler la teneur en SiO₂ ainsi que les niveaux d’impuretés telles que le CaO, le Fe₂O₃ et les métaux alcalins, afin de réduire l’impact des variations des matières premières sur la composition des phases à haute température et la stabilité de la formulation.
Optimisation de la dispersion et de la rhéologie
En fonction des équipements de mélange et des méthodes d’application du client, nous proposons des produits non compactés, semi-compactés ou compactés. Grâce à un dosage raisonnable et à un système de dispersion adapté, nous améliorons la fluidité et la stabilité rhéologique de la pâte.
Amélioration de la densification de la matrice
En utilisant des particules ultrafines pour combler les microporosités entre les granulats et les poudres fines, on optimise l’empilement des particules et on réduit les voies de pénétration potentielles pour les scories et la fonte.
Adaptation à différents systèmes de liaison
Pour les systèmes à faible teneur en ciment, à très faible teneur en ciment et sans ciment, nous vérifions respectivement la compatibilité de la microsilice avec le ciment, la alumine réactive, les agents dispersants et les additifs de liaison sous forme de gel, plutôt que d’utiliser un seul type de produit pour toutes les formulations.
V. Sélection et validation
Pour les réfractaires coulés Al-SiC-C, la microsilice ne doit pas être évaluée uniquement en fonction de sa pureté ; il convient également d’accorder une attention particulière aux éléments suivants :
- la quantité d’eau ajoutée et la fluidité initiale ;
- la durée de maintien de la fluidité ;
- les propriétés de prise et de démoulage ;
- la densité volumique et la porosité apparente après séchage ;
- la résistance à température ambiante et à chaud ;
- Variation dimensionnelle après cuisson et résistance aux chocs thermiques ;
- Résistance à l'oxydation ;
- la profondeur d’érosion par les scories, la surface de pénétration et la structure après érosion.
Les systèmes à faible teneur en ciment classiques accordent généralement davantage d’importance à la dispersibilité, à la stabilité de mise en œuvre et à l’équilibre des coûts ; les systèmes à très faible teneur en ciment privilégient quant à eux une faible teneur en impuretés, une faible demande en eau et une densité élevée ; quant aux systèmes sans ciment, il convient de vérifier en priorité l’activité de la microsilice, son comportement gélifiant et sa compatibilité avec les additifs spécifiques.
La formulation finale doit être déterminée conjointement à l’issue d’essais de formulation en laboratoire et d’une validation industrielle sur site.
VI. Valeur technique
Une microsilice adaptée permet aux entreprises de matériaux réfractaires :
- de réduire les ajustements répétés de formulation dus aux fluctuations des matières premières ;
- d’améliorer l’uniformité de la fluidité et de la prise entre les différents lots de bétons réfractaires ;
- de réduire la quantité d’eau nécessaire à la mise en œuvre, sous réserve d’une dispersion adéquate ;
- d’améliorer la densité de la matrice et la stabilité structurelle à haute température ;
- fournir une base matérielle permettant d’améliorer les performances de résistance à l’érosion, à la perméabilité et à l’abrasion ;
- Réduire les risques liés aux chantiers dus à une perte de contrôle des performances de mise en œuvre.
MSILI ne propose pas seulement un simple produit à base de microsilice, mais une solution de matières premières adaptée en fonction de l’emplacement d’utilisation du revêtement Al-SiC-C, du système de liaison, des équipements de mise en œuvre et des performances visées.
