L'alumine réfractaire : le héros méconnu de l'industrie

Les briques réfractaires à haute teneur en alumine protègent les fours industriels contre les températures élevées, la corrosion et l'érosion. Elles sont indispensables dans l'industrie sidérurgique et contribuent à améliorer la productivité et à réduire les coûts. Cet article présente les informations de base sur ces matériaux, notamment leurs propriétés et leurs applications.

Le matériau réfractaire utilisé dans l'industrie de la fusion de l'aluminium est à base de bauxite calcinée. Ce matériau résiste au bain d'aluminium et aux fondants salins. Il offre également une bonne stabilité thermique et une bonne résistance à l'érosion chimique par les scories.

C'est un matériau ignifuge

Les matériaux réfractaires à base d'alumine sont fréquemment utilisés dans les environnements industriels soumis à des températures élevées afin de protéger les alliages métalliques et les éléments de construction contre la surchauffe, notamment les éléments de construction en alliage de cuivre. Leur excellente résistance aux températures élevées, à l'abrasion, aux agressions chimiques et aux contraintes d'installation en fait des solutions simples et économiques qui nécessitent peu de réparations ; leurs faibles coûts d'entretien réduisent les temps d'arrêt sur les chantiers, permettent de réaliser des économies de main-d'œuvre et diminuent considérablement la consommation d'énergie.

Les propriétés isolantes des matériaux réfractaires à haute teneur en alumine sont particulièrement avantageuses dans les fours et les fours de cuisson, car elles contribuent à prévenir les dommages causés par la chaleur intense générée au cours des processus de production, tout en permettant de réaliser des économies d'énergie grâce à la réduction des pertes d'énergie par les structures non étanches. Grâce à ces avantages, les matériaux réfractaires à haute teneur en alumine s'imposent rapidement comme le matériau de choix pour le revêtement des fours et des fours de cuisson.

Les réfractaires coulables à haute teneur en alumine offrent une bonne résistance à l'aluminium fondu (Al) et à ses alliages, mais sont sensibles à la corrosion au-dessus de la ligne de métal dans les fours de fusion en raison de réactions qui provoquent une contraction volumique, entraînant la formation de corindon, ce qui conduit à la corrosion. Les chercheurs travaillent activement à l'amélioration des performances de ces réfractaires.

L'ajout d'additifs non mouillants (NWA) constitue une solution pour améliorer la résistance à la corrosion des matériaux réfractaires et contribuer à prévenir la contamination par l'aluminium au-dessus des lignes métalliques. Les NWA peuvent empêcher la formation de spinelle, qui contribue à la corrosion de l'Al₂O₃. Ce faisant, ces NWA pourraient améliorer la résistance à la corrosion de ces matériaux tout en contribuant à éviter la contamination par l'aluminium au-dessus de leur ligne métallique.

C'est un isolant thermique

Les matériaux isolants réfractaires à haute teneur en alumine sont largement utilisés dans les fours métallurgiques, les fours à céramique et les cuves à verre en raison de leur résistance aux températures extrêmes, de leur faible conductivité thermique et de leur résistance aux substances corrosives telles que le métal en fusion et les scories. De plus, ce type de matériau offre une bonne résistance aux chocs thermiques.

Matériau conçu pour être utilisé dans les fours métallurgiques et les fonderies. Grâce à son faible coefficient de dilatation jusqu'à 1 540 °C et à son excellente résistance à l'attaque des scories, ce matériau constitue un excellent choix pour assurer une liaison solide avec d'autres matériaux réfractaires, ainsi que pour les revêtements de sécurité des poches de coulée et des bétons réfractaires.

L'alumine alvéolaire est un isolant performant qui allie une résistance à la chaleur élevée à une faible conductivité thermique ; elle offre ainsi une excellente résistance à la chaleur tout en restant thermiquement inerte. Sa densité apparente est deux fois supérieure à celle des briques d'alumine de qualité supérieure, ce qui la rend adaptée aux applications structurelles nécessitant des propriétés isolantes, tout en étant transparente aux micro-ondes et aux ondes radio.

Ce réfractaire est composé d’agrégats d’alumine supercalcinée à gros grains et de fines d’alumine calcinée réactive ayant subi une supercalcination à haute température, puis mélangés à des fines d’alumine calcinée réactive issues de géomatériaux marocains, pour former une microstructure à liaison directe dont la phase principale est constituée d’alumine-corindon (de couleur blanche, avec des pores arrondis offrant une résistance supérieure à l’érosion par l’acier en fusion), ainsi qu’une matrice très dense de cette phase qui surpasse d’autres produits à haute teneur en alumine, tels que les briques de silice, en termes de propriétés isolantes supérieures. La figure 6 présente cette microstructure à faible et fort grossissement, respectivement obtenues par microscopie optique à partir de géomatériaux marocains utilisés comme source.

C'est un isolant chimique

Les matériaux réfractaires à base d'alumine se caractérisent par une excellente résistance chimique, ce qui leur permet de résister à la corrosion provoquée par des métaux tels que le cuivre et les scories en fusion, ainsi qu'aux températures élevées générées par les procédés industriels. Ils constituent en outre des solutions rentables pour diverses applications, telles que l'isolation des cuves et des fours. Ce matériau représente un excellent choix en matière d'isolation.

Les produits réfractaires à base d'alumine offrent une excellente isolation grâce à leurs sphères creuses d'alumine liées entre elles par un ciment résistant. Leur structure légère assure une isolation thermique sans réduire de manière significative leur résistance mécanique – une combinaison idéale. Les produits réfractaires à base d'alumine peuvent également résister à des environnements à haute température, tels que les fours, les usines chimiques ou les répartiteurs de coulée continue, sans perdre de leur résistance au fil du temps.

Les réfractaires à base d’alumine sont composés de diverses matières premières, telles que la bauxite et la chamotte, et sont généralement fabriqués par pressage à sec à haute température avant d’être cuits pour leur durcissement. La qualité des briques réfractaires peut être évaluée à l’aide d’essais standard, tels que la mesure de la conductivité thermique, l’essai de choc thermique cyclique, la mesure de la porosité ouverte et la mesure du retrait à la cuisson. Ces essais sont essentiels pour prédire les performances des réfractaires à haute température et sous contrainte, et pour identifier d'éventuels défauts ou anomalies au sein de leur structure. De plus, l'analyse de leur microstructure au microscope électronique à balayage et au microscope binoculaire permet de déterminer plus précisément leur structure cristalline, la distribution granulométrique, la composition chimique et la composition globale.

C'est un matériau résistant à l'usure

Les matériaux réfractaires à base d'alumine constituent un élément essentiel des processus de production de l'acier, du ciment et des produits pétrochimiques. Ils contribuent au bon fonctionnement des équipements utilisés dans ces industries, réduisant ainsi les temps d'arrêt et les coûts de maintenance. De plus, les matériaux réfractaires à base d'alumine sont durables et présentent une bonne résistance à l'usure. Ces propriétés leur permettent de résister à des températures élevées et à des environnements chimiques agressifs.

Afin d’améliorer la résistance à la corrosion des réfractaires à base d’alumine, des chercheurs ont mis au point de nouveaux types de matériaux issus de la nanotechnologie. Ces matériaux contiennent un oxyde de bore, ce qui les rend chimiquement plus stables que le bore libre. Ils contiennent également une grande quantité d'alumine cristalline, ce qui leur permet de mieux résister à la dégradation due aux chocs thermiques. Ces matériaux sont actuellement utilisés dans la production de ciment, de verre et d'autres produits industriels.

Le choix des matériaux réfractaires est essentiel pour garantir la stabilité d'un matériau réfractaire à des températures élevées. Ces matériaux doivent présenter un point de fusion élevé et être thermiquement stables, c'est-à-dire qu'ils ne doivent ni fondre ni se décomposer à haute température. Ils doivent également présenter un faible coefficient de dilatation et être chimiquement résistants à la corrosion et à l'érosion.

Il existe plusieurs types de matériaux réfractaires à base d'alumine, notamment la mullite et le corindon. Ces matériaux réfractaires sont particulièrement adaptés aux toitures de fours électriques et aux superstructures de hauts fourneaux. Ils sont également utilisés dans les cuves de coulée continue. Ces réfractaires présentent la teneur en alumine la plus élevée, ce qui leur confère une résistance extrême et une grande capacité de charge.