Thermomechanical degradtaion of slag impregnated refractory
Dégradation thermomécanique des réfractaires au contact de laitiers sidérurgiques
Résumé
Refractory materials in contact with iron and steel slags are subjected to complex loadings. Examinations of industrial cases allow us to establish a coupling schematic with three poles to identify the causes of degradation: Slag Impregnation (SI), Thermomechanics (TM) and Phase Transformations (PT). The microstructure and composition gradients resulting from the SI-PT coupling are characterised by SEM observations and chemical EDS micro-analyses; a natural impregnation tracer, i.e., phosphorus, is identified. The SI-TM coupling is studied by modelling the refractory lining behaviour subjected to a cyclic thermal loading within the framework of mechanics of (saturated) porous continua. Parameters governing location and amplitude of the maximum pore pressure are obtained and their influences are studied. The TM pole study leads to the identification of a thermo-elasto-viscoplastic model for bauxite in various states of slag impregnation. Numerical simulations show that the stress state developed during the heating stages can induce spalling, probably generated by a localised overpressure of slag.
Les réfractaires au contact de laitiers sidérurgiques sont soumis à des sollicitations complexes. Pour identifier les causes de leur dégradation, l'examen de cas industriels permet d'établir un schéma de couplages à trois pôles : imprégnation par les laitiers (IL), thermomécanique (TM) et changements de phases (CP). Les gradients de microstructure et de composition résultant du couplage IL-CP sont caractérisés par des observations au MEB et des analyses chimiques avec une sonde EDS ; un traceur naturel de l'imprégnation est identifié. Le couplage IL-TM est étudié en modélisant le comportement du revêtement soumis à un chargement thermique cyclique dans le cadre de la mécanique des milieux poreux saturés. Les paramètres régissant la localisation et l'amplitude de la pression interstitielle maximale sont exhibés et leurs influences étudiées. L'étude du pôle TM conduit à l'identification d'un modèle de comportement << monophasique >> de type thermoélastoviscoplastique de la bauxite à différents états d'imprégnation. Les simulations numériques indiquent que les contraintes développées lors de la montée en température favorisent l'écaillage, probablement amorcé par une surpression localisée.