Essai de corrosion statique

Les essais sont réalisés en auto-creuset (Schéma Figure IV- 21). δa durée de l’essai est plus courte (quelques heures) que la durée de vie du matériau dans les applications industrielles (quelques mois voire années). La quantité de laitier introduit dans le creuset est également très faible (quelques dizaine de grammes) comparée aux quantités mises en jeu dans les réacteurs.

Il n’y a pas de gradient thermique ni de phénomène d’érosion.

Ces essais ne reflètent pas en totalité l’usure du matériau en condition réelle de service : ils visent principalement à la compréhension des mécanismes physico-chimiques d’interaction laitier-réfractaire.

Ils permettent également de faire varier des paramètres de corrosion pour mettre en évidence l’influence d’un facteur clé (composition du laitier ou atmosphère : Figure IV-23).

Des montages, un peu plus complexes, avec prélèvement de laitier, sont utilisés pour établir une loi de cinétique de dissolution du réfractaire (Figure IV-22).

Figure IV- 21 Schéma de l’essai de corrosion statique

Figure IV-22 Essai de cinétique de corrosion

Figure IV-23 Schéma de l’essai comparatif sous différentes atmosphères

Pour les essais de corrosion en auto-creuset, la méthodologie est la suivante :

 δes creusets sont trempés à la fin du maintien à température de corrosion. δ’objectif est d’éviter la cristallisation de nouvelles phases au cours du refroidissement ;

 Une fois refroidis, ils sont découpés en deux parties suivant un plan passant par le centre de l’orifice d’introduction du mélange réactif.

δa résistance d’un réfractaire à la corrosion par un laitier est évaluée macroscopiquement à partir de la mesure des profondeurs d’imprégnation, de corrosion et de la hauteur du laitier résiduel. Pour un essai en auto-creuset, ces distances sont généralement mesurées par rapport au plan de l’interface correspondant à z = 0 (interface laitier réfractaire à t=0). Afin d’accéder à une mesure correcte de la profondeur d’imprégnation, de corrosion et de la hauteur du laitier résiduel, il convient de les définir au prélable :

 L’imprégnation : c’est l’infiltration du laitier (oxydes liquides) dans la masse du réfractaire à travers sa porosité. A haute température, cette infiltration peut s’accompagner d’une dissolution des joints de grains qui affecte principalement la composition de la phase liquide intergranulaire : le réfractaire conserve sa texture originelle et sa composition chimique globale n’est que peu modifiée ;

 La zone imprégnée : elle s’étend entre le front d’imprégnation et le front de dissolution-précipitation (Figure IV-24) ;

 La corrosion : c’est une imprégnation réactive du matériau par le laitier liquide, qui se traduit par la dissolution de ses éléments (perte d’épaisseur) et la précipitation de nouvelles phases moins solubles qui modifient sa microstructure initiale, et, par conséquent, sa tenue mécanique face à l’usure ;

 La zone corrodée : elle est comprise entre l’interface initiale (z=0) et le front de dissolution-précipitation (Figure IV-24).

Figure IV-24 Définition schématique des étendues d’imprégnées et de corrosion sur un auto-creuset après essai de corrosion

La Figure IV-25, montre l’aspect général d’un auto-creuset constitué d’andalousite et de chamotte d’argile après attaque par le laitier. δ’examen visuel minutieux du creuset usagé montre que les fronts d’imprégnation et de corrosion, qui évoluent latéralement et en profondeur, forment des auréoles au sein desquelles la microstructure initiale est modifiée.

Les évaluations quantitatives des étendues de corrosion ont été effectuées par rapport à l’interface initiale (z=0), alors que celles relatives à l’imprégnation ont été réalisées en prenant comme référence, l’interphase laitier/réfractaire.

Figure IV-25 Aspect général d’un creuset après essai de corrosion

Les analyses microstructurales ainsi que la détermination de la composition chimique des phases présentes dans les échantillons analysés ont été effectuées à l’aide du microscope électronique à balayage (F.E.I., XL 40 TMP ESEM) équipé d’un spectromètre EDS. Les meilleures images sont obtenues généralement pour des tensions d’accélération comprises entre 15 et 20 kV. Les tensions de cet ordre permettent de prospecter des profondeurs jusqu’à 1 µm sous le plan de la surface polie. Les sections polies ont été observées en mode

« électrons rétrodiffusés ». Ce mode d’observation est peu sensible aux irrégularités et à l’inclinaison de la surface de l’échantillon, du moins pour des petits angles. Cependant, lors d’utilisation de contrastes très élevés, les effets de surface peuvent interférer de façon importante avec le contraste de composition.

Afin d’examiner la corrosion au microscope électronique à balayage (εEB), des échantillons massifs de dimensions 10 mm x 5 mm x 10 mm ont été prélevés sur les creusets attaqués après découpage perpendiculairement à l’interface initiale (Figure IV-26).

Figure IV-26 Localisation des prélèvements analysés sur un creuset corrodé

Cette forme d’échantillonsprésente l’avantage de pouvoir balayer la section polie en allant de l’interface z=0 vers la base du creuset en contact avec la sole, sur une distance d’environ 10 mm (l’interface initiale est pris comme origine de l’abscisse z, l’axe étant orienté

Les sections polies ont été préparées selon des techniques céramographiques standards.

δ’étude de la distribution de concentration des éléments présents dans le système laitier/réfractaire en fonction de la profondeur a nécessité l’analyse de bandes parallèles à l’interface initiale. Chaque bande est analysée horizontalement à travers le balayage de cellules contiguës, chacune d’elles correspond à une surface individuelle de à 0.8 mm (hauteur) x 1.2 mm (largeur).

La Figure IV-27 représente une vue d’ensemble de la surface rectangulaire d’échantillons massifs prélevés dans un auto-creuset d’andalousite/ chamotte d’argile ayant subi une corrosion à 1500°C par le laitier. Des observations à fort grossissement ont été effectuées sur différentes zones situées de part et d’autre de l’interphase laitier/réfractaire. Les profils des réfractaires attaqués permettent de distinguer 3 domaines dont les textures sont différentes :

 La partie supérieure correspond au laitier résiduel ;

 La partie médiane : zone de corrosion caractérisée par une forte recristallisation ;

 La partie inférieure : zone d’imprégnation dont la porosité est envahie par le laitier sur une courte distance (< 1 mm), et qui conserve une texture microstructurale typique d’un réfractaire d’andalousite-chamotte d’argile.

Figure IV-27 vue d’ensemble de la corrosion d’un creuset d’andalousite/ chamotte d’argile