Dans la sidérurgie moderne, la stabilité et la performance des scories mousseuses jouent un rôle crucial dans les réactions métallurgiques et l’efficacité globale de la production. L’un des principaux mécanismes responsables du comportement des scories mousseuses est l’effet Marangoni, qui contribue à expliquer la stabilité ou l’effondrement des mousses de scories lors de l’affinage.
Composition des scories et effet Marangoni
Le laitier sidérurgique est principalement composé de CaO, auquel s’ajoutent des tensioactifs tels que P₂O₅, SiO₂, CaF₂ et FeO. Ces substances ont tendance à s’accumuler sur le film de bulles, augmentant ainsi son élasticité.
Les bulles de gaz dans le laitier se forment généralement avec des composés à point de fusion élevé comme 2CaO·SiO₂ et MgO·SiO₂ comme points de nucléation. Parallèlement, les particules solides en suspension telles que CaO et MgO peuvent se fixer aux films de bulles, augmentant leur résistance mais réduisant leur élasticité. En revanche, FeO et P₂O₅ améliorent l’élasticité mais affaiblissent la résistance du film.
Lorsque les tensioactifs sont répartis de manière inégale, un gradient de tension superficielle se crée, favorisant l’écoulement du liquide dans le film. Ce phénomène est connu sous le nom d’effet Marangoni.
Impact de l’effet Marangoni sur la qualité de la fabrication de l’acier
Si les films de bulles sont trop fragiles ou trop élastiques, ils se rompent rapidement, provoquant un effondrement rapide de la mousse. Par conséquent, l’indice de moussage diminue, l’effet Marangoni devient moins important et l’efficacité métallurgique de la sidérurgie est affectée.
En pratique, l’indice de moussage est considéré comme un indicateur fiable de l’effet Marangoni et de la qualité du laitier mousseux. En général, un indice de moussage élevé signifie un effet Marangoni plus fort et de meilleures performances métallurgiques.
Qu’est-ce que l’indice de mousse ?
L’indice de moussage désigne le temps (mesuré en secondes) écoulé entre le moment où le laitier commence à mousser et celui où les bulles éclatent et s’effondrent complètement. C’est l’un des paramètres les plus importants pour évaluer la qualité du laitier mousseux et sert d’indicateur visuel aux sidérurgistes pour contrôler les réactions métallurgiques.
En pratique, l’indice de moussage est mesuré comme suit : lorsque la basicité du laitier est adéquate et que la teneur en carbone du bain de fusion est adéquate, une certaine quantité de poudre de carbone est insufflée dans le four pour créer un moussage du laitier. La hauteur du laitier augmente jusqu’à son maximum, et après l’arrêt de l’injection de carbone, le temps nécessaire pour que la hauteur du laitier mousseux redescende du maximum au minimum est défini comme l’indice de moussage.
Relation entre la teneur en MgO et l’indice de moussage
L’oxyde de magnésium (MgO) joue un rôle essentiel dans la formation du laitier mousseux. Le MgO peut réagir avec CaO et SiO₂ pour former de l’olivine calcium-magnésium à bas point de fusion, accélérant ainsi la formation du laitier. De plus, les fines particules de MgO et leurs composés, à point de fusion relativement élevé, agissent comme des noyaux en suspension qui améliorent l’indice de moussage.
En sidérurgie, l’utilisation de dolomie calcinée, de chaux magnésienne ou d’autres minéraux riches en MgO peut augmenter la capacité de moussage du laitier tout en réduisant l’érosion réfractaire. Cependant, si la teneur en MgO du laitier de four électrique dépasse 10 %, la qualité du laitier mousseux se dégrade considérablement.
