En sidérurgie, la désoxydation est un processus déterminant pour la propreté de l’acier en fusion et la qualité finale de l’acier. Un excès d’oxygène dans l’acier en fusion provoque des inclusions, réduit sa coulabilité et affaiblit ses propriétés mécaniques.
Pour une désoxydation efficace et complète, il est indispensable de respecter des conditions environnementales et de procédé spécifiques, ainsi que de choisir judicieusement les agents désoxydants.
I. Exigences environnementales de base pour la désoxydation de l’acier en fusion
To ensure optimal deoxidation performance, the steelmaking process must provide the following conditions:
- Faible teneur en inclusions
La désoxydation doit se dérouler dans un milieu d’acier fondu propre. Les inclusions existantes peuvent servir de germes pour les réactions d’oxydation, entravant ainsi l’élimination des produits de désoxydation. - Forte affinité entre le désoxydant et l’oxygène
Le désoxydant doit présenter une forte affinité pour l’oxygène. Même une faible quantité ajoutée doit réduire efficacement le taux d’oxygène résiduel dans l’acier, garantissant ainsi une désoxydation optimale. - Produits de désoxydation facilement flottables
Les oxydes formés lors de la désoxydation doivent s’agglomérer, croître et remonter rapidement à la surface. Dans le cas contraire, ils demeurent sous forme d’inclusions non métalliques, ce qui diminue la propreté de l’acier et sa coulabilité. - Prévention de l’oxydation secondaire
Après désoxydation, l’acier en fusion doit être protégé de la réoxydation par l’utilisation de scories d’affinage ou d’un écran de gaz inerte afin de maintenir une atmosphère pauvre en oxygène.
II. Avantages de l’utilisation d’un alliage de baryum en désoxydation
Parmi les différentes méthodes de désoxydation, la désoxydation des alliages contenant du baryum se distingue par son mécanisme de désoxydation composite et sa grande efficacité dans l’élimination des inclusions.
Lorsqu’un alliage de baryum est ajouté à de l’acier en fusion, la solubilité du baryum est très faible et seule une petite quantité d’oxyde de baryum (BaO) se forme initialement. Les autres éléments de l’alliage réagissent d’abord avec l’oxygène, produisant leurs oxydes respectifs. Au fur et à mesure que la réaction se poursuit, le baryum se combine à ces oxydes pour former des produits de désoxydation complexes, qui présentent plusieurs avantages :
- Flottation des inclusions plus rapide:
Le baryum possède une masse atomique élevée, ce qui produit des particules d’oxyde composite plus grosses qui remontent plus rapidement à la surface. - Acier fondu plus propre:
Le procédé de désoxydation composite réduit considérablement les inclusions, améliorant ainsi la propreté de l’acier et sa coulabilité. - Effet de désoxydation du calcium renforcé:
Le baryum abaisse la pression de vapeur du calcium, augmentant ainsi sa solubilité dans l’acier en fusion. Ceci renforce le pouvoir désoxydant du calcium et favorise la modification des inclusions.
Ainsi, les alliages composites Ba–Ca sont considérés comme des désoxydants très efficaces dans la fabrication moderne de l’acier, combinant une puissante capacité de désoxydation avec un excellent contrôle des inclusions.
III. Caractéristiques et limites de la désoxydation de l’aluminium
L’aluminium métallique est largement utilisé pour le raffinage secondaire en raison de son fort pouvoir désoxydant et de sa cinétique de réaction rapide. Cependant, dans la production d’acier propre, la désoxydation par l’aluminium présente plusieurs inconvénients :
- Les inclusions d’Al₂O₃ affectent la usinabilité.
Les inclusions d’alumine réduisent considérablement l’étirage des aciers à ressort et des fils durs, provoquant souvent leur rupture. Pour éviter la formation d’inclusions d’Al₂O₃ fragiles, on utilise un affinage au four LF avec désoxydation sans aluminium ou lavage des scories, en maintenant la teneur totale en oxygène (T[O]) ≤ 0,003 %. - Résistance à la fatigue réduite
Les particules d’Al₂O₃ agissent souvent comme germes de fissures de fatigue, particulièrement néfastes pour l’acier des roulements, l’acier des rails et l’acier des roues. - Fragilité par fluage et résistance réduite à haute température
Les produits de désoxydation de l’aluminium et l’aluminium résiduel peuvent provoquer une fragilité par fluage dans les aciers réfractaires, réduisant ainsi leur résistance à haute température et leur durée de vie.
Risque d’obstruction de la buse lors de la coulée continue
Aux températures de fabrication de l’acier, les particules d’Al₂O₃ sont des solides à arêtes vives qui ont tendance à s’accumuler dans la buse du répartiteur, provoquant des obstructions et des interruptions de coulée.
