Propriétés thermo-physiques de matériaux réfractaires isolants

Discipline

Matériaux Céramiques et Traitements de Surface

Classification

Physique,

Sciences de l'ingénieur

Mots-clés libres

Propriétés thermiques, Matériaux réfractaires isolants, Contrainte de compression, Joints, Corrosion, Poche d’acier

Mots-clés

Matériaux réfractaires - Propriétés thermiques,

Microstructure (physique),

Matériaux réfractaires - Corrosion,

Matériaux réfractaires,

Isolants

Les performances des matériaux réfractaires isolants sont fortement dépendantes de leurs propriétés thermophysiques. La première partie de cette thèse est consacrée à l’évaluation de la conductivité thermique, qui est un paramètre important dans la modélisation du transfert de chaleur à travers le revêtement d’une poche d’acier. Les méthodes expérimentales utilisées ont révélé des différences entre les valeurs mesurées, qui peuvent être réduit d’environ 10% pour une direction du flux de chaleur considérée, dès lors que les pertes de chaleur, l’humidité, l’anisotropie et l’hétérogénéité sont prises en compte. La conductivité thermique est donc significativement influencée par la microstructure. Étant donné que les réfractaires industriels sont des matériaux multi-phasés complexes, une approche permettant de mieux appréhender leur comportement consiste à étudier des matériaux modèles de microstructure voisine mais simplifiée, afin d’identifier la contribution de paramètres tels que la porosité, les joints de grains, la taille des grains et la présence de secondes phases. Puis trois cas d'intérêt industriel en lien avec les réfractaires précédents ont été examinés. Comme une poche d’acier est constituée de différentes briques, les joints jouent un rôle majeur. Leur résistance thermique interfaciale a été estimée entre 10-4 et 10-3 m2·K·W-1, ce qui constitue une valeur expérimentale de haute importance pour améliorer la fiabilité de la modélisation. De plus, le revêtement est soumis à des contraintes de compression induites par la pression hydrostatique de l’acier en fusion, ce qui implique que les matériaux requièrent une résistance mécanique suffisante. Pour des valeurs de contrainte appliquée de 0.4 MPa et de 0.04 MPa, aucun effet significatif n'a été observé respectivement sur la dilatation et la conductivité thermique des matériaux isolants étudies. Enfin, l'un des principaux problèmes rencontré dans l’industrie sidérurgique concerne la corrosion, qui conduit souvent au remplacement prématuré des matériaux afin de garantir des conditions de service optimales. Le rôle de la contamination par le carbone sur la conductivité thermique du revêtement isolant a ainsi été évalué.