Évaluation de la résistance à la corrosion de
briques réfractaires de magnésie-carbone

Marie-Eline Couturier 1
Christophe Perrot 3, Thomas Vendrick 3, Lorette Sebillaud 3, Sophie Auclerc 1, Tiphaine Cordonnier 2

1 : SFC, 6-8 rue de la Réunion, Les Ulis, 91955 Courtaboeuf cx
2 : ArcelorMittal Maizière R&D, voie Romaine, 57283 Maizières-les-Metz cx
3 : ICAR, 2 rue Lavoisier, 54300 Moncel-lès-Lunéville

A la demande du milieu sidérurgiste, une étude de la résistance à la corrosion de matériaux réfractaires destinés à la protection de convertisseurs à oxygène pour le traitement de l’acier liquide a été menée pour appréhender au mieux leur comportement en service. Il s’agit de briques réfractaires de magnésie-carbone.
Les conditions de travail d’un convertisseur à oxygène sont extrêmes (par exemple température de 1650°C/1700°C). Les matériaux réfractaires utilisés dans les convertisseurs à oxygène subissent donc d’importantes contraintes tant thermochimiques que thermomécaniques limitant leur durée de vie.

Pour simuler au mieux le comportement des matériaux dans un tel milieu, un premier test de corrosion en four rotatif a été réalisé sur sept briques différentes. Cet essai a permis la comparaison directe visuelle de différentes briques magnésie-carbone. Puis une étude microstructurale des différentes briques testées a été ensuite menée dans le but de mettre en évidence les mécanismes de corrosion. C’est cette seconde partie qui vous sera présentée.

Toutes les briques présentent deux zones distinctes : un front de corrosion et le cœur de la brique, zone réputée encore saine. Dans ces deux zones, on retrouve des granulats de magnésie liés entre eux par la matrice carbonée. Le front de corrosion est décarburé par l’action de l’atmosphère gazeuse et des oxydes de fer.
La mesure des tailles de grains de magnésie, couplée aux observations et aux microanalyses X en microsonde (réalisées dans le cœur de brique) permettent de classifier les produits en fonction de leur pureté et de leur cristallinité. En effet, la magnésie électrofondue se caractérise par des cristallites pouvant être pluri-millimétriques, avec des puretés allant au-delà de 99% en MgO. La taille des cristallites est cruciale puisque le grain de MgO est préférentiellement attaqué par sa phase intercristalline.
La matrice des briques est composée de carbone sous forme de graphite, de magnésie fine ainsi que d’antioxydants transformés. Ceux-ci, à l’origine de l’aluminium métallique, subissent un changement de phase à haute température par un processus complexe, menant à la formation d’alumine et éventuellement de spinelle MgAl2O4. Le rôle des antioxydants est de protéger la matrice carbonée de l’oxydation, et leur présence peut expliquer le bon comportement à la corrosion de certaines briques.