Les fours de fusion d’aluminium sont des équipements de fusion essentiels dans l’industrie de l’aluminium. Leurs revêtements de travail entrent directement en contact avec l'aluminium fondu, les scories et l'environnement gazeux à haute température, imposant ainsi des exigences extrêmement strictes en matière de performances des matériaux réfractaires. Les matériaux réfractaires doivent posséder une excellente résistance à la corrosion, des propriétés non-mouillantes, une stabilité aux chocs thermiques et une résistance mécanique pour garantir la durée de vie du four, l'efficacité énergétique et la sécurité de la production. Cette revue se concentre sur les différences entre les briques réfractaires utilisées pour les revêtements de travail et les hautes-performances.bétons réfractaires à faible teneur en ciment.
Application et caractéristiques des briques réfractaires dans les revêtements de travail des fours à réverbération de fusion d'aluminium
Les briques réfractaires sont des matériaux réfractaires préformés traditionnels-, principalement fabriqués à partir de matières premières de haute-pureté (telles que l'alumine, les silicates ou le carbure de silicium) par moulage à haute-pression et frittage à haute-température. Les types couramment utilisés dans les fours de fusion d'aluminium comprennent les briques à haute teneur en alumine (teneur en Al₂O₃ de 70 à 90 %), les briques de silice (à dominante SiO₂) et les briques de silicate. Ces briques conviennent aux murs, aux fonds et aux dessus de fours.
Avantages :
1 : Haute résistance mécanique et stabilité volumétrique : maintient l'intégrité structurelle à des températures élevées (température typique de l'aluminium fondu 700-900 degrés), résistant aux chocs mécaniques et aux contraintes thermiques. Par exemple, les briques à haute teneur en alumine peuvent atteindre une résistance à la compression de 50 à 100 MPa, adaptée aux zones soumises à un écoulement d'aluminium en fusion.
2 : Forte résistance à la corrosion : les briques de silice offrent une bonne résistance à l’aluminium fondu et aux scories alcalines, réduisant ainsi la pénétration et la corrosion de l’aluminium. Selon la littérature, les fours à aluminium utilisant des briques de silice peuvent réduire considérablement les coûts de maintenance.
3 : Conductivité thermique modérée : Contribue à une répartition uniforme de la chaleur dans le four, optimisant ainsi l'utilisation de l'énergie.
Inconvénients :
1 : Installation complexe : nécessite une construction brique-par-brique, et les joints sont susceptibles de devenir des points faibles, entraînant des fuites d'aluminium et une corrosion accélérée. Haute sensibilité aux chocs thermiques, sujette aux fissures, en particulier dans les environnements présentant de grandes fluctuations de température du four.
2 : Flexibilité limitée : la formule de la brique est fixe et ne peut pas être ajustée sur-site pour s'adapter à des compositions de scories spécifiques (par exemple, scories à haute teneur en -sodium ou à haute teneur en -calcium).
Sur les marchés internationaux, les briques réfractaires sont couramment utilisées dans les zones sans contact des grands fours, mais les revêtements fonctionnels sont progressivement remplacés pour améliorer l'efficacité.
Application et caractéristiques des bétons à faible teneur en-ciment dans le revêtement de travail des fours à réverbération de fusion d'aluminium
Les bétons réfractaires à faible teneur en ciment (LCC) sont à haute-performancematériaux réfractaires monolithiquesavec une teneur en ciment généralement inférieure à 3 %, principalement composé d'agrégats de haute-pureté (tels que le corindon ou l'aluminosilicate), de micro-poudres et d'additifs. Ils sont formés par moulage sur site-pour créer une doublure sans couture. Dans les fours à réverbération de fusion d'aluminium, les LCC sont couramment utilisés dans la couche de travail du bain de fusion, avec des formulations typiques comprenant 75 % de béton à haute teneur en alumine{{7} et à faible teneur en ciment.
Avantages :
1 : Excellente résistance aux chocs thermiques et faible porosité : La faible teneur en ciment réduit les produits d'hydratation, permettant de contrôler la porosité en dessous de 15 %, améliorant ainsi l'imperméabilité. Selon les rapports, les LCC présentent une résistance aux chocs thermiques 30 à 50 % plus élevée que les bétons traditionnels, ce qui les rend adaptés aux environnements soumis à des changements rapides de température.
2 : Non-résistance au mouillage et à la corrosion : des agents non-mouillants (tels que BaSO₄ ou AlF₃) peuvent être ajoutés pour résister efficacement à l'érosion par l'aluminium fondu et les scories. La littérature souligne que les additifs non-mouillants peuvent réduire considérablement l'adhérence de l'aluminium et prolonger la durée de vie du revêtement du four jusqu'à 12 à 24 mois.
Construction très efficace : une forte fluidité et une auto-fluidité permettent le pompage et le moulage, formant un revêtement monolithique et réduisant les fuites des joints. La faible conductivité thermique (environ 1-2 W/m·K) contribue aux économies d'énergie.
3 : Haute flexibilité : avec les commentaires corrects des utilisateurs, les formulations LCC peuvent être personnalisées en fonction de scénarios de fusion (par exemple, scories à haute teneur en impuretés dans la fusion d'aluminium secondaire) ou de la composition des scories (par exemple, scories à haute teneur en silice), comme l'ajustement du rapport de poudre en microns ou l'ajout d'agents anti-scories pour améliorer la compatibilité.
Inconvénients :
Le développement initial de la résistance dépend du processus de séchage et de frittage : une opération incorrecte peut entraîner des fissures ou une résistance insuffisante.
Coût plus élevé : les prix des matières premières et des additifs sont plus élevés que ceux des briques ordinaires, mais les coûts de maintenance à long terme sont réduits.
Dans les applications internationales, les alumineries européennes utilisent largement le LCC pour les revêtements de travail des fours à réverbère, combinant l'innovation pour réduire les émissions de carbone et la consommation d'énergie.
Différences et comparaisons entre les briques réfractaires et les réfractaires à faible-ciment (LCC)
Les principales différences entre les briques réfractaires et les LCC dans le revêtement de travail des fours de fusion d'aluminium résident dans leurs méthodes de moulage, leur adaptabilité des performances et leurs scénarios d'application. Les comparaisons suivantes sont effectuées à partir de plusieurs dimensions :
Moulage et construction :
Briques réfractaires : blocs préformés-, nécessitant une installation manuelle, entraînant une longue période de construction (plusieurs jours) et une tendance à développer des joints.
LCC : coulés sur place-, structure monolithique sans soudure, construction rapide (plusieurs heures), adaptés aux types de fours complexes.
Paramètres de performances :
- Résistance mécanique : les briques ont une résistance plus élevée (résistance à la compression > 50 MPa), mais les LCC conservent mieux leur résistance après un choc thermique.
- Résistance à la corrosion et propriétés de non--mouillage : les LCC sont supérieurs grâce à une optimisation additive, réduisant la pénétration de l'aluminium ; les briques dépendent du matériau de base et sont sujettes à la rupture au niveau des joints.
- Stabilité aux chocs thermiques : les LCC offrent une meilleure résistance en raison de leur faible porosité et de leur structure en micro-poudre, tandis que les briques sont plus sujettes à la fissuration.
- Conductivité thermique et économie d'énergie : les LCC ont une conductivité thermique plus faible, ce qui entraîne des économies d'énergie significatives.
Économie et durée de vie :
- Coût initial : les briques ont des coûts initiaux inférieurs mais nécessitent un entretien fréquent ; Le LCC a des coûts initiaux plus élevés mais une durée de vie plus longue et des coûts globaux inférieurs (le LCC présente des économies d'énergie de 20 à 30 %).
Dans les revêtements des fours de fusion d'aluminium, les bétons réfractaires à faible teneur en ciment présentent des performances globales supérieures à celles des briques réfractaires, en particulier en termes de résistance aux chocs thermiques, de résistance à la corrosion et d'efficacité de construction. Les observations des utilisateurs sont précises : la flexibilité du LCC permet d'optimiser la formulation en fonction de scénarios de fusion (par exemple, les gradients de température) et de la composition des scories (par exemple, la teneur en métaux alcalins), permettant ainsi une plus grande adaptabilité. Cependant, la sélection nécessite de prendre en compte la taille du four, le budget et les conditions de fonctionnement ; pour les petits fours ou les scénarios-sensibles aux coûts, les briques réfractaires présentent toujours des avantages. Il est conseillé aux entreprises de l'industrie de l'aluminium de donner la priorité au LCC pour une efficacité améliorée et de valider des formulations spécifiques par des tests en laboratoire. À l'avenir, avec le développement de nano-additifs, le LCC dominera l'industrie mondiale de la fusion de l'aluminium.
