Corindon : Informations techniques

Corindon : Informations techniques

Fiche technique du Corindon

PropriétésClassification chimiqueComposition chimique
dureté, abrasif, réfractaire, polissage et broyage Oxide Al2O3

Propriétés du corindon

La ténacité du corindon brun est plus élevée que celle du corindon blanc (on peut encore l'accentuer par un retraitement thermique). Il doit cette ténacité à sa teneur en oxyde de titane qui diminue la taille des cristaux.

L’alumine bêta est la phase d’impureté principale observée dans le corindon blanc et représente la partie du lingot à point de fusion le plus bas où la soude a migré. L'ajout de 2% d'oxyde de chrome, qui substitue Cr3+ à Al3+ dans la structure du corindon blanc, en augmente la ténacité. La volatilisation de la soude, à 2100°C, crée dans le corindon blanc une porosité parfois bénéfique.

En 1961, après 44 ans de gestation, sont apparues sur le marché les alumines - zircones (abrasifs AZ), obtenues par fusion d'un mélange de bauxite, zircon, coke, ferrailles et solidifiées par trempe.

Elles sont 5 fois plus tenaces que le corindon brun. En ce qui concerne la morphologie, les grains de corindon brun sont massifs (isométriques) alors que ceux de corindon blanc sont aigus et coupants. Pour une coupe granulométrique donnée, plus la densité apparente est élevée, plus les grains sont isométriques.

production corindon
phase du corindon

Les phases en présence dans la fabrication du corindon

Les phases solides sont constituées par le mélange des matières premières ainsi que par l’autogarnissage du four. Les matières premières surnagent et couvrent le corindon liquide permettant de réduire les pertes thermiques par rayonnement.

L’autogarnissage, élément primordial d’un four à arc, est constitué de deux phases :

  • La phase solide en équilibre thermique avec le corindon liquide, en cours d’élaboration, constitue les parois du creuset
  • Un composé contenant du carbure de titane, en équilibre chimique avec le ferrosilicium titanifère, constitue le fond du creuset.

Les phases liquides sont constituées par le corindon liquide, en cours de réduction au centre du four, et par le ferrosilicium titanifère, qui coalesce au fond du creuset en raison de sa densité. En effet, à l’issue d’un certain nombre de coulées de corindon "pur", il faut pratiquer une purge du ferrosilicium qui s’est accumulé au fond du creuset. Cette purge est réalisée par basculement complet du creuset.

La réaction du carbone avec certains oxydes tels CO et SiO entraîne la formation de phases gazeuses.

 

Les équilibres du corindon

Pour des raisons liées au procédé et à la sécurité, l'équilibre thermodynamique est capital. La réduction partielle des principaux oxydes, accompagnant l’alumine, conduit à la production d’un ferrosilicium titanifère.

Après solidification, il doit pouvoir être séparé magnétiquement s’il est inclus dans le corindon. La teneur en silice du ferrosilicium doit être comprise entre 13% et 21% afin de conjuguer une bonne broyabilité et des propriétés ferromagnétiques. D'autre part, une trop forte quantité de Ti entraîne la précipitation de TiC sur la sole, ce qui a pour conséquence de réduire la profondeur utile du creuset.

A contrario, si la teneur en Ti est inférieure à celle que demande l’équilibre thermodynamique des réactifs en présence, il y aura dissolution du TiC de la sole dans le ferrosilicium liquide pouvant se traduire par le perçage du creuset puis la fusion de la cuve en acier.

Le seuil d’équilibre en titane dépend du titre en TiO2 visé dans le corindon brun à produire et de sa teneur induite dans le ferrosilicium pour que celui-ci soit en équilibre thermodynamique avec la sole du fond de creuset. Si la chimie régit l’équilibre de la sole en fond de creuset, les parois verticales de l’autogarnissage sont quant à elles tributaires d’un équilibre thermique, à une température supérieure à 2000°C.

Pour assurer la sécurité et la stabilité du four, il faut maintenir une épaisseur d’auto-garnissage de l’ordre de 30 à 50 cm tout en maîtrisant le gradient de température entre le centre, zone ou se trouve le corindon liquide, et la paroi externe de la cuve métallique, refroidie par un ruissellement permanent d’eau.

L’équilibre thermique global est basé sur l’adaptation du débit d’enfournement de la charge à la capacité de fusion du four (puissance électrique injectée), de telle sorte que le liquide soit couvert afin de réduire les pertes par rayonnement.