Analyse de la concentration de chrome dans l’acier B500

La concentration de chrome acier B500 est cruciale pour la formation de nitrures, influençant ainsi la qualité des billettes. Cette étude analyse les propriétés chimiques et les processus de fabrication liés aux défauts de porosité dans les billettes d’acier produites par l’aciérie électrique AQS.

IV.4. Calcul de concentration minimale de Cr dans la formation de nitrures (B500)

La composition chimique de la nuance B500

Les éléments qui forment les nitrures ; (Cr, Al, Va). Lorsque la concentration de (Al, Va) est très faible la seule probabilité de formation des nitrures est celle des nitrures de Cr, on calcule la quantité minimale de Cr dans l’acier (B500) susceptible de former des nitrures.

La température de coulée T=1600°C =1873 K°.

Les nitrures de Cr ce forme comme ;

1) 2[Cr]+1/2(𝑁₂)=𝐶𝑟₂N……… (1) Données initiales ;

∆G°= -98320+47,07T=-98320+47,07*1873=-10157,89 2) ½ (𝑁₂)= [N]…… (2)

Données initiales ;

Log𝐾_𝑁= -850/T°-0,905=-850/1873-0,905=-1,358. 𝐾_𝑁 = 0,043

Les paramètres d’interaction sont les suivants (tableaux) ;

[img_1]

Source : URL

Les paramètres d’interaction de la réaction sont (1) ;

𝑒^𝐶 =0,13,𝑒^𝐶𝑟 =-0,047,𝑒^𝑀𝑜 =-0,011,𝑒^𝑀𝑛 =-0,02,𝑒^𝑆𝑖 =0,047

𝑁 𝑁 𝑁 𝑁 𝑁

La constante d’équilibre de la réaction (1) est ; K= 𝑎𝐶𝑟2𝑁

𝑎2 +√𝑃𝑁2

𝐶𝑟

D’ici K= ¹

[Cr]2×𝑓2 ∗√𝑃𝑁2

𝐶𝑟

d’où [Cr]=√ 1

𝐶𝑟 2

𝐾∗𝑓2 ∗√𝑃𝑁

Donc (𝒇_𝑪𝒓) est calculer comme ;

Log𝑓_𝐶𝑟 =𝑒^𝐶 [𝐶] + 𝑒^𝑆𝑖 [𝑆𝑖] + 𝑒^𝑀𝑜[𝑀𝑜] + 𝑒^𝑁 [𝑁]

𝐶𝑟 𝐶𝑟 𝐶𝑟 𝐶𝑟

Les points d’interaction ; 𝑒^𝐶 =-0,12,𝑒^𝑆𝑖 = -0,0043,𝑒^𝑀𝑜=0,0018,𝑒^𝑁 = -0,19

𝐶𝑟 𝐶𝑟 𝐶𝑟 𝐶𝑟

D’ici Log𝑓_𝐶𝑟 = (-0,12) *0,20+ (-0,0043) * 0,20+(0,0018) * 0.01+(-0,19) * 0,10

Log𝑓_𝐶𝑟 = -0,043842

𝑓_𝐶𝑟 = 0,9039 Donc (𝑓_𝐶𝑟 )² =0,817

D’après l’équation (2) on a 𝑲

= 𝒂𝑵

= [𝑵]𝒇𝑵 donc √𝑷𝑵

= [𝑵]𝒇𝑵 et 𝒇

est calculé comme ;

𝑵 √𝑷𝑵𝟐

√𝑷𝑵𝟐

𝟐 𝑲𝑵 𝑵

Log𝑓_𝑁=𝑒^𝐶[𝐶] + 𝑒^𝑆𝑖[𝑆𝑖] + 𝑒^𝑀𝑛[𝑀𝑛] + 𝑒^𝐶𝑟[𝐶𝑟] + 𝑒^𝑀𝑜[𝑀𝑜]

𝑁 𝑁 𝑁 𝑁 𝑁

Log𝑓_𝑁= (0,13*0,20) +(0,047*0,20) +(-0,02*0.66) +(-0,047*0.10) +(-0,011*0.01)

Log𝑓_𝑁= 0,01739

𝒇_𝑵

= 1,04, donc √𝑃𝑁₂

= 0.1∗1,04=2,418

0,043

∆G°=-2, 3.R.T.log.K, donc Log K=

∆G° =

−10157,89

=0,283, et K=1,921

−2,3R.T −2,3∗8,31∗1873

Pour [N]=0,1 et à partir ces résultats [Cr]= ¹ =0,51. [Cr]= 0,51

1,921∗0,817∗2,418

√

2)Pour [N]=0,12 ;

𝒇_𝑪𝒓 = 0,896 ,(𝒇_𝑪𝒓)² =0,806

√𝑃𝑁₂ = =2,902

D’ici [Cr] =0,47

3)Pour [N]=0,14 ;

f_Cr = 0,888 ,𝒇_𝑪𝒓² =0,788

√𝑃𝑁₂ = =3,38

D’ici [Cr] =0,44

Résultats globeux ;

Les concentrations de chrome minimales nécessaires à la formation de nitrures sont :

Conclusion ;

Les concentrations nécessaires de [Cr] pour la formation de nitrures centre en dessus de celle de la nuance B500 (max de 0.25%).et de ce fête l’azote dessous dans l’acier resté libre.

2 En guise de vérification, nous allons chercher quelle est la température de formation de nitrures de Chrome (à la concentration de la nuance B500). Pour cela on calcule la température de formation de nitrure de Cr s’il se forme, dans l’acier (B500).

IV.5 Calcul de la température de formation de nitrure de Cr l’acier (B500)

La réaction de formation de nitrures ;

2[Cr]+1/2(𝑁₂)=𝐶𝑟₂N… (1)

∆G°= -98320+47,07T.

Les paramètres d’interaction sont ;

𝑒^𝐶 =0,13,𝑒^𝐶𝑟 =-0,047,𝑒^𝑀𝑜 =-0,011,𝑒^𝑀𝑛 =-0,02,𝑒^𝑆𝑖 =0,047

𝑁 𝑁 𝑁 𝑁 𝑁

𝑒^𝐶 =-0,12,𝑒^𝑆𝑖 = -0,0043,𝑒^𝑀𝑜=0,0018,𝑒^𝑁 = -0,19

𝐶𝑟 𝐶𝑟 𝐶𝑟 𝐶𝑟

La constante d’équilibre de la réaction (1) est K= 𝑎𝐶𝑟2𝑁

𝑎2 +√𝑃𝑁

d’ici K= ¹

[Cr]2×𝑓2 ∗ [𝑁]∗𝑓𝑁

où ;

𝐶𝑟 2

Log K =-𝑙𝑜𝑔[Cr]² − 𝑙𝑜𝑔𝑓 2 − 𝑙𝑜𝑔[𝑁] − 𝑙𝑜𝑔𝑓

𝐶𝑟 𝑁

𝐶𝑟

∆G°

−98320+47,07T

−98320+47,07T 5142

Donc on a Log K= −

=

2,3R.T

−2,3R.T

= =

−2,3.8,314.T 𝑇

-2, 46… (2)

L’équation de Log𝒇_𝑵 et Log𝒇_𝑪𝒓 ;

Log𝑓

= (³²⁸⁰– 0.75) * Log𝑓

(1873) ……… (3)

𝑁

Log𝑓

𝑇

= 1873 ∗ 𝜏−𝑇

𝑁

∗ log𝑓

(1873) ……… (4)

𝐶𝑟 𝑇

𝜏 = 7000

𝜏−1873

𝐶𝑟

On calcule Log K ;

Log K =-𝑙𝑜𝑔[Cr]² − 2(Log𝑓𝐶𝑟) − 𝑙𝑜𝑔[𝑁] − 𝑙𝑜𝑔𝑓𝑁 (5)

On remplace (3) et (4) dans (5) et égalise on obtient (6),

5142-2,46=-𝑙𝑜𝑔[Cr]²-2(1873 ∗ 7000−𝑇

∗ log𝑓

(1873))-𝑙𝑜𝑔[𝑁] −((³²⁸⁰-0.75)*

𝑇

Log𝑓_𝑁(1873))… (6)

𝑇 7000−1873

𝐶𝑟 𝑇

À partir de laquelle on pout trouver la température de formation de nitrures

Application numérique ;

Calculer log𝑓_𝑁(1873) et 𝑙𝑜𝑔𝑓_𝐶𝑟(1873) ;

1. Pour [N]=0.05 ;

Log𝑓_𝑁(1873)=𝑒^𝐶[𝐶] + 𝑒^𝑆𝑖[𝑆𝑖] + 𝑒^𝑀𝑛[𝑀𝑛] + 𝑒^𝐶𝑟[𝐶𝑟] + 𝑒^𝑀𝑜[𝑀𝑜]

𝑁 𝑁 𝑁 𝑁 𝑁

Log𝑓_𝑁(1873)= (0,13*0,20) +(0,047*0,20) +(-0,02*0.66) +(-0,047*0.25) +(-0,011*0.01)

Log𝑓𝑁(1873) =0,01034. Donc 𝑓𝑁(1873) = 1,024

Log𝑓_{𝐶𝑟(1873)}=𝑒^𝐶 [𝐶] + 𝑒^𝑆𝑖 [𝑆𝑖] + 𝑒^𝑀𝑜[𝑀𝑜] + 𝑒^𝑁 [𝑁]

𝐶𝑟 𝐶𝑟 𝐶𝑟 𝐶𝑟

Log𝑓_{𝐶𝑟(1873)}= (-0,12) *0,20+ (-0,0043) * 0,20+(0,0018) * 0.01+(-0,19) * 0,05

Log𝑓𝐶𝑟(1873)=-0,034342. Donc 𝒇𝑪𝒓(1873) = 0,923

A partir ces résultats et l’équation (6) on obtient l’équation suivante ;

5142-2,46=-𝑙𝑜𝑔[0,25]²– 2(1873 ∗ 7000−𝑇

∗ (−0,034342)- 𝑙𝑜𝑔[0,05] −((³²⁸⁰– 0.75) *

𝑇

(0,01034)).

𝑇 7000−1873 𝑇

À la fin on obtient la température de formation de nitrures ;

D’ici T=1012,2 k, T=739,2° c

On répète l’opération pour différentes valeurs de [N] ;

2. Pour [N]=0.1

Log𝑓_𝑁(1873)=0,01034, Log𝑓_{𝐶𝑟1873)}= -0,043842

D’ici T=1053,16 k, T=780,16° c

3. Pour [N]=0,12

Log𝒇𝑵(1873) =0,01034, Log𝑓𝐶𝑟1873)= –0,0476

D’ici T=1083,17 k, T=810,17° c

4. Pour [N]=0,14

Log𝑓𝑁(1873)=0,01034, Log𝑓𝐶𝑟1873)=-0,0514

D’ici T=1095,92 k, T=822,92° c

5. Pour [N]=0,2

Log𝑓𝑁(1873)=0,01034, Log𝑓𝐶𝑟1873)=-0,0628

D’ici T=1123,78 k, T=850,78° c

6. Pour [N]=0,3

Log𝑓𝑁(1873) =0,01034, Log𝑓𝐶𝑟1873) =-0,0818

D’ici T=1151,94 k, T=878,95° c

On vérifie si K augmente ou diminue avec la diminution de la température ; Pour T= 739,2° c K=30902

Pour T= 780,16° c K=13489

Pour T= 810,17° c K=7585 Pour T= 822,92° c K=6025 Pour T= 850,78° c K=3801 Pour T= 878,95° c K=2398

Ainsi K augmente avec la diminution de la température, (la réaction se passe intensivement avec l’augmentation de K.

Résultats globeux

Les températures de formation de nitrures de Cr sont les suivant :

Ainsi les nitrures de chrome ne se forment pas dans l’acier liquide et donc l’azote dissous reste libre, et par conséquent susceptible de former des bulles.

Conclusion

Les calculs de la formation de nitrure ont montré l’impossibilité de cette formation .il est probable que l’apparition de porosité et le résultat de la présence de l’azote gazeuse.

CONCLUSION GENERALE

Conclusion générale

• La production d’acier B500 à partir de fer pré-réduit par la réduction directe via le procédé MIDREX qui s’appuyé sur le gaz naturel (monoxyde de carbone + hydrogène), nécessite après fusion dans un four à arc électrique, un affinage par ajout de ferroalliages pour obtenir l’acier désiré (fourchette bien définie des éléments Mn Si C …). L’ajout d’éléments complémentaires et le pourcentage de carbone joue un rôle très important dans les propriétés mécaniques de l’acier. L’acier est utilisé pour la coulée continue pour fabriquer des billettes. Des paramètres de coulée corrects (pulvérisation, hydraulique, inspection de précharge, taux de coulée), garantissent moins de défauts de produit.
• Cette étude a pour but de caractériser parmi certains défauts de billettes d’acier B500, le défaut de porosité,
• Le défaut de porosité des billettes est causé principalement par le soufflage d’azote

RECOMMANDATIONS

Afin d’éviter l’apparition de défauts de billettes tels que les porosités, il est recommandé ce qui suit :

• Eviter l’utilisation de l’azote pour le barbotage car ce n’est pas un gaz neutre,
• En cas d’utilisation forcée d’azote pour le barbotage, il est strictement recommandé de tenir compte du taux d’oxygène dans l’acier