Comportement thermomécanique de bétons réfractaires alumineux contenant du spinelle de magnésium

par Fabien Simonin

Thèse de doctorat en Génie des matériaux

Sous la direction de Christian Olagnon.


  • Résumé

    L'Etude porte sur le comportement thermomécanique de bétons réfractaires alumineux contenant du spinelle de magnésium, synthétique ou formé in-situ à partir de magnésie. Ces matériaux occupent une place prépondérante dans le garnissage réfractaire des poches de traitement secondaire de l'acier. Nous avons cherché à relier le comportement thermomécanique aux évolutions microstructurales et minéralogiques, dans la gamme de température 20 °C-1600 °C. Les moyens de caractérisation mécanique des matériaux réfractaires étant relativement peu développés, nous proposons des méthodes plus appropriées pour ce type de matériau fortement non linéaire, dont les propriétés sont dominées par son caractère hétérogène et par la présence de nombreux défauts (pores, microfissures. . . ). Le matériau présente un comportement thermomécanique relativement complexe, qui de manière simplifiée, peut être divisé en deux grandes tendances : élastique et endommageable à basse température (jusqu'à 1000 °C) puis visco-plastique à haute température. A basse température, des essais originaux de traction uniaxiale avec enregistrement de l'émission acoustique ont permis de souligner le comportement non linéaire quasi-fragile du matériau. L'endommagement est d'abord caractérisé par un endommagement diffus puis localisé menant à la formation d'une macrofissure. Nous avons montré que les modèles classiques de comportement utilisé pour ce type de matériau étaient relativement éloignés de la réalité. Le phénomène de localisation a été étudié en terme de résistance à la propagation de fissure. Les essais mécaniques à haute température ont montré qu'une simple valeur de contrainte à rupture, préconisée par les normes, n'est pas un critère adéquat pour ces matériaux. En effet, d'importants phénomènes visco-plastiques apparaissent à haute température. Le comportement est dominé par la présence d'une phase vitreuse qui permet des déformations importantes et un fluage conséquent.

  • Titre traduit

    = Thermomechanical behaviour of aluminous refractory concretes containing magnesium spinel


  • Résumé

    The study deals with the thermo-mechanical behaviour of aluminous refractory concretes containing magnesium spinel, synthetic or formed in-situ from the reaction between magnesia and alumina. These materials play a role of major importance in the steel treatment processes. We tried to rely the thermo-mechanical behaviour to the micro-structural and mineralogical properties, in the range 20°C-1600°C. Because of the low development of mechanical characterisation methods for refractories, we had to find more suitable ones. The heterogeneous character of the materials and the presence of many defaults (pores, microcracks. . . ) have a great influence on properties. The concrete presents a complex thermomechanical behaviour that can be simplified and separated in two ways: at low temperatures (until 1000°C), elastic and damage behaviour, and at high temperature, visco-plastic. At low temperatures, original pure tensile tests have been conducted with recording of the acoustic emission. The material presents a non Iinear quasi-brittle behaviour, characterised by a damage firstly diffuse and then localised, which finally leads to the formation of a macrocrack. We showed that classical damage behaviour models used for these materials were very far from the real behaviour. The localized damage has been studied in terms of resistance to crack propagation. Mechanical tests at high temperature have shown that a single value of modulus of rupture, recommended by norms, is not an adequate criteria for these materials. Indeed, important visco-plastic phenomena appear at higher temperature, due to the presence of a vitreous phase. This leads to great deformations and consequent creep.

Consulter en bibliothèque

La version de soutenance existe sous forme papier

Informations

  • Détails : 1 vol. (166 p.)
  • Notes : Publication autorisée par le jury
  • Annexes : Bibliogr. p. 149-158. Autre bibliogr. p. 163-166

Où se trouve cette thèse ?

  • Bibliothèque : Institut national des sciences appliquées (Villeurbanne, Rhône). Service Commun de la Documentation Doc'INSA.
  • Disponible pour le PEB
  • Cote : C.83(2398)
Voir dans le Sudoc, catalogue collectif des bibliothèques de l'enseignement supérieur et de la recherche.