Etude des propriétés thermomécaniques de divers réfractaires

par Hugues Lemaistre

Thèse de doctorat en Génie des matériaux

Sous la direction de Gilbert Fantozzi.

Soutenue en 1998

à Lyon, INSA , dans le cadre de Ecole Doctorale Matériaux de Lyon (Villeurbanne) , en partenariat avec GEMPPM - Groupe d’Etudes de Métallurgie Physique et de Physique des Matériaux (Lyon, INSA) (laboratoire) .

Le jury était composé de Gilbert Fantozzi.

mots clés

• Béton
• Métaux réfractaires
• Contraintes thermiques

Résumé

Les centrale à lit fluidisé circulant (notés centrales L. F. C. ) permettent de brûler différents types de matériaux (charbon. Tourbe schiste bitumeux. . . ) avec un très bon rendement tout en respectant les normes de pollution. Par contre cette technologie gui met en œuvre des masses importantes de particules en mouvement à grande vitesse et à température élevée (850- 1 000°C est très agressive vis-à-vis de matériaux réfractaires utilisés en grande quantité dans ce type d'i installation. Le but de ce cette étude est d'analyser les caractéristiques thermomécaniques de différents réfractaires susceptibles d'être utilisés dans ces centrales. Ces matériaux ont été testés en flexion 4 points et en compression à température ambiante et à haute température. La résistance à la propagation de fissure de ces différents réfractaires a aussi été étudiés sur des éprouvette entaillées de type SENB et ceci à température ambiante et à haute température. Ces caractéristiques thermomécanique seront utilisées pour définir une loi de comportement et un critère d'endommagement par matériau afin de réaliser une modélisation des contraintes thermomécaniques au sein du matériau. Le choc thermique étant la principale cause de dégradation des réfractaires dans une centrale L. F. C, d' essais de choc thermique ont aussi été réalisés pour comparer ta résistance des différents réfractaires. L'analyse du comportement au choc thermique requérant une évaluation des champs de température et de contrainte dans les briques, une modélisation de l'essai à été réalisé, en utilisant les lois de comportement mise au point.

Titre traduit

Thermomechanical behavior of cement based refractories thermal heat powerzeng

Résumé

Advanced power plants like Pressurized Fluidized Bed Combustion (PFBC) present the twofold advantages of allowing the combustion of low grade materials and the adhesion to recent environmental regulation for dust and gas emission. The refractories of such combustion chamber are submitted to erosion and thermal stresses. The purpose of the present work was to analyze the mechanical behavior of different refractories for these applications. Materials were tested in four point bending and in compression up to 900°C. A general behavior was observed for the different materials studied. An elastic part followed by a linear behavior with increasing damage and hysteresis. Various extents of the respective parts were however observed for the different materials. Also different evolutions with temperature were noticed. The crack propagation was also investigated at room and high temperatures by the SENB method and rising resistance with crack length were observed. As thermal shock is the main cause of refracatories degradation in PFBC, thermal shock tries and modelisation has also been made to compare the different refractories' resistance.