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Réfractaires : des produits stratégiques trop peu connus

Date de publication
26 janvier 2018
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Sans réfractaires, pas de sidérurgie, pas d’industrie cimentière, ni de cuivre, ni de verre : le savoir-faire wallon dans ce secteur de niche est reconnu.

Sandra Abdelouhab, expert en réfractaires depuis 2008 et Pascal Pilate, expert en réfractaires depuis plus de 20 ans, sont des spécialistes de la question au sein des instituts INISMa-CRIBC (Mons). Dans ce domaine stratégique pour l’Europe – si nous ne produisons plus de réfractaires, nous dépendrons totalement de la concurrence extra-européenne qui pourrait paralyser notre production d’acier si elle décrétait un embargo – l’expertise de ces centres de recherche couvre l’ensemble du cycle de vie. Elle s’étend de la connaissance des matières premières jusqu’au recyclage après utilisation. Elle englobe la plupart des applications dans les principaux domaines d’utilisation : la sidérurgie, la verrerie, la cimenterie,…

Une journée thématique sur les bétons réfractaires

Ces centres montois qui entretiennent des relations suivies avec les spécialistes allemands, français et britanniques du domaine accueillent ce 1er février 2018 une journée thématique sur le thème : « Les bétons réfractaires : de la Formulation à la Mise en Œuvre, Relations Perméabilité – Séchage –comportement en service ». La journée est déjà sold-out.

Les 55 participants viennent principalement de France et de Belgique, et de différents horizons : académique (universités et grandes écoles), collectif (centres de recherche) et industriel (fabricants et utilisateurs).

Une journée organisée à l’initiative du professeur Jacques Poirier (POLYTECH Orléans), le président de la Commission mixte GFC-SF2M : Matériaux Céramiques Réfractaires. Dans ce cadre, approximativement tous les un an et demi à deux ans, il organise une journée thématique qui permet de faire un état de l’art sur les récentes avancées scientifiques et techniques dans ce domaine. Et, surtout, de favoriser les échanges d’expériences entre fabricants, utilisateurs et chercheurs.

Réfractaires: le contexte

L’utilisation des bétons réfractaires s’est fortement accrue depuis 30 ans. De nos jours, leur production est supérieure à celle des façonnés (les briques réfractaires). Leurs formulations sont devenues très complexes et leurs utilisations concernent des domaines très variés.

Cette journée a pour objectif de faire un état de l’art sur les récentes avancées scientifiques et techniques, concernant la formulation, la maturation et les propriétés d’emploi des bétons. Elle favorisera les échanges entre les différents acteurs du domaine.

La problématique du séchage, les techniques de laboratoire permettant de l’étudier et éventuellement de le modéliser seront aussi abordées.

Les limites actuelles et les besoins futurs (propriétés d’emploi des bétons et mise en œuvre) seront discutés pour identifier les axes de recherche et les développements prometteurs dans les années à venir.

Des aciers innovants de très grande qualité

Capture aciers spéciauxLe marché de la production d’acier et de métal (qui représente 70% de la demande de réfractaires, contre 7% pour le ciment et la chaux, 5% pour les céramiques, 5% pour les non ferreux, 4% pour la chimie, 4% pour le verre) est plus que jamais demandeur d’aciers nouveaux et de haute qualité.

On continue bien sûr à produire de l’acier en Europe : le continent est le second producteur mondial avec 10 % du marché (170 millions de tonnes par an). Pour maintenir son marché et se différencier de la concurrence chinoise, l’Europe s’est investie dans la production d’aciers spéciaux et de très grandes qualités.

Mais pour produire ces matériaux très techniques, les industriels font face à de vrais défis : une production réalisée dans des conditions extrêmes, des temps d’arrêt minimum et des exigences de qualité très élevées. « Pour obtenir ces aciers de très grandes qualités, expliquent Sandra Abdelouhab et Pascal Pilate, il faut développer des réfractaires qui eux-mêmes doivent être de très grandes qualités. Dans plus de 60% des cas, il s’agit de bétons réfractaires coulés ou projetés.

Ces bétons doivent être capables de résister à des sollicitations multiples et couplées :

  • température de service élevée (de 1500°C à 1800°C localement dans certains réacteurs) ;
  • environnements très corrosifs ;
  • contraintes mécaniques multiples.

 

Réfractaires: optimisation de la composition du mélange

L’objectif étant aussi de disposer de matériaux à durée de vie accrue, les arrêts de production trop récurrents grèvent la rentabilité du site de production.

Pour y arriver, la recherche et le développement est principalement axée sur l’optimisation de la composition du mélange.

La tendance actuelle est de diminuer la teneur en ciment contenue dans ces bétons réfractaires, laquelle entraîne une diminution de la teneur en eau de gâchage. Elle est de l’ordre de 15 à 20% d’eau pour un béton « génie civil » contre quelques % (entre 3 et 5%) pour certains bétons réfractaires dernières générations.

On peut ainsi diminuer la porosité du réfractaire et améliorer sa résistance mécanique et sa résistance à la corrosion.

Cela implique évidemment des efforts particuliers:

  • dans l’optimisation de la distribution granulométrique du mélange,
  • sur la formulation de la composition avec l’introduction de nouvelles matières.

Des gains de qualité, de durabilité et environnementaux

RéfractairesMais ces efforts en R&D n’entrainent pas seulement des gains en termes de qualité et durabilité des matériaux. Ils contribuent également à une diminution de la consommation de matières premières fossiles et de la production de déchets.

L’équipe des experts en réfractaires des instituts INISMa-CRIBC ne se limite d’ailleurs pas à accroitre ses efforts en termes de R&D. Elle soutient également les industriels actifs dans ce domaine par des formations et des séminaires pour une meilleure connaissance des bonnes pratique:

  • de production,
  • de mise en œuvre,
  • de contrôle.

 

L’équipe réalise également des séries de tests :

  • caractérisation de la maturation des bétons (temps de mise en œuvre, temps de décoffrage) ;
  • caractérisation du séchage du béton ;
  • caractérisation de la résistance mécanique et à la corrosion.

 

Un soutien pour l’écosystème wallon

Les deux centres proposent un soutien technologique pour l’écosystème wallon du réfractaire composé d’entreprises telles que Fusiref (Bernissart), Engetil (Fleurus), Réfractaires et travaux (Bousval), Belref (Saint-Ghislain) ou encore New Sokao (Beauraing), ECTP (Anhée) et Vesuvius (Ghlin).

Poussée par les exigences et les besoins sans cesse croissants des industries utilisatrices, la tendance vers le développement de réfractaires plus performants et à plus forte valeur ajoutée est une tendance lourde. Les instituts INISMa-CRIBC y travaillent dans le cadre de projets Prénormatifs, Cornet, FEDER et CWALITY, notamment. Ces recherches abordent des thématiques telles que l’optimisation de la composition, le comportement au séchage, la prise et la maturation, les comportements thermomécaniques et thermochimiques.

 

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