Le carbure de silicium noir de qualité métallurgique est un matériau synthétique produit dans des fours à résistance électrique à des températures supérieures à 2 200 °C. Ses principales matières premières sont le sable de silice (SiO₂) de haute qualité et le coke de pétrole (C). Il se caractérise par sa couleur noire ou bleu-noir foncé, son éclat métallique et sa pureté inférieure (généralement autour de 98,5 % de SiC) à celle de son homologue, le carbure de silicium vert (plus pur, > 99 % de SiC, et utilisé pour le meulage de précision et les semi-conducteurs).
Propriétés clés
Les propriétés qui le rendent indispensable dans la métallurgie et d’autres industries comprennent :
Résistance à haute température : conserve sa structure et sa résistance à des températures très élevées.
Excellentes propriétés thermodynamiques :
Forte réductibilité : à haute température, il abandonne facilement son carbone et son silicium pour réagir avec l’oxygène et d’autres éléments.
Réaction exothermique : Ses réactions d’oxydation libèrent une quantité importante de chaleur.
Conductivité thermique élevée : transfère efficacement la chaleur.
Bonne abrasivité : bien qu’il ne soit pas aussi dur que le SiC vert, il est toujours plus dur que la plupart des métaux et de nombreux minéraux.
Inertie chimique : Résiste aux attaques des acides, des scories et des métaux en fusion.
Principales applications et fonctions
Les applications du SiC de qualité métallurgique reposent presque entièrement sur son rôle de puissant réducteur à haute température, d’agent d’alliage et d’additif permettant d’économiser l’énergie.
1. Fabrication de l’acier (application la plus importante)
Dans les fours à arc électrique (FAE), les fours à poche et les fonderies, il est utilisé comme additif multifonctionnel :
Désoxydant : Plus efficace que le ferrosilicium traditionnel, il élimine efficacement l’oxygène de l’acier en fusion, améliorant ainsi sa propreté et ses propriétés mécaniques.
Réaction:
SiC + O₂ → SiO₂ + CO
Recarburateur : C’est une excellente source de carbone pour ajuster la teneur finale en carbone de l’acier à la spécification souhaitée.
Économie d’énergie (agent chauffant) : L’oxydation du SiC est hautement exothermique. Son ajout au four ou à la poche de coulée contribue à élever la température du métal en fusion, réduisant ainsi l’apport d’énergie électrique nécessaire et les temps de coulée.
Agent d’alliage : il ajoute simultanément du silicium et du carbone à la masse fondue, ajustant ainsi la composition chimique.
2. Fonderie de fonte
Dans les cubilots et les fours à induction pour la production de fonte :
Inoculant/Préconditionneur : L’ajout de SiC à la fonte en fusion (un procédé souvent appelé « préconditionnement de la fonte ») favorise la formation de paillettes ou de nodules de graphite (dans la fonte ductile). Ceci :
Empêche le refroidissement : réduit la formation de cémentite dure et cassante (carbure de fer), empêchant ainsi les bords « refroidis » qui ne sont pas usinables.
Améliore la microstructure : produit une structure de graphite plus uniforme et plus raffinée.
Améliore les propriétés : Augmente la résistance à la traction, la dureté et la conductivité thermique du produit final en fonte.
3. Production de ferroalliages
Il sert d’agent réducteur dans les fours à arc submergé utilisés pour produire divers ferroalliages :
Silicium Métal et Ferrosilicium : Dans ces procédés, le SiC est un produit intermédiaire qui joue un rôle crucial dans la réduction de la silice en silicium.
Autres alliages : Il peut également être utilisé dans la production de silicomanganèse et d’autres alliages complexes.
4. Additifs réfractaires
Bien qu’il ne soit pas l’ingrédient principal, le SiC métallurgique concassé est souvent ajouté aux réfractaires MgO-C (magnésie-carbone) et Al₂O₃-SiC-C (alumine-carbure de silicium-carbone) utilisés pour le revêtement des fours et des poches de coulée de l’acier. Ses avantages incluent :
Résistance accrue aux scories : améliore la capacité du réfractaire à résister aux scories corrosives.
Résistance améliorée aux chocs thermiques : aide la brique à résister aux changements rapides de température sans se fissurer.
Résistance améliorée aux hautes températures.
5. Autres applications
Abrasifs : Pour la fabrication d’outils de meulage agglomérés (comme les meules) et d’abrasifs appliqués lorsqu’une pureté extrêmement élevée n’est pas requise. Il est également utilisé pour le décapage par projection et le rodage.
Métallurgie non ferreuse : utilisé comme réducteur dans la fusion de certains métaux non ferreux.