Obtention de granulats stables de laitier d'aciérie de conversion LD pour une utilisation en technique routière : étude appliquée au site d'ArcelorMittal Dunkerque

Obtaining stable LD converter steel slags for using them in road construction : applied study to ArcelorMittal Dunkirk steelmaking plant

• Auteur / Autrice : Julien Waligora
• Direction : Denis Damidot, Jean-Luc Potdevin
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Géosciences
• Date : Soutenance le 27/11/2008
• Etablissement(s) : Lille 1
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale Sciences de la matière, du rayonnement et de l'environnement (Villeneuve d'Ascq, Nord)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Géosystèmes

Mots clés

Mots clés contrôlés

Acier -- Métallurgie -- Procédés à l'oxygène

Produits de remplacement

Routes -- Matériaux

Chaux

Stabilité

Granulats

Composition chimique

Laitiers (métallurgie)

Mots clés libres

Teneur en chaux

Résumé

Les laitiers d'aciérie de conversion LD sont des co-produits industriels résultant de l'élaboration d'acier en convertisseur à oxygène suivant le procédé Linz-Donawitz. En raison d'un important potentiel d'instabilité, attribué à la chaux et la magnésie vive qu'ils contiennent, ils sont très peu utilisés en technique routière. Ces travaux de thèse, portant sur les laitiers LD produits sur le site d'ArcelorMittal Dunkerque, avaient deux objectifs principaux: (i) identifier les phases minérales mises en cause dans leur instabilité et comprendre les mécanismes qui conduisent aux désordres dimensionnels, (ii) parvenir à isoler sur site industrielles coulées de laitier qui sont suffisamment stables pour une utilisation en technique routière. Il a été montré, par le biais de caractérisations chimique et minéralogique très fines, que ces laitiers contiennent des silicates calciques (essentiellement du silicate bicalcique et très ponctuellement du silicate tricalcique), des ferrites de calcium, des oxydes de fer et deux formes de chaux vive: des nodules et des micro-inclusions. Il a également été établi qu'en l'absence de magnésie vive, la chaux vive est la seule phase minérale à l'origine des désordres dimensionnels et que sa répartition dans les granulats (nodules, micro-inclusions) a une incidence majeure sur leur instabilité. Il semble d'autre part possible, en sélectionnant les coulées de laitier selon des critères précis sur site industriel, de produire des granulats utilisables en enrobé, en couches de base et de fondation ou en enduit superficiel. Ces travaux ouvrent par conséquent de nouvelles perspectives de valorisation des laitiers d'aciérie de conversion LD.

LD converter steel slags are industrial by-products resulting from Linz-Donawitz steelmaking process in oxygen converters. Due to a dimensional instability, attributed to lime and magnesia contained into slag grains, they are not much valuated in road construction. The aim of this PhD thesis, concerning LD steel slags coming from ArcelorMittal Dunkirk steelmaking plant, was : (i) identify the minerai phases responsible for their instability and understand the mechanisms leading to dimensional damages, (ii) isolate into the steelmaking plant the slag outflows that are sufficiently stable for an use in road construction. Carefully chemical and mineralogical characterisations of these slags showed that they contain calcium silicates (essentially dicalcium silicate and punctually tricalcium silicate), calcium ferrites, iron oxides and two forms of lime: sorne nodules and sorne micro-inclusions. It was also established that without the presence of magnesia, lime is the only phase responsible for dimensional damages and that its distribution into slag grains (nodules, micro-inclusions) has a major influence on their stability. Moreover, taking account of certain industrial parameters, it is expected to produce stable slag grains and to incorporate them into wearing course, roadbase, base course or surface dressing. This work finally provides a new way for valuating LD converter steel slags.