Brevet FR2010172A1 — publié le 19700213

i 2010172 La présenta invention se rapporte aux procédés et aux appareils pour la mise sous la forme de boulettes ou de petites masses analogues les laitiers et scories de hauts-fourneaux et les matières analogues et concerne plus particulièrement les procédés et les ap-5 pareils de ce genre capables de produire à partir de ces matières des boulettes de forme généralement sphérique et à surface fermée* La manutention et l'évacuation de grandes quantités de laitier de hauts-fourneaux qui résultent de la production de fonte constitue un problème qui se pose en continu, et de grands travaux 10 de recherche ont été effectués pour mettre au point des procédés permettant de transformer les laitiers pour leur donner des formes commercialement utilisables* Suivant un de ces procédés qui a été utilisé sur une grande échelle jusqu'à présent, le laitier est rapidement refroidi en le déversant dans de grandes quantités d'eau 15 dans une fosse ouverte* La matière refroidie qui en résulte a les grosseurs les plus variables et une consistance qui va de celle d'une poudre à celle de morceaux assez gros} elle est généralement de nature poreuse et cassante. Le laitier refroidi qu'on retire de la fosse est soumis à une série d'opérations de tamisage et de 20 broyage, ce qui permet de le txier selon différentes grosseurs par-ticulaires uniformes. Les produits résultants peuvent être utilisés pour différentes applications qui dépendent notablement de leur grosseur particulaire, par exemple comme agrégat pour le béton ou comme constituant de blocs de héton. 25 Hais les procédés de ce type présentent cet inconvénient que le refroidissement rapide prévu tend à être la cause de la production de notables quantités de sous-produits gazeux qui s'échappent dans l'atmosphère* Se plus, les produits ainsi obtenus n'ont pas une qualité optimum en vue de leur utilisation comme agrégat ou com-30 me matière de charge ou de remplissage vis-à-vis du ciment en raison de leur résistance mécanique relativement faible et de leur forte porosité* D'autres matériaux analogues auxquels sont applicables ces procédés sont par exemple les laitiers d'aciéries qui résultent des 35 opérations de fabrication de l'acier et qui sont plus denses que les laitiers de hauts-fourneaux et contiennent en solution des quantités de fer non magnétique ou de laitier phosphaté. Les procédés sont également considérés comme étant applicables aux métaux liquides, en particulier à la fonte liquide qui doit être convertie pour 69 18303 2 2010172 prendre la forme de bouletteô, par exemple en vue de faciliter sa manutention ultérieure. Un but d e la présente invention est de fournir à l'industrie métallurgique tin nouveau procédé et un nouvel appareil pour mettre 5 sous la forme de boulettes ou de petites masses analogues le laitier de haut-fourneau et les matières analogues. l'invention prévoit un procédé pour la mise sous la forme de boulettes du laitier de hauts-fourneaux et les matières analogues consistant à utiliser un courant de matière liquide et caractérisé 10 par les opérations consistant à mélanger ce courant de matière liquide à de l'eau au moins pour amorcer leur action mutuelle, puis à projeter le mélange de matière et d'eau à travers l'air pour engendrer la formation de boulettes généralement sphériques auto-sup-portées. 15 L'appareil tel que le prévoit l'invention en vue de mettre sous la forme de boulettes du laitier de haut-fourneau ou une matière analogue est caractérisé par un premier dispositif permettant de produire un certain nombre de courants d'eau et de les diriger vers une zone commune à travers laquelle passe un courant de matière li-20 quide afin de mélanger cette matière et les courants d'eau,,et par un deuxième dispositif pour recevoir le mélange de matière et d'eau et le projeter à travers l'air afin d'assurer ou de faciliter la formation de boulettes généralement sphériques auto-supportées constituées par cette matière. 25 II est préférable que le mélange de matière et d'eau s'écoule en franchissant une surface déclive au cours de son passage depuis la zone commune précitée jusqu'au dispositif de projection, celui-ci pouvant comprendre un tambour rotatif entraîné par un moteur comportant des palettes projeteuses s'étendant radialement, ce tam-30 bour étant monté pour pouvoir tourner autour d'un axe de façon que le mélange se meuve radialement par rapport à lui vers la périphérie du tambour, les palettes radiales pouvant être approximativement concavesau point de vue de leur direction de mouvement. Diverses réalisations possibles de l'invention sont décrites 35 ci-après à titre d'exemples en regard du dessin schématique annexé dans lequel s- La fig. I est Une vue en coupe latérale par un plan mettant en évidence de façon générale l'appareil ainsi que le procédé que prévoit l'invention. 69 18303 3 2010172 La fig. 2 est une vue en perspective générale prise du dessus et d'un côté montrant l'appareil dessiné à plus grande échelle et avec plus de détails. Comme représenté par la fig. 1, dans la réalisation particu-5 lière dont il est question ici, le procédé est appliqué au façonnage sous la foxme de boulettes ou de petites masses analogues d'un laitier de haut-fouxneau et bb déroule au-dessus d*une fosse désignée dans son ensemble par 10, le laitier étant amené au bord de cette fosse par une poche de coulée 11 de type classique montée 10 de toute manière convenable sur un véhicule 12 en vue d'un déversement contrôlé par un opérateur, le déversement étant commandé de manière à produire un courant 13 de laitier qui soit aussi constant que possible au point de vue du volume d'écoulement entre le début et la fin de l'opération* Des précautions doivent être 15 prises avant de commencer l'opération pour donner la certitude que toute croûte surfaciale pouvant se former sur le contenu de la poche de coulée 11, soit rompue afin d'empêcher un afflux soudain de laitier en cas de rupture inopinée de cette crôûte et également d'empêcher l'arrivée de gros morceaux de laitier solides dans l'ap-20 pareil* Le courant de laitier 13 passe verticalement de haut en bas à travers un tuyau adducteur d'eau 14 de forme générale annulaire servant de monture et de système d'alimentation à plusieurs buses 15 dirigées vers l'intérieur par lesquelles jaillissent des oou-25 rants d'eau respectifs vers la zone centrale commune à travers laquelle passe le courant de laitier 13* Le nombre et la disposition des buses 15 sont calculés de telle sorte que les courants d'eau résultants tendent à se contrecarrer les uns les autres dans cette zone commune et que le courant de laitier ne soit pas inflé-30 ehi ou dévié hors de son trajet vertical* Les courants d'eau se mélangent et exercent une action mutuelle sur le laitier et à la température très élevée de celui-ci (le plus souvent 1370° à 1480°C environ) commencent à se vaporiser et à subir une dilatation et (ou) une désagrégation et un refroidis-35 sement. Le mélange de laitier et d'eau heurte une surface 16 présentant une pente inclinée vers le bas constituée par le plateau supérieur d'une enceinte creuse 17 à refroidissement par l'eau et s'écoule de haut en bas par-dessus cette plaque* Uh tuyau adducteur 18 disposé sur le bord supérieur de la surface 16 se vide de 69 18303 4 2010172 l'eau charriée par lui en passant à travers un certain nombre d'orifices espacés de la surface, cette quantité supplémentaire d'eau s'écoulant de haut en bas avec le mélange de laitier et d'eau et se mélangeant avec lui au cours de son passage de haut en bas. 5 Deux équipements parallèles 19 à. refroidissement par l'eau sont prévus de chaque côté de la surface 16 pour empêcher les éclaboussures latérales et (ou) une adhérence du laitier et pour diriger celui-ci vers un tambour rotatif actiohné par un moteur et qui est monté grâce à des paliers 21, son axe de rotation 22 10 étant horizontal et par conséquent en principe transversal à la direction du mouvement descendant du laitier. Le moteur assurant l'entraînement du tambour 20 qui est, de préférence, du type à vitesse variable n'est pas représenté iei; il est placé à une certaine distance d'un côté de l'appareil pour éviter les effets nui-15 Bibles possibles de la température, de l'humidité et des éclaboussures de laitier. Ce moteur est relié à l'axe 22 du tambour 20 par un arbre d'entraînement allongé 23. La périphérie du tambour 20 est munie de palettes s'étendant radialement désignées généralement par 24 et servant à projeter 20 ou à lancer la matière. Ces palettes 24 viennent agir sur le laitier qui se meut vers le bas et qui est mélangé à l'eau et lancent la matière à travers l'air par-dessus et jusque dans la fosse 10. Dans cette réalisation, ces palettes 24 sont constituées par des équerres ou cornières 25 soudées le long de leurs bords longi-25 tudinaux à la périphérie du tambour parallèlement à son axe, et comportent des éléments 26 s'étendant radialement soudés à leurs sommets, de telle sorte que les palettes 24 présentent une forme approximativement concave dans leur direction de mouvement, ce qui augmente leur efficacité et leur action sur la direction de pro-30 jection de la matière. L'intérieur du tambour 20 est alimenté en eau froide par un tuyau 27» afin d'empêcher toute surchauffe par transfert à partir du laitier fondu, l'eau s'échappant depuis ' l'intérieur du tambour par des orifices 28. En outre, des orifices d'écoulement 29 sont prévus depuis l'intérieur du tambour 20 35 jusqu'au côté inférieur des équerres 25, de telle sorte que les palettes 24 soient également refroidies dans toute la mesure du possible. Un organe supérieur ou couvercle rabattable 30 est prévu au—dessus du tambour 20 pour régler et limiter l'angle ascendant 69 18303 5 2010172 selon lequel la matière peut être projetée depuis la périphérie du tambour* Ce couvercle est refroidi par des courants d'eau qui arrivent suf sa surface supérieure par un tuyau adducteur approprié 31 monté sur son bord supérieur. Dans cette réalisation, l'eau de 5 refroidissement fournie aux enceinte et équipements 17 et 19 gagne ultérieurement le tuyau 14 en empruntant un raccord 32 et est utilisée au cours du processus, ce qui évite la nécessité de prévoir une évacuation séparée* Au cours de la mise en oeuvre du procédé tel que le prévoit 10 l'invention, la poche de coulée 11 qui a égé remplie de laitier en fusion provenant du haut-fourneau est de préférence déplacée aussi rapidement que possible vers l'appareil de transformation du laitier en boulettes, afin d'éviter ou de réduire la formation d'une croûte de refroidissement sur la surface du laitier. Comme 15 décrit dans ce qui précède, la poche de coulée 10 est commandée de façon à déverser un courant de laitier aussi uniforme que possible à travers l'appareil, tandis que le débit d'arrivée d'eau à celui-ci est maintenu raisonnablement constant (par exemple au moyen d'une bâ£he voisine) en assurant ainsi des conditions opéra-20 toires qui soient aussi constantes que possible* Au fur et à mesure que le eourant de laitier traverse la zone commune des buses 15» il est mélangé aux jets d'eau qui jaillissent par ces buses et s'écoule ensuite sur la surface 16. En raison de la température élevée du laitier, il se produit une réaction par volatilisation 25 immédiate au moment où l'eau et le laitier se mélangent, de sorte que le laitier subit une dilatation et se trouve à l'état pyroplastique désiré, au moment où. il vient en contact avec la périphérie du tambour rotatif 20* le débit d'écoulement du courant de laitier, la quantité d'eau 30 amenée dans ce courant, la vitesse périphérique du tambour 20, la forme des palettes de projection 24» et l'angle selon lequel le mélange est projeté à partir du tambour constituent des paramètres qui sont tous réglés de façon à obliger le laitier à demeurer dans l'air pendant un laps de temps et sur une distance suffisants pour 35 assurer son refroidissement et lui donner la forme de boulettes généralement sphériques auto-supportées capables de conserver leurs identités individuelles lorsque ces boulettes atteignent le sol. On conçoit que si une quantité d'eau insuffisante est fournie au courant de laitier ou si un mélange insuffisant se produit, la 69 18303 6 2010172 réaction des constituante et le refroidissement du courant ne seront pas suffisamment avancés au moment où. il vient en contact avec le tambour animé d'un mouvement de rotation et que du laitier liquide ou semi-liquide sera projeté dans l'air et se déposera sur 5 la matière contenue dans la fosse 10 dans laquelle il causera une coalescence de toutes les particules produites tout en constituant lui-même un produit relativement indésirable. Se môme, si une trop grande quantité d'eau arrive dans le courant de laitier le laitier qui se trouve dans la fosse va être exagérément refroi-10 diy ce qui se traduira par une structure interne affaiblie des particules de ce laitier» Si la vitesse du tambour 20 n'est pas suffisante, la matière ne se trouvera pas dans l'air pendant un laps de temps suffisant pour prendre une forme généralement sphérique et (ou) pour se re-15 froidir dans une mesure suffisante pour empêcher sa coalescence avec l'autre matière qui se trouve dans la fosse quand elle y arrive elle-même. Pour des vitesses trop élevées dans le cadre d'application du procédé ici décrit, il en résultera des boulettes ayant une grosseur inférieure à la moyenne désirable. 20 Suivant l'exemple de réalisation préféré, la poche de coulée 11 a une capacité d'environ 25 tonnes, et le laitier qui provient d'un processus de fabrication de fonte basique est déversé à une vitesse de 3/4 à 1 tonne et demie environ par minute. L'eau arrive aux buses 15 selon un débit compris entre 5600 et 9300 litres en-25 viron par minute, tandis que le tambour tourne à une vitesse capable de donner une vitesse périphérique aux extrémités des palettes représentant de 12 mètres à 16,50 mètres environ par seconde. Les recherches qui ont conduit à l'invention ont permis de constater que grâce à l'application du procédé tel que le prévoit 30 l'invention, au moins approximativement 70# du poids total du laitier qui a été versé à travers l'appareil sont transformés en boulettes généralement sphériques ayant une gamme de diamètres allant de 10 mm à 1,5 sm environ, la majorité des boulettes ayant un diamètre d'environ 6,25 mm. Ces recherches ont permis en outre de 35 constater que les particules produites tendent à avoir une surface fermée non poreuse relativement lisse à noyau plus poreux, de sorte qu'il a une tendance grandement réduite par comparaison avec les agrégats de laitier ressortissant à la technique antérieure à. l'absorption du ciment quand on l'utilise comme agrégat flaria 69 18303 7 2010172 les mélanges de ciment. C'est ainsi, par exemple, que dans un produit appartenant à la technique courante et résultant du refroidissement direct du laitier, on emploie 1350 kg d'agrégat de laitier avec 270 kg de ciment en -vue de la production d'une masse de béton 5 cohérente convenable, satisfaisant aux exigences courantes au point de vue résistance mécanique tandis qu'un produit constitué par des boulettés de laitier obtenu conformément à l'invention permet l'obtention d'un béton convenant aux mêmes applications mais doté d'une résistance mécanique approximativement 50# plus élevée. 10 D*autres particularités désirables de béton produit par utili sation de la nouvelle matière dont il est question ici sont sa meilleure aptitude au travail et sa résistance à l'état "vert", en combinaison avec le plus faible degré d'absorption d'eau du produit traité. 15 Bien que dans le procédé particulièrement décrit dans ce qui précède, le courant de laitier soit décrit comme résultant d'une inclinaison réglée, il peut également être produit en écoulement à travers un orifice pratiqué dans le côté de la poche de coulée, afin d'éviter que ne se posent les problèmes causés par la forma-20 tion de la croûte supérieure. D'autres moyens permettant d'obtenir un écoulement uniforme consistent, par exemple, à déverser la matière à travers une encoche pratiquée dans le pourtour de la poche de coulée ou à la déverser à travers un orifice pratiqué dans une plaque montée à la partie supérieure de cette poche. 25 On pourra vérifier que la quantité d'eau nécessaire pour assu rer la dilatation requise varie considérablement avec la constitution chimique de la matière* C'est ainsi, par exemple, qu'un laitier siliceux peut exiger beaucoup moins d'eau en vue de la formation de mousse que le laitier de nature basique dont il a été parlé 30 ci-avant* Bien que, dans la réalisation particulièrement décrite ici, un nombre de buses relativement grand soit prévu pour la production d'un nombre de jets d'eau correspondant et que ces buses puissent être disposées en cercle, d'autres dispositions sont concevables. 35 Dans l'hypothèse d'une matière n'exigeant qu'un minimum d'eau, une seule buse peut être suffisante, bien qu'il soit le plus souvent préférable de prévoir un minimum de deux buses capables de diriger leurs jets de liquides l'un vers l'autre* Suivant une autre réalisation préférée encore, la surface 16 69 18303 2010172 inclinée vers le bas est constituée par tua bloc de graphite solide ou d'une autre matière possédant un point de fusion de valeur correspondante afin d'éviter la possibilité que le courant de matière fondue qui descend ne subisse la fusion et ne fozme un trou dans 5 la masse. Un avantage particulier de l'invention c'est que le volume des émissions de gaz qui s'échappent hors du laitier est très considérablement réduit par rapport à ce qui est le cas avec les procédés à fosse connus pour la dilatation du laitier en ce sens que ces 10 émissions de gaz ne posent plus de problème significatif au point de vue pollution. Les modalités de mise en oeuvre du procédé et les détails de réalisation de l'appareil peuvent être modifiés, sans s'écarter de l'invention, dans le domaine des équivalences mécaniques » 69 18303 9 2010172 HE7BHDIOATIOHS 1 *- Procédé pour mettre sous la foime de boulettes ou de petites masses analogues un laitier de haut-fourneau ou une matière semblable par utilisation d'un courant de matière liquide consis-5 tant, à titre caractéristique, à mélanger ce courant de matière liquide et d'eau pour amorcer au moins partiellement leur action mutuelle, puis à projeter le mélange de matière et d'eau à travers l'air pour assurer la formation de boulettes sphériques auto-supportées. 10 2.- Procédé suivant la revendication 1, caractérisé en ce qu'on produit le courant de matière par déversement et en ce qu'on mélange ce eourant de matière avec de l'eau en dirigeant vers lui des veines d'eau* 3*- Procédé suivant la revendication 2, caractérisé en ce que 15 les courants de matière sont dirigés vers l'intérieur vers une zone commune que traverse le courant de matière dans une direction transversale aux directions des veines d'eau* 4*~ Procédé suivant l'use quelconque des revendications 1 à 3, caractérisé en ce qu'on provoque l'écoulement du mélange de matière 20 et d'eau sur une surface déclive avant de projeter le mélange à travers l'air. 5*- Procédé suivant la revendication 4S caractérisé en ce que cette surface déclive est refroidie extérieurement par l'eau qui s'écoule sur elle* 25 6*- Procédé suivant la revendication 5, caractérisé en ce que la surface déolive fait partie d'une enceinte à refroidissement par l'e&u* 7*- Procédé suivant les revendications 4 ou 5, caractérisé en ce que cette surface déclive est constituée par un bloc de carbone 30 ou graphite. 8.- Procédé suivant l'une quelconque des revendications 1 à 7, caractérisé en ce que le mélange de matière et d'eau est projeté à travers l'air grâce à son engagement avec la périphérie d'un tambour rotatif (20) actionné par un moteur et garni de palettes de 35 projection (24) s'étendant radialement, la direction de mouvement du mélange sur la périphérie du tambour étant généralement radiale par rapport à son axe. 9*- Procédé suivant la revendication 8, caractérisé en ce que les palettes (24) du tambour (20) s'étendant radialement sont 69 18303 2010172 approximativement concaves* dans leur direction de mouvement. 10.- Appareil pour mettre sous la forme de boulettes ou de petites masses analogues du laitier de haut-fourneau ou une matière semblable caractérisé par un premier dispositif pour produire au 5 moins un courant d'eau (simple ou multiple) et diriger ce courant à travers une zone commune que traverse le courant de matière pour assurer le mélange entre la matière et l'eau et par un deuxième dispositif recevant le mélange de matière et d'eau et le projetant à travers l'air pour assurer la formation de boulettes 10 sphériques auto-aupportées de cette matière. 11.- Appareil suivant la revendication 10, caractérisé en ce qu'il comprend mie surface déclive sur laquelle le mélange de matière et d'eau s'écoule vers le dispositif de projection. 12.- Appareil suivant la revendication 11, caractérisé par 15 un dispositif pour assurer l'écoulement de l'eau par-dessus cette surface en vue de son refroidissement externe. 13.- Appareil suivant la revendication 12, caractérisé en ce que la surface précitée fait partie d'une enceinte à refroidissement interne par l'eau. 20 14.- Appareil suivant la revendication 11 ou 12, caractérisé en ce que la surface déclive est constituée par un bloc de carbone ou graphite. 15.- Appareil suivant l'une quelconque des revendications 10 à 14, caractérisé en ce que le dispositif de projection précité 25 comprend un tambour rotatif (20) actionné par un moteur et pourvu de palettes de projection (24) s1étendant radialement, ce tambour étant monté pour pouvoir tourner autour d'un axe disposé de telle sorte que le sens d'écoulement du mélange vers la périphérie du tambour soit généralement radial par rapport à cet axe. 30 16.- Appareil suivant la revendication 15» caractérisé en ce que les palettes (24) s'étendant radialement sont approximativement concaves dans leur direction de mouvement. 17.- Appareil suivant la revendication 15 ou 16, caractérisé en ce que le tambour rotatif comporte un refroidissement interne 35 par l'eau. 18.- Appareil suivant l'une quelconque des revendications 10 à 17, caractérisé en ce que le débit d'écoulement de la matière dans le courant de celle-ci varie de 3/4 à 1 tonne et demie par minute, tandis que le débit de 1'écoulement de l'eau va de 5600 à 18303 11 2010172 9300 litres environ par minute. 19»- Appareil suivant l'une quelconque des revendications 15 à 17» caractérisé en ce que le tambour est entraîné en rotation de façon que sa vitesse périphérique représente de 12 mètres à 16 mètres, 50 environ par seconde*