Brevet FR2021991A1 — publié le 19700724

La présente invention a pour objet un procédé et un dispositif de granulation de laitier de haut fourneau servant à la production de laitier granulé à pouvoir hydraulique amélioré. En géotechnique routieresil est devenu courant d'utiliser en Errance le coefficient alpha (q) pour apprécier l'hydraulicité du laitier granulé mis en oeuvre pour la préparation de mélangesgmrter-laitier et sable-laitier. Etant donné que le phénomène de prise du laitier granulé peut dtre considéré comme un phénomène superficiel9 on s'est servi de la surface spécifique des fines naturellement contenues dans le laitier granulé, c'està-dire des fines pouvant réagir rapidement ainsi que du pourcentage de fines obtenu après broyage sous des conditions bien définies, c'est-à-dire de la friabilité du granulé, pour établir la corrélation empirique suivante s coefficient ou = S x P 1Q) où S = surface spécifique Blaine des fines naturelles (filler) inférieures à 80 microns ,exprimée en cm2/g et déterminée d'après la norme française NF - P 15 - 442 de mars 1967 et P = pourcentage de fines inférieures à 80 obtenues par l'essai de la friabilité consistant dans un broyage sous des conditions bien définies. Le coefficientsC se trouve en excellente corrélation avec la résistance mécanique à la compression et en voie de conséquence avec le pouvoir hydraulique du laitier granulé. La granulation des laitiers de haut fourneau peut Entre effectuée suivant divers procédés connus, dont le procédé de granulation en pot. Dans ce procédé, le laitier liquide est déversé en filet dans un pot dont les parois latérales sont munies d'un certain nombre d'orifices d'injection d'eau. Les jets d'eau frappant obliquement le filet de laitier liquide provoquent sa désagrégation ainsi que la vitrification des granules formés. Un courant d'eau dans la partie inférieure du pot assure l'évacuation du granulat produit.Les conditions de granulation réalisées dans de telles installations ne permettent pas de réaliser un laitier granulé dont le coefficient ot soit systématiquement supérieur à e@@@ron 40, c'est-à-dire que le pouvoir hydraulique des produits ainsi obtenus est en général assez médiocre. En conséquence, la présente inventera a pour objet un procédé de granulation mis en oeuvre dans un pot de granulation amélioré, les conditions étant choisies de telle sorte que l'on obtienne un laitier granulé ayant un coefficient &alpha; systématiquement supérieur à 40, et s'approchant de 100, la moyenne générale étant comprise entre 50 et 70. A cet effet, l'invention concerne un procédé de granulation de laitier de haut fourneau en pot de granulation avec obtention d'un laitier granulé à pouvoir hydraulique et à coefficient 0! élevés, caractérisé en ce qu'on injecte l'eau de granulation sous une pression supérieure à 4 kg/cm, la pression préférée étant d'environ 10 kg/cm2 et que l'on utilise comme eau de granulation une eau recyclée non refrodie, dont la température est supérieure à 70 C etoet de préférence comprise entre 85 et 950. L'invention concerne également un dispositif de pot de granulation pour l'exécution du procédé, caractérisé en ce que le nombre d'orifices d'injection d'eau ainsi que la surface totale de ces orifices sont choisis en fonction de la pression adoptée, supérieure à 4 kg/cm22 pour un débit désiré. Des essais préliminaires avaient confirmé que 1' inci- dence de divers facteurs, comme la pression du jet d'eau ainsi que la température de l'eau de granulation, sur les valeurs du coefficient ol est tout-à-fait primordiale. Avant la présente invention,il était connu qu'une augmentation de la température de l'eau de granulation de 15 à 600C entratnait invariablement une dégradation correspondante de la valeur du coefficient &alpha; du granulat obtenu. En conséquence, on a jusqu'ici attribué une grande importance à un refroidissement efficace de l'eau de granulation, de façon à pouvoir granuler avec une eau dont la température ne dépasse pas environ 400C. Or des essais systématiques viennent de démontrer que le coefficient , qui présente un minimum pour une température de l'ordre de 60 à 700 C, augmente de nouveau si la température de l'eau de granulation dépasse 700 C. Tous les autres paramètres étant tenus constants, le coefficient o d'un granulat obtenu axec une eau de granulation de 85 - 950 C est égal à celui obtenu lors de la granulation avec une eau à température inférieure à 40G C.A partir de cette constatation, le circuit de refroidissement a été débranché et la granulation réalisée à l'aide d'une eau de granulation recyclée dont la température était comprise entre 85 et 95 C. S'il est vrai que les valeurs d'&alpha; du granulat obtenu dans ces conditions n'étaient pas sensiblement supérieures à celles d'un granulat obtenu avec une eau à température inférieure à 400 C, c'est--dire environ 40 un pas important avait cependant été franchi vers un procédé de granulation beaucoup plus économique. En effet, comme il est possible de travailler en circuit fermé tous les circuits et bassins destinés au refroidissement de l'eau de granulation deviennent superflus.Ceci permet de réaliser une économie appréciable sur les frais d'installation, d'entretien et de nettoyage des installations. En outre, contrairement à la pratique en usage jusqu' ici, la pression de l'eau de granulation a été augmentée au delà de 4 kg/cm2 avec un optimum vers 10 kg/cm2. Cette pression peut être augmentée jusqu'à 15 kg/cm2 la limite supérieure étant dictée par des impératifs économiques.De cette'façon,les valeurs du coefficient og purent être--améliorées de façon spectaculaire0 Ainsî,pour une pression de l'eau de granulation de l'ordre de 8 kg/cm2,1a valeur moyenne du coefficient o & atteignait d'un coup 659-contre moins de 40 si la pression de l'eau de granulation est inférieure à 4 kg/cm2, et ceci nonobstant une température de laitier relativement basse. La configuration du pot de granulation, et plus spécialement le nombre d'ouvertures aménagées dans ses parois pour le passage de l'eau, ainsi que la surface totale de ces orifices, sont à choisir en fonction de la pression qu'on veut réaliser pour un certain débit d'eau de granulation; le débit total en eau étant de son ctté dicté par le volume de laitier qu'on désire granuler par unité de temps. Une autre caractéristique du pot de granulation réside dans le fait qu'il est divisé en deux parties séparément sslimentées en eau. Les deux arrosoirs peuvent titre reliés par une articulation quelconque destinée à absorber les tensions éventuelles dans le pot. Les orifices d'injection sont disposés en plusieurs rangées sur la paroi interne des- deux arrospirs du systènie de granulation. En effectuant la granulation avec une eau chaude on aurait pu s'attendre à ce que la vapeur d'eau formée en plus grande quantité enveloppe les grains de laitier et empoche une trempe brutale, ce qui aurait eu pour effet de favoriser la cristallisation plutôt que la vitrification. Or, des examens en laboratoire sur le granulat obtenu ont démontré qu'il n'en était rien.Ceci est imputable à la conception de l'installation et au choix judicieux des conditions de granulationo En effet 1-' eau de 85 - 950C, s'évaporant de façon quasi instantanée, le pouvoir de réfrigération de cette eau est du moins aussi bon que celui d'une eau de 400 C qui refroidit en grande partie par contacte Le refroidissement exclusif par évaporation est rendu efficace par la pression très élevée,qui favorise un contact intime entre le laitier et l'eau et semble empêcher la formation de l'enveloppe isolante mentionnée plus haut.Malgré l'emploi d'eau chaude le refroidissement en surface est donc tout aussi abrupt, refroidissement qui est complété dans le tourbillon d'eau et éventuellement dans la rigole d'évacuation, En outre, dans ces conditions ,les grains étant plus fins, l'échange de chaleur s'opère plus facilement malgré la mauvaise conductibilité thermique du laitier0 Le risque de cristallisation,en fin de refroidissement, est donc réduit au minimum.Le granulat obtenu est homogène tant du point de vue granuldmétrie que du point de vue vitrification, et le fuseau graflulométrique est déplacé vers les granulométries plus fines, ce qui ne manque pas d'avoir une incidence avantageuse sur la valeur du coefficient Il est à noter qu'au lieu de réaliser la granulation du laitier de haut fourneau avec une eau d'une température d'environ 900C injectée dans le pot de granulation avec une pression supérieure d 4 kg/cm2, on peut tout aussi bien avoir recours à une eau moins chaude, voire même froide, tout en obtenant les mimes résultats avantageux, si la pression d'injection est choisie en conséquence. La démonstration étant faite que,pour l'obtention d'un granulat de qualités on pouvait, contrairement à la pratique actuelle, tout aussi bien se servir d'une eau de granulation chaude sous pression plus élevée que de coutume, la granulation du laitier de haut fourneau devient indépendante d'installations de refroidissement onéreuses. Dans le but de réduire le nombre des circuits d'eau et d'influencer favorablement l'économie de l'eau, il est possible, suivant une variante du procédé, d'intégrer le circuit de l'eau de granulation au circuit de l'eau de refroidissement du haut fourneau. Ainsi la granulation réalisée ,au voisinage immédiat du haut fourneau, au rythme des coulées est effectuée avec l'eau de refroidissement dont la température est comprise entre 400 et 500C. Cette eau est pompée directement des canaux de collection vers le pot de granulation. Si le bassin de décantation est muni d'un fond filtrant, on dispose en outre d'une épuration supplémentaire et gratuite de l'eau de refroidissement du haut fourneau. A la sortie du bassin de décantation du laitier granulé ,l'eau épurée chaude est captée, réintégrée dans le circuit primaire et dirigée vers l'installation de refroidissement de l'eau de haut fourneau. Des modes de réalisation de l'invention sont représentés, à titre d'exemples non limitatifs, sur les dessins ci joints dans lesquels : - la figure 1 représente une vue schématique d'un pot de granulation, - la figure 2 montre une coupe verticale à travers le pot de la figure 1, et - la figure 3 reproduit une vue schématique d tune seconde forme d'exécution d'un pot de granulation permettant l'exé- cution du procédé suivant l'invention. Conformément à l'invention, le laitier liquide, dont le degré de basicité peut varier de 1,2 à 1,5,et la température de 1350 à 15500C,pour une production courante,est déversé dans un pot de granulation 1 à deux arrosoirs 2reliés entre eux par une articulation 3, pot similaire à celui représenté dans les figures 1 et 2. Chaque arrosoir du pot est muni d'environ 14 orifices d'injection d'eau 4 dont la superficie totale est d'environ 0,42 dm2. Une pompe de circulation assure une pression d'injection de l'ordre de 8 kg/cm2. Les jets d'eau, dont la température est comprise entre 85 et 95OC, sont dirigés obliquement vers le bas et vers l'avant du pot. Au contact des jets d'eaug le filet de laitier liquide 7 , déversé sur le rideau dau 8,est désagrégé en un grand nombre de granules qui sont entratnée9dans le tourbillon d'eau. Après avoir ricoché plusieurs fois sur les parois et sur le fond, les granules ayant subi un refroidissement abrupt, sont entraSnés par le courant d'eau s'écoulant vers le bassin de décantation. Le refroidissement et la vitrification complète sont parachevés dans l'eau d'évacuation. Le bassin de décantation est conçu de façon à permettre un égouttage rapide du granulatset la chaleur latente retenue dans les granules assure l'évaporation d'une grande partie de l'eau résiduelle non égouttée. Ia quantité d'eau de granulation nécessaire par tonne de granulat produit est de 5 à 10 m3/t et la quantité d'eau d'appoint pour suppléer l'eau évaporée est minime. Après filtration sommaire ,l'eau chaude du bassin de décantation est recyclée sans subir de traitement de refroidissement, comme tel était l'usage jusqu'ici0 Comme mentionné plus haut, rien ne s'oppose toutefois à l'emploi d'une eau refroidie si ce ne sont les frais supplémentaires découlant de la mise en oeuvre et de 11 entretien d'une installation de refroidissement. Le coefficient moyen du granulat obtenu par le procédé décrit est de 65, c'est-à-dire que la surface spécifique et, en voie de conséquence, le pouvoir hydraulique sont très favorables et de loin supérieurs aux valeurs quton vait jusqu'ici coutume de réaliser avec des laitiers relativement froids. Suivant le procédé dkcrit,où le filet de laitier liquide tombe de façon sensiblement verticale sur le rideau de jets d'eau sortant des arrosoirs il n'est pas rare qu'il se forme des projections de laitier liquide ayant ricoché sur le rideau d'eau. La formation de projections devient plus importante à mesure que diminue la hauteur entre la rigole de déversement du laitier liquide et le pot de granulation,et / ou qutaugmente la pression d'injection de lteau. Pour protéger les environnements contre toute éjection de laitier, le système de granulation décrit peut être muni d'une enceinte de protection 5 fermée vers le haut par une plaque recouvrant l'enceinte. Pour éviter cet inconvénient, on peut utiliser une variante au procédé et au pot de granulation décrits plus haut. Cette variante peut être utilisée avantageusement dans tous les cas où, à la suite du manque de place disponible, du désir de réduire l'encombrement de l'installation ou des impératifs imposés par une installation existante qu'il s'agit de transformer, il n'est pas possible de prévoir une chute libre suffisamment importante pour le laitier liquide. Selon cette variante illustrée par la figure 3, le laitier n'est plus déversé verticalement sur le rideau de jets d'eau, mais introduit obliquement entre les jets d'eau. De cette façon, toutes les particules de laitier liquide introduit entre les jets , qui ricocheraient sur les jets inférieurs ,seraient saisies et entrai- nées par les jets supérieurs. Outre un plus faible encombrement en hauteur, cet arrangement présente l'avantage de ne pas nécessiter d'enceinte de protection spéciale. Le laitier liquide s'écoule par une rigole 11 inclinée. Cette rigole 11 est constituée de briques de carbone. Par rapport aux rigoles normalement constituées par de la masse de bouchage, les rigoles én briques de carbone garantissent une durée plus que décuplée. Au débouché de la rigole,le filet de laitier liquide tombe obliquement entre les jets d'eau sortant des deux arrosoirs 2 du pot de granulation et est entouré de tous côtés d'eau, de sorte qu'unie éjection est pratiquement rendue impossible0 Le pot de granulation lui-même est composé de deux arrosoirs 2 fixes isolément sur les bords de la rigole inférieure d'évacuation munie à sa surface postérieure d'un orifice d'injec tion 12 pour liteau d'évacuation.A la suite d'une solidification souvent inévitable de laitier au bord inférieur de la rigole d'amenée il arrive qu'une partie du laitier liquide retombe verticalement de la rigole et ne soit pas saisie par les jets d'eau. Pour empêcher la formation d'agglomérats plus importants dans la rigole,la partie inférieure du pot de granulation est munie d'un prolongement 10 s1 étendant vers l'arrière jusquaen dessous de la rigole d'amenée du laitier. Les parois sont munies de plusieurs rangées de trous ronds de 4 0 6 mm de diamètre.Les jets d'eau sortant de ces trous sont dirigés obliquement vers l'avant et vers le bas. les deux arrosoirs sont alimentés isolément en eau de refroidissement du haut fourneau sous une pression supérieure à 4 kg/cm2 et une température comprise entre 40 - 500C. Le laitier granulé stécoule avec l'eau d'évacuation vers le bassin de décantation à fond filtrant. Après filtration g l'eau de granulation est retournée vers lecizcuit du haut fourneau et dirigée vers les refroidisseurs gavant entre réutilisée pour le refroidissement du haut fourneau. Bien entendus l'invention n1 est pas limitée aux exemples de réalisation cimdessus décrits et représentés, à partir desquels on pourra prévoir d'autres variantes de réalisation sans pour celà sortir du cadre de l'invention. R E V E N D--I C A T I 0 N S 1 ) Procédé de granulation de laitier de haut fourneau en pot de granulation avec obtention d'un laitier granulé à pouvoir hydraulique et à coefficient iC élevés 9 caractérisé en ce qu'on injecte l'eau de granulation sous une pression supérieure à 4 kg/cm, 2 la pression préférée étant d'environ 10 kg/cm2. 20) Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que l'on utilise comme eau de granulation une eau recyclée non refroidies dont la température est supérieure à 700C et est de préférence comprise entre 85 et 950C. 30) Procédé suivant la revendication 1, caractérisé en ce que l'on utilise comme eau de granulation de l'eau de refroidissement de haut fourneau g d'une température comprise entre 400 et 5O0Cg qui après épuration dans un bassin de décantation à fond filtrantwest réintégrée dans le circuit de l'eau du haut fourneau. 40) Dispositif de pot de granulation pour l'exécution du procédé selon les revendications de 1 à 3s caractérisé en ce que le nombre d'orifices d'injection d'eau ainsi que la surface totale de ces orifices sont choisis en fonction de la pression adoptée, 2 supérieure à 4 kg/cm, pour un débit désiré. 50) Dispositif de pot de granulation selon la reven diction 4 caractérisé en ce que le pot de granulation est divisé en deux parties alimentées séparément en eau et raccordées par une articulation en soi connue pour absorber les tensions éventuelles dans le pot. 60) Dispositif de pot de granulation suivant les revendications 4 et 59 caractérisé en ce que les positions relatives des deux arrosoirs et de la rigole d'amenée du laitier liquide sont telles que le filet de laitier entre obliquement entre les jets d'eau injectés sous une pression supérieure à 4 kg/cm2. 70) Dispositif de pot de granulation suivant les revendications 4 et 6, caractérisé en ce que les deux arrosoirs sont munis à leur partie inférieure d 'un prolongement 'étendant vers l'arrière jusqu'en dessous de la rigole d'amenée du laitier liquide. 80) Dispositif de pot de granulation suivant la revendication 4, caractérisé en ce que la rigole d'amenée du laitier liquide est constituée de briques réfractaires de carbone.