Brevet FR2404046A1 — publié le 19790420

La présente invention concerne une méthode pour la granulation de laitiers métallurgiques produites dans des fours métallurgiques tels-que-des hauts-fourneaux, des fours à convertisseurs, des fours électriquesj des fours à réverbère etc. En raison du fait que ces laitiers métallurgiques correspondent à des quantités énormes, le besoin s'est fait sentir d'une méthode pour les éliminer ou les utiliser d'une manière non polluante et notamment pour les transformer en une substance utile. Les propriétés requises pour le produit final obtenu par de telles méthodespeu nt différer selon l'usage particulier envisagé : par exemple, dans le cas de la fabrication d'ag gimérés à partir desdits laitiers, destinés à être utiliser dans le béton en vue de rendre des services dans le domaine de la construction ou du génie civil, le produit final doit être d'un diamètre moyen de 2 à -3 mm, au maximum d'un diamètre d'environ 5 mm, avec une répartition uniforme des dimensions, et d'une force ou résistance équivalente aux sables de rivière. De plus, on préfère souvent une forme généralement sphérique. Les méthodes actuelles les plus usuelles pour fabriquer de tels produits consistent en l'écrasement ou broyage mécanique de la masse de laitier solidifiée sous pulvérisation d'eau et en l'hydro-granulation dans laquelle un courant fondu de laitier est projeté dans un jet d'eau à débit élevé et à grande vitesse d'écoulement. Cependant, aucune méthode n'a réussie à produire des agglomérés ayant le répartition de dimensions, la forme et la résistance mentionnées plus haut. Dans le domaine de la fabrication des granules de métaux, d'autre part, des méthodes sont utilisables comme par exemple la méthode de pulvérisation sous haute pression, la méthode àiux fluides, la méthode à ajutage rotatif à haute vitesse. Il est évident, cependant, que cellesdes méthodes qui sont couronnées de succes avec des métaux ne peuvent pas immédiatement s'appliquer aux laitiers en raison du fait que ceux-ci possèdent une tension superficielle de loin beaucoup plus petite de même qu'une viscosité de loin beaucoup plus grande que les métaux. Pour tirer profit de cette très grande viscosité des laitiers, une méthode a été proposée. Dans cette méthode, le laitier fondu est amené à tomber sur un disque tournant à vitesse élevée à partir duquel le laitier, adhérant tout d'abord sur la surface du disque, et ensuite amené à voler loin du bord du disque sous l'action de la force centrifuge qui réalise ainsi la granulation. Il est cependant connu que cette méthode non seulement produit des granules de forme, dimensions et répartition de dimensions non satisfaisante; mais quelle présente l'inconvénient consistant en ce que la collecte et/ou la récupération des granules est difficile puisque ces granules volent à une vitesse considérable dans toutes les directions. D'autre part, la demanderesse a trouvé, après avoir effectué de nombreuses études et expérimentations, que si un courant fondu de laitier est amené à rencontrer une cible à une certaine vitesse spécifique et amené à rebondir à partir de celle-ci sans adhérer sur la surface de ladite cible, c'est-à-dire sans mouiller cette surface, la laitier fondu qui a acquis un état dans lequel l'énergie de surface du laitier semble s'être accrue de plusieurs fois sa valeur initiale par suite de l'absorption de 11 énergie de collision, est devenu capable de former très facilement des granulés de forme sphé risque , et que les granulés de laitier obtenus pouvaient ainsi être aussi résistants que des sables de rivière.Ainsi, dans les présentes description et revendications, cette façon de rebondir sera appelé "rebondissement non mouillant, tandis que la surface permettant au laitier fondu d'effectuer ce rebondissement non mouillant sera appelé la "surface non mouillante". Pour autant que la présente invention a l'intention d'exploiter ce phénomène de rebondissement non mouillant discuté plus haut dans la granulation des laitiers fondus, il est nécessaire de contrôler l'énergie de collision du laitier de telle sorte qu'il soit dans un intervalle adéquat et de s'assurer que le laitier peut effectuer un rebondissement non mouillant continu et régulier sur la surface de la cible. Il est aussi nécessaire que toutes ces conditions soient remplies à la fois en égard auEpropresproprietés dll laitier et aux spécificatio imposées aux granules du produit.Il apparattra dans ce qui suit que le premier problème exposé plus haut sera résolu en contrôlant la vitesse de cosion u par rapport à la température T et à la vitesse d'écoulement m du laitier, et que le second problème sera résolu soit en constituant la surface de la cible avec un matériau non mouillant soit en formant un film non mouillant sur cette surface. La seconde-invention sera illustrée plus en détail par la description suivante, donnée à titre non limitatif, en relation avec les dessins ci-joints, dans lesquels - la figure 1st une vue schématique illustrant un mode de réalisation de la présente invention - la figure 2 estueveschématique illustrant un autre mode de réalisation de l'invention ; - la figure 3 est une vue schématique illustrant encore un autre mode de réalisation de l'invention. Dans la figure 1, -la référence 1 indique une poche ou cuiller, la référence 2 représente une cuve, sous laquelle est manhWn ajutage 4 coopérant avec une vanne 3. Directement en dessous de l'ajutage 4, à une distance h de celui-ci, se trouve un tambour rotatif formant cible 8, qui est entraSné par un mécanisme (non représenté) par l'intermédiaire d'un arbre de commande 9,par-l'intermédiaire duquel on peut amener de l'eau de refroidissement interne.La surface de la cible 8 est constituée d'une matière dure, résistant à la chaleur et conductrice de la chaleur, tele que le fer, l'acier doux, l'acier inoxydable ou-le cuivre, qui, si nécessaire peut être renforcée par un traitement de surface tel que aluminisation, parkérisation, revêtement de chrome, carburation, nitruration, ou recouvrement de stellite. Dans tous les cas, la surface doit être finie jusqu'à un degré élevé de caractère lisse. Le sens de rotation de la cible 8 est indiqué par la flèche X et la vitesse de rotation doit être telle que, au point de collison ou-impact 6 du courant de laitier fondu 5, une surface fratche et propre, refroidie par la pulvérisation d'eau interne, soit continuellement ménagée. Comme ceci a pour but d'empêcher- la- localisation de la collision de se produire, et par conséquent le surchauffage local de la surface, il n'est pas nécessaire de mettre en oeuvre des vitesses de rotation élevées comme cela est le cas dans les méthodes de granulation centrifuge. L'instrument qui est logé obliquement sous le tambour 8 est un ajutage de pulvérisation 10 qui recouvre, toutes les fois que cela est nécessaire, la surface du tambour ou cible-8 d'une substance formant un film non mouillant. Lorsque la surface de la bible est constituée du matériau mentionné plus haut et qu'elle est suffisament refroidie par l'intérieur, la projection de substance non mouillânten'est pas nécessaire, mais lorsqu'on forme un film non mouillant sur la surface, on peut s'épargner facilement le refroidissement interne. En ce qui concerne la nature de la substance formant le film non mouillant, des substances telles que de l'eau, une peinture contenant de la poudre d'aluminium, de l'huile, du lait de chaux, une peinture contenant de la poudre de graphite, se sont révélées efficaces. L'instrument prévu sous la cible 8 est un dispositif de grattage ou raclage 11. Il a pour but d'enlever, par raclage, les morceaux de laitier adhérant éventuellement ou accidentellement à la surface de la cible. Enfin, la référence 7 indique un groupe de granulés de laitier en cours de vol, d est le diamètre efficace de l'ajutage 4 et H est la profondeur du bain de laitier fondu. Le laitier fondu est fourni à la cuve 2 à partir de la cuiller 1, maintenu dans cette cuve pendant un moment jusqu'à ce que le bain de laitier atteigne la profondeur souhaitée H, puis il est laissé tombé-- tout droit sous la forme d'un courant de laitier 5 par l'intermédiaire de la vanne 3 et de l'ajutage 4. Le groupe de granulés de laitier 7 est continuellement formé dans l'espace tant que le courant 5 frappe la cible 8 au point de collision 6 et la granulation se fait d'une manière continue lors du rebondissement.Le point de collision 6 peut être en ntiEP2MeqEL endroit de la partie supérieure de la cible 8, mais, si une position un peu avancée par rapport au sens de rotation, par exemple de 10 à 200, est chois, les granulés du groupe 7 voleront de préférence vers l'avant en rendant la collecte et la récupération des granulés plus appropries. On doit éviter la surchauffe du point de collision 6, sinon la non-mouillabilité de la cible est perdue. A cet effet, l'eau constitue un moyen très efficace, mais, lorsque l'eau est appliquée sur la surface externe de la cible pour constituer un agent formant le film non mouillant, on doit prendre soin à l'utiliser modérément car un excès rendrait fragiles les granulés du produit.Le contrôle ou régulation de la vitesse de collision u du courant 5 de laitier est effectué par contrôle ou régulation ou réglage de la profondeur H du bain de laitier et /ou de la distance h de chute libre du courant de laitier, à savoir la distance entre l'extrémité inférieure de l'ajutage 4 et le point de collision 6, par rapport principalement à la température du laitier T et le diamètre interne efficace d de l'ajutage. Exemple 1 Un laitier de haut-fourneau est granulé en utilisant ltappareil représenté sur la figure 1 où T T = 14000C ; H = 30 cm; h = 1,5 m ; d = 15 mm ; m = 50 kg/mn/ajutage et u = 5,9 m/s (calculé). Le tambour rotatif formant cible est constitué par un cylindre d'un diamètre externe de 60 cm constitué d'acier laminé à froid (de 0,9 mm d'épaisseur), cette cible tournant à raison de 200 tours par minute et étant-refroidieintérieu- rement par de l'eau, sans qu'il soit nécessaire de réaliser une pulvérisation externe ou un grattage. Les granulés de produit ont les propriétés données dans le tableau que lton trouvera plus loin. ExemPle 2 Dans cet exemple 2, h = 1,0m ; d = 10 mm ; m = 30kg/mn/ ajutage ; u = 5,0 m/s (calculé), de lthuile étant pulvérisée extérieurement. Les granulés du produit obtenu sont caractérisés dans le tableau ci-après. Dans la figure 2, 'la référence 12 désigne un disque rotatif formant cible, la référence 13 représente les ailettes destinées à frapper le jet de laitier, ces ailettes étant fixées au disque 12, la référence 14 représente l'arbre d'entrainement et la référence 15 un ajutage délivrant un jet d'un agent de refroidissement. L'axe 14 et le disque et les ailettes qu'il porte est quelque peu incliné par rapport à l'horizontalede façon à diriger les granulés de laitier 7 verve le bas. Les autres chiffres de référence indiquent les mêmes éléments constitutifs que sur la figure 1. Dans cet exemple, la granulation du courant de laitier fondu 5 est accomplie de trois manières : (A) sur la surface de la cible 12, (B) par les ailettes 13, et (C) par l'association des moyens (A) et (B), c'est-à-dire que ceux des granulés qui ont été formés sur la surface du disque peuvent être regranulés une seconde fois grâce aux ailettes. Parmi ces trois moyens, le moyen (A) est le même que dans le mode de réalisation de l'exemple précédent, de sorte que le contrôle de la vitesse u peut être effectué simplement en contrôlant H, h ou H +h. Dans (B), cependant,la vitesse u, qui est définie comme la somme vectorielle des vitesses du courant 5 de laitier et des ailettes 13, dépend de H et de N qui est la vitesse de rotation de la cible 12. Le moyen (C) est intermédiaire entre (A) et (B). Parmi ces paramètres pour le controle du processus, de plus, N n'est pas seulement celui qui possède la plus grande influence, mais il est aussi celui qui est le plus facile à modifier. Par conséquent, dans ce mode de réalisation, le contrôle ou réglage de la vitesse de collision est effectué essentiellement par le réglage de N seul. Les mêmes considérations que dans le mode de réalisation du premier exemple s'appIerrben ce qui concerne la sélection des matériaux ou substances, des conditions opératoires, l'entretien, etc. Pour prévenir la localisation des collisions et par conséquent la surchauffe de la surface, un mouvement de pivotement peut être imparti à la cible 12. Exemple 3 Un laitier de haut-fourneau est granulé en utilisant l'appareil représenté sur la figure 2 dans les conditions sui- vantes: T = 14000C ; H = 25 cm ; d = 15 mm ; m = 50 kg/mn/ ajutage ; u = 23,7 m/s (calculé comme dans le cas (B)) ; et N = 500 tours /mn. La cible rotative 12 possède un diamètre de 1,0 m, est constituée par une plaque d'acier doux (à 0,1% de carbone) de. 10 mm d'épaisseur, à laquelle sont fixées six ailettes de 50 mm de haut et 200 mm de long, sur 2 mm d'épaisseur. Pour mettre en oeuvre à la fois un refroidissement par eau sur l'arrière de la cible 12, à l'aide de l'ajutage 15, et on projette une huilé à machine par l'ajutage 10, pour former un film non mouillant. Les résultats obtenus sont donnés dans le tableau que l'on trouvera plus loin. Dans la figure 3, la référence 16 désigne une cuve rotative entratn par un mécanisme représenté schématiquement par la référence 17. A la partie inférieure de la cuve 16, on trouve une pluralité d'ajutages 4 qui font saillie sur la paroi latérale de lacuve, de sorte que cette cuve se comporte comme un ajutage composite rotatif. A l'extérieur de la cuve 16, se trouve une cible cylindrique 18 concentrique à ladite cible. Une chemise d'eau entoure la cible 18 de façon à permettre son refroidissement. K' désigne ic-i la- profondeur effective du bain de laitier fondu 5' qui est maintenu au niveau désiré. Le bain fondu 5' est projeté par les ajutages 4 sous l'action combinée de la force centrifuge, en raison de la rotation rapide de la cuve 16,et de la pression statique exercée par le bain de laitier. Le jet de laitier frappe la surface interne de la cible 18, en donnant ainsi des granulés qui tombent. Par conséquent, dans cette méthode, le contrôle ou réglage de u est effectué au moyen de celui de N et H', le paramètre N étant de loin celui qui contribue à la variation de u et également le plus aisé à faire varier. Exemple 4 Un laitier de haut fourneau est transformé en granulés en utilisant l'appareil représenté sur la figure 3, avec les conditions suivantes : T = 14000C. ; H' = 30 cm (estimation); d = 15 mm ; rayon interne effectif de la cuve rotative = 15,5cm; m = 100 kg/mn/aj-utage ; N = 400 tours/mn ; rayon interne de la cible cylindrique = 40 cm ; u = 7,0 m/s (calculée). La surface de la cible est constituée d'acier inoxydable dont la surface a été finie parmeulage ; on-n'utilise pas d'agent formant un film non mouillant. Les résultats sont donnés dans le tableau ci-aprè. Tableau : Propriétés des granulés de laitier Exemple Diamètre moyen Diamètre maximal Petits granulés Répartition Résistance par NO. (mm) (mm) des dimen- rapport au sasions ble de rivière 1 3 10 en dessous de uniforme la même 0,5 mm:1 % 2 4 9 ditto ditto ditto 3 2 5 en dessous de ditto ditto 0,5 mm:2 % 4 7 15 les plus petits; plus riche légèrement 1 mm de diamè- en gros gra- moins résistre nulés tant On discute ci-après la plus faible vitesse de collision qui est nécessaire pour la granulation. L'appareil de la figure 2 est dépouillé de ses accessoires et mirs debout, c'est-à-dire que les ailettes dont la fonction est de frapper le laitier sont enlevées et que le disque formant cible est disposé horizontalement tandis qu'un laitier d'un haut-fourneau, un laitier de convertisseur métallurgique et un laitier de convertisseur à fusion de cuivre-(laitier de retour) sont laissés tomber sur le disque rotatif, à la suite de quoi on détermine la vitesse minimale pour obtenir une granulation, dans chaque cas, sans s'occuper des dimensions ou de la répartition des dimensions du produit.En formant, d'une manière appropriée, un film non mouillant, par exemple avec une peinture à base de poudre d'aluminium dans le cas d'un laitier de haut fourneau, avec un lait de chaux -dans le cas d'un laitier de convertisseur, et avec de l'eau dans le cas d'un laitier de retour, la granulation -est possible dans tous les cas lorsque les vitesses de collision sont supérieures à environ 2 m/s, tandis quten dessous de cette vitesse il est fréquent d'observer la formation de gros morceaux ou galets, fils ou rubans. Comme indiqué plus haut, l'invention est basée sur le phénomène consistant en ce qu'un laitier fondu peut être granulé si on le laisse effectuer un rebondissement non mouillant avec une vitesse de collision appropriée. Par conséquent , en vérité, de très nombreuses applications et modifications des moyens décrits ici sont possibles sans s'écarter de l'invention. Par exemple, le courant de laitier fondu peut être accéléré par pression gazeuse ; le tambour rotatif formant cible du mode de réalisation du premier exemple peut être équipé de nombreuses ailettes verticales de partition pour s'adapter à une opération impliquant une pluralité d'ajutages et de jets de laitier, ou bien il peut être équipé de nombreuses ailettes destinées à frapper le laitier afin d'y ajouter les caractéristiques du mode de réalisation du second exemple; dans le mode de réalisation du troisième exemple, la cible cylindrique qui entoure la cuve rotative portant les ajutages peut être entraînée en rotation dans un sens opposé à celui de la cuve. Ainsi, d'une manière caractéristique : (1) l'invention permet la fabrication de granulés sphériques de laitier de toutes dimensions et répartition de dimensions désirées, d'une manière continue (2) l'invention peut être mise en oeuvre dans une enceinte pour empêcher des substances polluantes telesque des poussières et gaz nocifs de s'échapper dans l'atmosphère environnante en d'autres termes elle n'est pas polluante (3) les appareils pour la mise en oeuvre de la méthode de la présente invention sont de structure simple et robuste, de telle sorte qu'ils sont peu comateux à fabriquer et à entretenir ; et (4) l'invention est économique tant du point de vue énergétique que du point de vue des matériaux ou moyens. Bien entendu, la présente n'est nullement limitée aux modes de réalisation décrits et représentés qui n'ont été donnés qu'à titre d'exemple. En particulier, elle comprend tous les moyens constituant des équivalents techniques des moyens décrits, ainsi que leurs combinaisons, si celles-ci sont exécutées suivant son esprit et mises en oeuvre dans le cadre des revendications qui suivent. R E V E N D I C A T I O N S 1. Méthode de préparation de granulés de laitier métallurgique, caractérisée en-ce qu'elle comprend l'accélération d'un courant de laitier fondu jusqu'à une vitesse désirée, l'impact de ce courant sur une cible présentant une surface non mouillante et le rebondissement dudit courant sans mouiller la surface de la cible. 2. Méthode selon la revendication 1, caractérisée en ce qu'on maintient la pression hydrostatique d'un bain de laitier fondu à une valeur prédéterminée et en ce qu'on laisse le laitier fondu, sous la forme d'un courant de laitier fondu, frappCrun tambour rotatif formant cible placé en contre-bas d'un ajutage écarté de ladite cible d'une distance prédéterminée. 3. Méthode selon la revendication 2, caractérisée en ce que le courant de laitier fondu frappe la cible précitée en une zone écartée angulairement de 10 à 200 de la zone supérieure de la cible, la zone citée en premier étant en aval de la zone citée en second relativement au sens de rotation de la cible. 4.- Méthode selon la revendication 1, caractérisée en ce qu'on maintient la pression hydrostatique du bain de laitier fondu à une valeur prédéterminée et en ce qu'on laisse le laitier fondu, sous la forme d'un courant de laitier fondu, frappes un disque rotatif formant cible qui est placé sur le côté de la cuve et auquel sont fixées des ailettes du c8té de ladite cuve. 5. Méthode selon la revendication 1, caractérisée en ce qu!on maintient la profondeur efficace du bain de laitier fondu à un niveau désiré et en ce qu'on laisse le laitier, sous la forme d'un courant de laitier fondu, frapper la surface interne d'une cible cylindrique située à la distance prédéterminée précitée à l'extérieur de la cuve rotative. 6. Granulés de laitier métallurgique obtenus par la méthode selon l'une quelconque des revendications 1 à 5. 7. Dispositif pour la fabrication de granulés de laitier métallurgique par la méthode selon l'une quelconque des revendications 1 à 5, caractérisé en ce qu'il comprend une cuve destinée à contenir le laitier fondu, au moins un ajutage destiné à délivrer un jet du laitier fondu contenu dans la cuve et une cible comportant une surface non mouillante destinée à être frappée par ledit jet de laitier fondu. 8. Dispositif selon la revendication 7, caractérisé en ce que cette cible est rotative. 9. Dispositif selon la revendication 7, caractérisé en ce que cette cuve est rotative. 10. Dispositif selon la revendication 7, caractérisé en ce que cette cible comporte des ailettes.