Brevet FR2411808A1 — publié le 19790713

La presente invention a trait au domaine de laitiers et Scories metallurgiques et de hautsfourneaux en vue d'obtenir, entre autres produits valorisables, des éléments fibreux minéraux ou "laine de laitier". La fabrication de fibres ou laine minérale à partir de matières naturelles ou synthétiques, telles que des laitiers de hauts-fourneaux, est bien connue et mise en oeuvre depuis des dizaines d'années. L'obtention de cette laine a lieu généralement soit par dispersion d'un filet de matière fondue par des jets de fluide gazeux de grande vitesse, les fibres formes etant enroulées sur tambour rotatif et/ou tapis sans fin puis tecueillies et éventuellement classées, soit par centrifugation par envoi du filet de matériau fondu sur un disque rotatif refroidi extérieurement par une couronne d'air, la laine étant recueillie dans un réceptacle approprie. Selon la technique de fabrication la plus courante dans le cas des laitiers de hauts-fourneaux, on part de laitier déjà solidifié que l'on refond dans un cubilot ou dispositif analogue a la temperature d'environ 1 400"C avant de disperser le produit fondu par jets gazeux comme dit ci-dessus. La consommation de combustible, généralement du coke, pour le réchauffage du laitier solidifie est de l'ordre de 200 à 240 Kgs par tonne de laitier. Selon- d'autres procédés, le laitier en fusion, recueilli dans une poche de coulée est déverse dans un four ou il est réchauffe jusqu'à 1 400-1 4500C et l'on ajoute au bain, avant l'opération de filage par jets gazeux ou centrifu gation sur tambour, divers produits destines notamment à modifier la composition chimique de la matière en fusion. Cette derniere doit en effet présenter certaines caractéristiques bien déterminées, chimiques et physiques (par exemple viscosite) pour pouvoir être transformée en filaments. Ces procédes connus nécessitent la mise en oeuvre de plusieurs étapes operatoires et exigent des investissements importants Il est vrai qu'en géneral la laine de laitier obtenue est destinée habituellement à des emplois relativement nobles pour lesquels il est nécessaire d'avoir une repartition donnée de la longueur des fibres et des qualites bien déterminées pour ces dernières (d'où l'incorporation des divers additifs lors de l'opération de réchauffage du laitier refroidi). Or, dans de nombreux cas, et tout particulierement à l'heure actuelle ou l'utilisation de fibres d'amiante est sévèrement réglementée sur la plupart des territoires pour des raisons d'hygiène et sécurité, il est souhaitable et suffisant de disposer d'un produit brut moins élaboré c'est-à-dire d'une laine de laitier à répartition moins homogène des longueurs de fibres et d'une qualité courante, non superieure. Par ailleurs, il se trouve que, lors de leur sortie directe du haut fourneau, les laitiers fondus sont à une température adequate, de l'ordre de 1 4500C et à une viscosité correcte, généralement inférieure à 15 poises, pour pouvoir envisager un traitement à l'aide d'un fluide disperseur possedant suffisamment d'énergie cinétique pour vaincre l'effort de tension superficielle et arracher les particules de matière en fusion. Ainsi, il a été trouvé et mis au point, sur la base des observations ci-dessus, un nouveau procedé de production de laine de laitier permettant d'éviter les inconvénients susmentionnés et notamment les réchauffages successifs de laitier et la mise en oeuvre de séries d'appareillages de traitement. Selon le procédé de l'invention, le laitier en fusion est traité directement, sans réchauffage intermédiaire, à l'extrémité de la rigole de coulée du haut-fourneau s'élargissant en un bassin de rétention muni d'un rebord-déver- soir, par un balayage à l'aide de jets de fluide pressurisé de la nappe ou lame de laitier debordant du deverseir, les filaments obtenus étant entrains et re cupêrés dans une chambre de mise en forme. On sait que, à sa sortie du haut-fourneau, le laitier chemine dans une rigole de coulée avant de chûter soit dans une fosse à laitier, soit sur des installations de granulation ou bouletage soit tout simplement dans une poche d'évacuation. Pour la mise en oeuvre du procéde, on utilise comme receptacle et moyen de régulation de debit de laitier, à sortie du haut-fourneau, un bassin de rétention servant à la décantation des particules de fonte entrainées et muni à sa partie supérieure d'un rebord-déversoir où le laitier fondu s'écoule sous forme de nappe parabolique de largeur déterminée et d'épaisseur variant avec le debit instantané.Un tel système de régulation est décrit plus en détail, avec divers perfectionnements, dans les demandes de brevets français NO 76.28855 du 24 septembre 1976 et NO 77.26651 du 2 septembre 1977, au nom du Demandeur. En pratique, le fluide pressurisé est avantageusement constitué par de l'air, injecté sous des pressions de 5 à 10 bars, par exemple de l'ordre de 7 bars, avec des vitesses supérieures à 300 mètres/seconde, par exemple de l'ordre de 500 à 1 000 mètres/seconde. Les particules de laitier liquide, arrachees de la surface de la lame ou nappe de laitier s'étirent rapidement dans l'air sous forme de fibres et filaments de différentes longueurs. L'orientation des jets d'air par rapport à la nappe de laitier peut, à priori, être quelconque ; on la règle en fonction du taux souhaité de filaments par rapport au debit du laitier. Il est généralement avantageux d'adopter un balayage perpendiculaire au sens d'écoulement de la nappe de laitier. Plusieurs paramètres influent sur la quantité de laitier transfor mée en laine minerale, notamment : l'énergie cinétique des jets d'air mis en action par unité de surface et la tension superficielle du laitier liquide, gé néralement de l'ordre de 400 dynes/cm pour une température de 1 400"C. Quant à la qualité de la laine minérale obtenue (en particulier la longueur et le diamètre des fibres ou filaments, la proportion de perles non etirées), elle est essentiellement fonction de la viscosité du matériau fondu (donc de la température) et de la composition de ce dernier. Pour augmenter l'énergie cinétique des jets d'air, il peut être avantageux de faire agir les jets d'air pressurises des deux côtes de la nappe liquide s'écoulant du rebord-déversoir c'est-à-dire le long des deux faces qui bordent l'épaisseur de la lame de laitier. Selon une variante, pour augmenter la surface de traitement interessée on peut subdiviser le flot de laitier en plusieurs dérivations. Par exemple, outre le traitement partiel de la nappe de laitier issue du rebord-deversoir, on peut installer sur la rigole de coulée une dérivation destinee- a capter une petite partie du laitier pour filer la totalite de cette fraction en fibres selon le procédé précite ou tout autre technique connue, comme par exemple centrifugation ou soufflage.La fraction majeure du laitier, non dérivée, est ensuite soumise aux traitements ultérieurs connus de granulation ou autres. En ce qui concernera composition chimique du laitier, il faut noter que les fibres les plus longues, donc de diamètre plus fin, seront obtenues a partir de laitiers ayant un indice de basicité B inférieur à 1, l'indice de basicité etant défini comme le rapport : CaO + Mgo/Sio2 + Al203. Dans le cas du traitement de laitiers à indices B trop élevés, on peut ajouter, en amont du bassin de rétention du laitier fondu, des agents complémentaires tels que des débris de verre dont le point de fusion est plus bas que la température de fusion du laitier.Par exemple en ajoutant 1 à 3 % de verre en poids : à un laitier d'indice B de l'ordre de 1, on fournit sans augmenter sensiblement la viscosite du bain, malgré une légère baisse de température, un apport notable en Sio2 ainsi qu'en oxydes alcalins des types K2o et Na2o et l'on favorise ainsi l'obtention de laine à filaments de grande longueur. L'invention a trait également à un dispositif de mise en oeuvre du procédé susdécrit et sera mieux comprise par la description d'un mode de réali- sation, non limitatif, illustré par les dessins de la planche annexée où l'on peut voir très schématiquement Figure 1 : la coupe d'un système de balayage par fluide sous pression d'une nappe de laitier issue d'un barrage à deversoir ; Figure 2 : une vue par le dessus d'un système du type figure 1 ; Figure 3 : une représentation schématique, en perspective, du traitement du flot de laitier à la sortie de rebord-déversoir. Le dispositif de régulation de flux de laitier fondu, issu d'un haut fourneau ou d'un convertisseur, est du type décrit dans la demande de brevet fran çais précitée NO 77.26651 et comprend essentiellement une rigole de coulée 1 s 'è- largissant en un bassin de rétention 2 dont le fond permet, en 3, la décantation et l'évacuation de la fonte liquide et qui est muni d'un rebord-déversoir 4 refroidi par circulation d'eau dans une tuyauterie 5 noyée dans la masse réfractaire du bassin. Selon l'invention, le laitier qui s'écoule en nappe ou lame 6 du seuil-deversoir 4 est soumis à l'action dispersante de jets d'air sous pression d'environ 7 à 8 bars, juste à la sortie du rebord 4. Ces jets émanent de buses disposées en alignement sur un côté 7 ou sur les deux côtés ou faces 7 et 7' de la lame liquide 6. Les fibres et filaments 8 de laitier immédiatement formés dans l'atmosphère sont entrainés dans un réceptacle évasé 9, par exemple une hotte d'aspiration et conduits dans une chambre (non représentée) où ils sont compactés et mis en diverses formes selon le but d'utilisation visé.Une partie seulement du laitier, par exemple 1 à 10 % selon les débits d'air mis en jeu, est transformée en laine minérale récupérée en 9, la fraction majeure du laitier fondu (fleche 10) étant ensuite déversée sur une aire de stockage ou traitée pour obtenir des boulettes ou granules de laitier poreux selon divers moyens, tels que par exemple ceux préconises dans les brevets français précités. La laine de laitier obtenue peut convenir aux memes usages que les laines minérales fabriquées selon les autres procédes connus. Elle se prête avantageusement à la substitution des fibres d'amiante pour les utilisations classiques de ces dernières. Par exemple, du fait que les produit est vitrifié pratiquement à 100 % et possede un pouvoir hydraulique maximum, il peut remplacer les granulés classiques dans la fabrication de~siments aux laitiers pour les cimenteries. Enfin, la laine brute de laitier peut avantageusement etre utilisée par projection, flocage ou techniques analogues pour l'isolation de parois, plafonds ou autres éléments de constructions. Bien entendu,le procedé selon l'invention peut être appliqué à d'autres types de laitiers, tels que par exemple, les laitiers d'acieries. X REVENDICATIONS 1. Procédé de production de laine minérale a partir de laitiers, notamment de haut-fourneaux, par dispersion de particules de laitier fondu au moyen de jets de fluide gazeux pressurisé, le procede étant caractérisé en ce que le laitier en fusion est traité directement, sans réchauffage intermédiaire, à l'extrémité de la rigole de coulée du haut-fourneau s'elargissant en un bassin de rétention muni d'un rebord-deversoir, par un balayage à l'aide de jets de fluide pressurisé de la nappe ou lame de laitier débordant du déversoir, les filaments obtenus étant entrainés et recuperes dans une chambre de mise en forme. 2. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que les jets du fluide pressurisé, constitué par de l'air sous 5 à 10 bars à vitesse d'au moins 300 mètres/seconde, sont disposés le long de l'une ou des deux faces bordant l'épaisseur de la lame de laitier. 3. Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 ou 2, carac térisé en ce que les jets de fluide pressurise sont de préférence orientés perpendiculairement au sens d'écoulement de la nappe de laitier. 4. Procéde selon l'une quelconque des revendications 1 à 3, carac tériséen ce que le traitement de balayage de la nappe liquide n'affecte qu'une fraction mineure du laitier issu du rebord-déversoir, la majeure partie du laitier poursuivant son cheminement et subissant les traitements connus, tels que l'expansion ou équivalent, en vue de la fabrication de boulettes et/ou granules. 5. Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 4, carac térisé en ce que le flot de laitier de la rigole de coulée est subdivisé en une ou plusieurs dérivations, l'une ou plusieurs de ces dernières étant soumises en totalité au traitement de balayage par jets d'air ou tout autre procédé connu pour la production de fibres. 6. Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 5, carac térisé en ce que l'on procède, en amont du bassin de rétention, juste à la sortie du laitier fondu du haut-fourneau à une addition de produits complémentaires aptes a modifier les caractéristiques des fibres finales. 7. Procédé selon la revendication 6, caractérisé en ce que le produit complémentaire est constitué par des debris de verre destinés à diminuer l'indice de basicite du laitier et à favoriser l'obtention de fibres plus longues. 8. Dispositif de mise en oeuvre du procedé selon l'une quelconque des revendications 1 à 5 caractérisé en ce qu'il comprend à la sortie du bar rage-déversoir de coulée du laitier fondu, des séries de buses d'injection d'air pressurisé qui dirigent les fibres minérales obtenues dans un réceptacle evasé d'où elles sont conduites, par aspiration ou moyen équivalent, dans une chambre de compactage. 9. Utilisation de la laine vitreuse de laitier obtenue selon le procédé de l'une quelconque des revendications 1 à 7 et du dispositif selon la revendication 8, comme produit de remplacement des fibres d'amiante, notamment comme additif aux ciments pour l'obtention de ciments/au;ere comme moyen d'isolation de constructions, par flocage ou moyen équivalent.