Brevet FR2411807A1 — publié le 19790713

La présente invention a trait au domaine de laitiers et Scories mé- tallurgiques et dehautsourneaux en vue d'obtenir, entre autres produits valo- risables, des éléments fibreux mineraux 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 formées étant enroulées sur tambour rotatif et/ou tapis sans fin puis recueillies 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 approprié. Selon la technique de fabrication la plus courante dans le cas des laitiers de hauts-fourneaux, on part de laitier déjà solidifie que l'on refond dans un cubilot ou dispositif analogue à la température 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 solidifié 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 déversé dans un four où il est réchauffé jusqu'à 1 400-1 450 C et l'on ajoute au bain, avant l'opération de filage par jets gazeux ou centrifugation sur tambour, divers produits destinés notamment à modifier la composition chimique de la matière en fusion. Cette dernière doit en effet présenter certaines caractéristiques bien deerminees, chimiques et physiques (par exemple visco- sité) pour pouvoir être transformée en filaments. Ces procédés connus nécessitent la mise en oeuvre de plusieurs étapes opératoires et exigent des investissements importants. Il est vrai qu'en général la laine de laitier obtenue est destinée habituellement à des emplois relativement nobles pour lesquels il est nécessaire d'avoir une répartition donnée de la longueur des fibres et des qualités bien déterminées pour ces dernières (d'oG l'incorporation des divers additifs lors de l'opération de réchauffage du laitier-refroidi). Or, dans de nombreux cas, et tout particulièrement à l'heure actuelle où 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 supérieure. Par ailleurs, il se trouve que, lors de leur sortie directe du hauts fourneau, les laitiers fondus sont à une température adéquate, de l'ordre de 1 450 C et a une viscosité correcte, généralement inférieure a 15 poises, pour pouvoir envisager un traitement a l'aide d'un moyen dfsperseur possédant suffi samment d'énergie cinétique pour vaincre l'effort de tension superficielle et arracher les.particules de matière en fusion. Ainsi, il a ete trouvé et mis au point, sur la base des obser vations ci-dessus, un nouveau procédé de production de laine de laitier permet tant d'éviter les inconvénients susmentionnés et notamment les réchauffages suc cessifs de laitier et la mise en oeuvre de séries d'appareillages de traitement. Selon le procédé de l'invention, la surface du laitier en fu sion est partiellement soumise, directement à sa sortie du haut-fourneau, a l'ac tion d'un dispositif tournant à grande vitesse qui arracheben surface @ les particules de matière en fusion, les fibres-fils-filaments et éventuellement perles obtenus étant entranés et récupérés dans un réceptacle pouvant servir de 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 a laitier, soit sur des installations de granulation ou bouletage soit tout simplement dans une poche d'evacuation. Pour la mise en oeuvre du procédé, on utilise comme récep tacle et moyen de régulation de débit de laitier, a sortie dii haut-fourneau, un bassin de rétention servant a la décantation des particules de fonte entrainées et muni à sa partie supérieure d'un rebord-déversoir où le laitier fondu s'écou- le sous forme de nappe parabolique de largeur déterminée et d'épaisseur variant avec le débit instantane. Un tel système de régulation est décrit plus en dé tail, avec divers perfectionnements, dans les demandes de brevets français N 76,28855 du 24 septembre 1976 et N 77.26651 du 2 septembre 1977, au nom du Demandeur. Le dispositif rotatif est installé sensiblement au niveau du rebord-déversoir précite et n'affecte généralement qu'une partie de la nappe ou lame de laitier s'écoulant de ce rebord. Selon une variante de mise en oeuvre du procédé de l'invention, le dispositif rotatif peut être installé sur la surface d'un flot de laitier is su d'une dérivation pratiquée sur la rigole de laitier selon une ouverture ca librée. Dans ce cas, on peut être amené, si nécessaire, à rechauffer le flux dérivé, sur une partie de son parcours, avant de soumettre la surface à l'arra- chement par le dispositif-rotatif. Par ailleurs, il peut être avantageux, dans ce mode de réalisation, d'installer à la suite du dispositif disperseur deux autres éléments rotatifs destinés à parfaire l'effet de dispersion.Bien enten du, selon l'invention, on peut également combiner les deux modes d'execution précités a savoir le traitement partiel au niveau du rebord-déversoir et le traitement sur une dérivation de la rigole de coulée du laitier, à sa sortie du hautfourneau. En pratique, le dispositif tournant à grande vitesse est avantageusement constitué par un rotor à lamelles dont la vitesse périphérique est de l'ordre de 50 mètres par seconde. Les extrémités des lamelles plongent dans le laitier liquide sur quelques millimètres de profondeur et éjectent des particules de laitier en direction du réceptacle qui fonctionne en dépression. Au cours de leur trajectoire, les particules s'étirent pour donner des fils se sol i- difiant rapidement avec une structure vitreuse. Les caractéristiques des fils obtenus (notamment longueur et diamètre) sont fonction à la fois des facteurs relatifs au dispositif provoquant l'arrachement et la dispersion des particules de laitier en ,fusion et des caractéristiques physiques et chimiques du laitier traite. Les facteurs se rapportant à l'appareil sont notamment : la vitesse périphérique du rotor lamelle, le nombre et la longueur des lamelles et la profondeur d'immersion de ces lamelles dans la nappe de laitier liquide. Les facteurs ayant trait au laitier lui-même concernent sa composition chimique et sa temperature, lesquelles determinent la tension superfi cielle,-la viscosité et l'aptitude à la vitrification. Pour obtenir des fibres longues de fin diamètre, il faut traiter de préférence des laitiers dont ltin- dice de basicité B est inférieur à 1, cet indice étant défini comme le rapport CaO + Mgo/SiO2 + Al203. Dans le cas du traitement de laitiers à indice B trop élevé, on peut ajouter en amont du bassin de rétention ou sur la dérivation (dans le cas de la variante précitée) des agents complémentaires tels que des debris 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 viscosité du bain et malgré une légère baisse de température, un apport notable en SiO2 ainsi qulen oxydes alcalins des types K20 et Na2O et l'on favorise ainsi l'obtention de laine à filaments de grande longueur. Selon un perfectionnement du procédé de l'invention, il est avantageux d'installer au niveau de la surface du laitier en fusion, juste avant le rotor de dispersion, un déflecteur ou système équivalent destiné à arrêter et detourner les amas de particules solidifiées sur ladite surface. L'invention sera mieux comprise par la description de modes de réalisation non limitatifs, illustrés par les dessins de la planche annexée où l'on peut voir schématiquement - Figure 1 : la coupe d'un systeme, selon l'invention, d'arrachement de fi bres ou fils à la surface d'un laitier ; - Figure 2 : une vue par le dessus d'un système du type figure 1 ; - Figure 3 : une variante de réalisation de production de fils à partir d'une dérivation de la rigole de coulee du laitier ; - Figure 4 : un type de rotor utilisable, vu en coupe - Figure 5 : un détail de mise en oeuvre, selon une variante, du procédé illustré sur la figure 3. Le dispositif de régulation de flux du laitier fondu, issu d'un haut-fourneau ou d'un convertisseur, est du type décrit dans la demande de brevet français precitée N 77.26651 et comprend essentiellement une rigole de coulée 1 s'élargissant 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 le mode de réalisation illustre figures 1 et 2 la surface de la lame ou nappe de laitier 6 qui s'écoule du seuil-déversoir 4 est soumise, sur une partie de la longueur de ce seuil, à l'action d'un rotor 7 tournant par exemple à vitesse de 50 m/sec. On a de préférence installé; sur la surface du laitier et au niveau de cette partie de traitement, un déflecteur 8 permettant d'ecarter les agglomérats solides de particules qui surnagent à la surface du laitier. Les fibres et filaments 9 de laitier immédiatement formés dans l'atmosphare sont entraînés dans un receptacle évase 10, par exemple une hotte d'aspiration, et conduits dans une chambre (non représentée) ou ils sont compactes et mis en diverses formes selon les brevets visés d'utilisation.Une partie seulement du laitier, par exemple 1 à 10 % (ou plus) est transformée en laine minérale, la fraction majeure du laitier fondu (flèche 11) étant ensuite déversée dans une fosse de refroi dissement ou traitée pour obtenir des boulettes ou granules de laitier poreux selon divers moyens connus. En pratique, il s'avère souvent avantageux de prévoir comme réceptacle 9 une double hotte d'aspiration, à savoir une chambre 12 de récupération des fils et filaments 9 et une chambre 13 destiné à recueillir les particules légèrement plus lourdes, sous forme de perles 14, dont les-utilisations peuvent être différentes. La figure 4 illustre schematiquement un type de rotor 7 muni d'une série de lamelles 14 destinées à plonger légèrement, de quelques millimètres par exemple, dans le laine de laitier liquide. Dans le mode de réalisation illustre sur la figure 3, on a prévu sur la rigole 1 de laitier une petite dérivation 15 d'ouverture 16 calibrie. Cette derivation conduit à un élargissement 17 du type bassin de rétention precité où l'on peut, si necessaire, procéder à un réchauffage du laitier par des brûleurs 18. Le dispositif rotatif d'arrachement des particules à la surface du laitier est installé en 19 et peut être par exemple constitué, comme illustré sur la figure 5, par une série de trois dispositifs rotatifs, les deux rotors 20 et 21, qui tournent en sens inverse, permettant de prolonger l'action du rotor 7.Les particules minérales fibreuses et filamenteuses sont aspirées dans la chambre 10 où l'on rocade à une séparation pneumatique des fils (et éventuellement perles) puis aux operations de compactage et mise sous diverses formes. La laine de laitier obtenue peut convenir aux mêmes usages que les laines minérales fabriquées selon les autres procédés connus. Elle se prête avantageusement à la substitution des fibres d'amiante pour les utilisations classiques de ces dernières. Par exemple, du fait que le produit est vitrifié pratiquement à 100 % et possède un pouvoir hydraulique maximum, il peut remplacer les laitiers granulés classiques dans la fabrication de ciments aux laitiers. Enfin, la laine brute de laitier peut avantageusement être utilisée par projection, flocage ou techniques analogues pour l'isolation de parois, plafonds ou autres éléments de constructions. Bien entendu, le procédé selon l'invention peut être applique à d'autres types. de laitiers, tels que par exemple, les laitiers d'acieries. REVENDICATIONS 1. Procedé de production de laine minérale à partir de laitiers1 notamment de hauts-fourneaux, caractérisé en ce que la surface du laitier en fusion est partiellement soumise, directement à sa sortie du haut-fourneau, à l'action d'un dispositif tournant à grande vitesse qui arrache en surface les particules @ de matière en fusion, les fils, filaments et éventuellement perles obtenus étant entraînés et récupérés dans une chambre de mise en forme. 2. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que le dispositif est constitue par un rotor lamelles dont la vitesse périphérique est de l'ordre de 50 mètres/seconde, les lamelles plongeant dans le laitier liquide sur une profondeur de un à quelques millimètres. 3. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que le dispositif rotatif est installé sensiblement au niveau du rebord-deversoir bordant l'extrémité du bassin de rétention qui fait suite a la rigole de coulée du laitier à sa sortie du haut-fourneau. 4. Procedé selon la revendication 1, caractérisé en ce que le dispositif rotatif est installé sur la surface d'un flot de laitier issu d'une dérivation pratique sur une rigole de coulée de laitier du haut-fourneau. 5. Procédé selon la revendication 4, caractérise en ce que l'on adjoint au dispositif rotatif deux autres systèmes équivalents tournant tous deux en sens inverse, destinés a parfaire l'effet de dispersion du premier dispositif, et en ce que, entre l'ouverture de la dérivation sur la rigole de coulée et la chambre de récupération des fils, on procede à un réchauffage du laitier fondu. 6. Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 5, caractérisé en ce que l'on installe, juste avant le dispositif rotatif et au ni veau de la surface du laitier en fusion, un déflecteur destiné à arrêter et detourner les amas de particules solidifiées sur ladite surface. 7. Procedé selon l'une quelconque des revendications 3 à 6, caractérisé en ce que l'on procède, en amont du bassin de rétention ou sur ladite dérivation, à une addition de produits complémentaires aptes à modifier les caractéristiques des fibres finales. 8. Procédé selon la revendication 7, caractérisé en ce que un produit complémentaire est constitué par des débris de verre destinés à diminuer l'indice de basicité du laitier et à favoriser l'obtention de fibres plus longues. 9. Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 a 8, caractérisé en ce que le traitement de la surface de laitier n'affecte qu'une partie mineure du laitier cheminant dans la rigole de coulée, la majeure partie de ce laitier poursuivant son chemin et subissant les traitements connus, tels que expansion ou equivalent, en vue de la fabrication de boulettes et/ou granules. 10. Utilisation de la laine vitreuse de laitier obtenue selon le procedé de lune quelconque des revendications 1 à 9 comme produit de remplacement des fibres d'amiante, notamment comme additif aux ciments et comme moyen d'isolation de constructions, par flocage ou moyen équivalent.