Brevet FR2458521A1 — publié le 19810102

La présente invention concerne un produit iso- lant à l'état granulaire comprenant au moins une phase solide comportant une certaine teneur en matière minérale et au moins une phase organique servant notamment de liant pour la première phase, les granules en question pouvant comporter d'autres constituants. Cette invention vise aussi le procédé de fabrication du produit granulaire en question. Le produit visé par l'invention est principale- ment destiné à l'isolation, la protection, le traitement des bains de métaux lors de leur transport ou lors de leur élaboration, par exemple: en couverture de la surface libre d'un bain d'acier contenu dans une poche; - en couverture de la surface libre d'un bain d'acier circulant dans un répartiteur de coulée continue. L'intérêt de tels produits granulaires en fonderie ou en aciérie est en particulier de permettre une manipulation aisée par des moyens pneumatiques, en évitant la mise en sacs. Il existe de nombreux produits pour isoler des bains de métaux, mis en oeuvre à l'état pulvérulent. Ainsi, il est connu d'utiliser de la vermiculi- te ou de la perlite ou tout simplement des suies de centrale à charbon, ces dernières étant employées telles quelles ou éventuellement granulées. Ces divers produits ont comme inconvénient majeur une température de fusion relativement basse (1 1000C à 1 3000C); les taux d'emploi de ces produits sont donc importants du fait qu'ils ont tendance à se transformer en scorie liquide au contact du métal. La quantité de laitier ainsi formée est de plus une gêne. On a également proposé l'utilisation de la cendre résultant de la combustion de balles de riz en présence d'air. Ce produit pulvérulent, à très forte teneur en silice et de densité de l'ordre de 0,3, est composé de grains très friables dont les plus gros peu- vent dépasser le millimètre et dont les plus fins vont jusqu'au micron. On a constaté que le pouvoir isolant thermique était d'autant meilleur que la cendre de balle de riz était dépourvue de grains fins. D'une manière générale, une cendre de balle de riz contient environ 20% de grains inférieurs à 0,05 mm, ce pourcentage de grains très fins augmente avec la sévérité des manipulations mécaniques subies par la cendre. La cendre de balle de riz a des propriétés réfractaires nettement plus élevées que la silice ordinaire. Cela peut s'expliquer par le fait que les grains de silice de cette cendre sont chargés de carbone résiduel qui leur confère leur pouvoir réfractaire. Si les caractéristiques thermiques de cette cendre sont excellentes (basse conductibilité thermique, température de fusion supérieure à 1 6000C), sa mise en oeuvre présente, par contre, certains inconvénients dont les deux principaux sont une aptitude à donner de la poussière et un mauvais étalement dû à la structure en bâtonnets de cette cendre. Par ailleurs, la granulation de la cendre de balle de riz qui permettrait de remédier aux inconvénients précités, présente un important désavantage, car sa mise en pression avec un liant pour former les granules brise la carcasse siliceuse très fragile des particules de cendre et diminue considérablement les propriétés isolantes des granules. La présente invention est basée sur la découver- te qu'il était possible de réaliser des granules du genre visé dans des conditions très avantageuses, avec un liant organique particulier, utilisé seul ou conjointe- ment avec d'autres agents à usage de liant, les granules ainsi obtenus présentant à leur tour des propriétés particulièrement intéressantes à l'usage. Suivant l'invention, le produit isolant granu- laire principalement destiné à l'isolation, la protection ou le traitement des bains de métaux lors de leur élabora- tion ou de leur transport, comprenant une phase solide comportant une certaine teneur en matière minérale et un liant organique, est caractérisé en ce que le liant est constitué par de la pâteà base de cellulose. Il a été, en effet, découvert que la pâte à base de cellulose, en particulier la pâte à papier présentait des avantages spécifiques tant au niveau de la fabrication que de l'utilisation pour réaliser des granules de composition très variée, principalement destinés aux fonderies et aux aciéries. La proportion de pite à papier dans le produit final est avantageusement comprise entre 0,1 et 20% de matière sèche, de préférence entre 2 et 8%. De son côté, la granulométrie des granules est comprise entre 0,1 et 20 mm environ, de préférence entre 0,5 et 5 mm. La phase solide à l'état divisé présentant une certaine teneur en matière minérale qui est agglo- mérée en granules par la pâte à papier, peut notamment être choisie dans les catégories suivantes de produits à l'état particulaire ou pulvérulent: - des matières purement minérales telles que la perlite, la vermiculite, la silice fossile ou la chamotte, 1- des matières organiques constituées par des fragments ou des particules de sous-produits ou de déchets végétaux comportant notamment une certaine teneur en silice. En particulier, l'invention vise comme végétaux les graminées, entre autres blé et mais, ainsi que les balles - ou cosses - de riz, - la cendre des produits végétaux qui précèdent, et en particulier la cendre de balles de riz, - la suie de charbon ou du coke. Selon une forme d'exécution particulière, les granules comprennent un liant complémentaire tel qu'un liant amylacé, un sucre, une résine synthétique, une argile, du silicate de sodium, de la silice colloïdale, ou leur mélange, ou encore un stéarate. Les granules peuvent aussi être enrobés par une couche de particules de carbone ou de graphite ou suies de centrales thermiques ou laitiers de haut-fourneau à l'état pulvérulent, additionnées ou non des fondants usuels. Suivant l'invention, le procédé pour la fabri- cation d'un produit granulaire du genre décrit ci-dessus est caractérisé en ce que la granulation est assurée dans des conditions telles que les granules en formation ne subissent aucune compression appréciable, susceptible de briser la structure de la phase minérale. Pour ce faire, le procédé met en oeuvre, à titre non limitatif, l'une des techniques suivantes: roulement des granules en formation les uns sur les autre-s à l'intérieur d'une cuve tournante ou d'une cuve fixe à pale rotative, ou aspersion de pâte à papier sur des granules en lit fluidisé. A titre d'exemples non limitatifs, on donnera les formules suivantes de composition du produit granulai- re conforme à l'invention. Des granules, particulièrement intéressants pour les industries de la fonderie et la sidérurgie, sont constitués à partir de déchets à l'état fragmentaire ou pulvérulent d'une ou plusieurs graminées telles que blé ou mais ou balles de riz ou encre de cendres de ces dernières, ces granules étant agglomérés par de la pâte à papier. Les proportions en poids sur matière sèche sont avantageusement les suivantes: - phase d'origine végétale, telle que cendre de balles de riz: 60 à 99,9% - pâte à papier séchée: 0,1 à 40% la fourchette la plus intéressante étant toutefois la suivante: - phase d'origine végétale: 92 à 98% - pâte à papier séchée: 2 à 8% Les graminées dont les déchets sont mis en oeuvre par l'intention contiennent de la silice selon des teneurs variables, la préférence étant donnée à celles dont la teneur est la plus forte, telle que les balles de riz. On utilisera le produit à l'état non calciné lorsqu'on veut réaliser des granules aussi légers que possible. Ainsi, la balle de riz présente une densité de 0,15 alors que la cendre de celle-ci a une densité de 0,30 environ. De plus, le produit à l'état non calciné a une plus forte teneur en carbone que la cendre, ce qui accroit le pouvoir exothermique des granules. Pour augmenter la résistance des billes obtenues par granulation, on peut ajouter un liant pouvant être un liant amylacé, du sucre, une résine synthétique, une argile ou un silicate de sodium, par exemple. On peut également utiliser un mélange de liant tel qu'une argile associée à un liant amylacé soluble dans l'eau. L'intérêt de cette combinaison est que l'argile reste à l'intérieur de la bille, alors que le liant liquide va migrer en surface lors du séchage. Exécution de la granulation: On effectue la granulation de manière à obtenir un ensemble de billes d'un 0 variant de 0,1 à 20 mm, de préférence 0,5 mm à 5 mm, la pâte à papier étant en suspension aqueuse. Afin de conserver sa faible densité au pulvéru- lent de base, il est exclu de mettre en oeuvre un procédé de granulation utilisant des pressions trop élevées, par exemple supérieuresà 1 bar. L'invention prévoit ainsi d'utiliser un procédé réalisant la fabrication des granules par roulement des grains de matière pulvé- rulente les uns sur les autres. On peut, en particulier, utiliser des cuves tournantes analogues à des bétonnières, ou des cuves fixes à l'intérieur desquelles une pale de forme spéciale permet la mise en suspension et en mouvement des grains sans en provoquer l'écrasement. Il existe également des appareillages utilisant la projec- tion de pâte à papier en suspension aqueuse sur la phase minérale à l'état de lit fluidisé. Exemples de réalisation: Il a été procédé à une granulation dans une cuve cylindrique à axe vertical, d'un 0 de 60 cm, volume: litres (volume utile: 50 litres) dans laquelle se meut une pale d'axe vertical, vitesse de rotation de la pale: 40 à 300 t/mn. La poudre, en l'occurrence la cendre de balle de riz, est humidifiée par de la pâte à papier contenant 2 à 5% d'extrait sec. L'opération de granulation dure une dizaine de minutes. L'addition de liant peut se faire par pulvéri- sation d'un liquide à partir du moment o les granules commencent à se former. On procède ensuite au séchage du granule de manière à obtenir un produit contenant moins de 2% d'humidité. Les avantages résultant de la mise en oeuvre de la pâte à papier sont notamment les suivants: L'ajout de la pâte à papier lors de la granu- lation permet au granule de se former bien plus vite, toutes choses égales par ailleurs. On obtient alors des granules sphériques constitués par un mélange intime de fibres de papier et du produit à agglomérer. Cet intérêt est particulièrement grand dans le cas de la balle de riz ou de sa cendre qui se granule très mal. Grâce à la pâte à papier, on peut utiliser une quantité de liant extrêmement faible, qui confère aux granules une fois séchés leur résistance mécanique. En particulier, la cendre de balle de riz simplement humidifiée, dans une machine à granuler, forme des billes qui se détruisent dès que la machine cesse de tourner. Un gros intérêt de l'ajout de pâte à papier est que cette pâte protège le grain de base con- tre les chocs et confère à la bille obtenue une structure poreuse ayant pour résultat l'obtention d'un granule, pratiquement sans augmentation de la densité apparente du produit. Un autre intérêt de la pâte à papier réside dans le fait qu'elle peut neutraliser l'influence éventuel- lement néfaste d'un liant sur le grain de cendre. Ainsi, on a pu constater qu'une cendre simplement granulée avec de l'argile donnait un granule ayant un point de fusion inférieur à celui de la cendre de départ et dont les billes ne se désagrègent pas, quelle que soit la température mise en oeuvre. Par contre, les billes granulées à l'aide de papier restent très réfractaires et, en outre, redeviennent pulvérulentes après qu'une élévation de température ait provoqué la combustion du papier. Ce fait contribue en partie à augmenter le pouvoir isolant des granules dans la mesure o le produit redevient légèrement pulvérulent lorsque la chaleur détruit le papier par carbonisation. On a constaté par ailleurs que les granules du produit conforme à l'invention présentaiEnt des proprié- tés différentes selon le taux de pâte à papier et la teneur en carbone de la cendre de balle de riz. Ainsi, lorsque les granules comprennent 2 à 3% de pâte à papier et que la cendre de balle de riz est relativement pauvre en carbone résiduel (4 à 8% de carbone résiduel), les particules de silice de la lO cendre de balle de riz frittent ensemble, à la tempéra- ture de l'acier en fusion. On crée ainsi à la surface du métal liquide, un véritable couvercle d'une seule pièce présentant une structure poreuse assurant une bonne isolation thermique. Ce processus est favorisé par la présence des scories du métal liquide qui jouent à l'égard de la cendre de balle de riz le rôle de fondant. Ce fritta- ge a également lieu à très haute température (supérieure à 1 4000C) ce qui est le cas dans les répartiteurs de coulée. Lorsque la cendre de balle de riz est riche en carbone résiduel (% supérieur à 12%), avec une faible quantité de liant de pâte à papier, le frittage n'a pas lieu. Après décomposition de la pâte à papier, les granules deviennent pulvérulentes. Le pouvoir d'iso- lation thermique reste cependant excellent. Le frittage des particules de silice de la cendre n'a pas lieu du fait de la haute teneur en carbone qui les rend réfractai- res. Lorsque la cendre de balle de riz est pauvre en carbone résiduel (% compris entre 5 et 8%), le fritta- ge des particules de silice de la cendre a lieu lorsque la proportion de pâte à papier est inférieure à 15%. Si l'on veut éviter le frittage, il faudra donc utiliser A une proportion de.pâte à papier supérieure à cette valeur. Les résultats précités peuvent être observés également lorsque la cendre de balle de riz est rempla- cée par de la vermiculite, de la perlite ou de la silice fossile additionnée de suie, selon que cette dernière est pauvre ou riche en carbone. s 4' REVENDICATIONS 1. Produit isolant granulaire principalement destiné à l'isolation, la protection ou le traitement des bains de métaux lors de leur élaboration ou de leur transport, comprenant une phase solide, ayant une certaine teneur en matière minérale, constituées par un sous-. produit -d'une-mat-ière végétale contenant de la-silice, et un liant organique, caractérisé en ce que le liant est constitué par de la pâte à base de cellulose. 2. Produit conforme à la revendication 1, caractérisé en ce que le liant est de la pâte à papier. 3. Produit conforme à la revendication 2, caractérisé en ce que la proportion de pâte à papier dans le produit final est comprise entre 0,1 et 20% de matière sèche, de préférence entre 2 et 8%. 4. Produit conforme à la revendication 1, 2 ou 3, caractérisé en ce que la granulométrie des granu- les est comprise entre 0,1 et 20 mm, de préférence entre 0,5 et 5 mm. 5. Produit conforme à l'une des revendications 1 à 4, caractérisé en ce que la phase solide comportant une certaine teneur en matière minérale est constituée par l'un au moins des produits suivants, à l'état divisé, particulaire ou pulvérulent: a) une matière purement minérale telle que la perlite, la vermiculite, la silice fossile ou la chamotte, b) une matière organique constituée par des fragments ou particules de sous-produits ou de déchets végétaux présentant une certaine teneur en silice, tels que les déchets de graminées, notamment déchets de blé, mais et balles de riz; c) les cendres résultant de la combustion des produits végétaux visés en b; d) de la suie de charbon ou du coke. 6. Produit conforme à l'une des revendica- tions 1 à 5, caractérisé en ce que les granules comprennent un liant complémentaire tel qu'un liant amylacé, un sucre, une résine synthétique, une argile, du silicate de sodium, de la silice colloïdale, ou leur mélange. 7. Produit conforme à l'une des revendications 1 à 6, caractérisé en ce que les granules sont enrobés par une couche de particules de carbone ou de graphite ou suies de centrales thermiques, ou laitiers de haut- fourneau à l'état pulvérulent additionnées ou non de fondants usuels. 8. Procédé pour la fabrication d'un produit granulaire conforme à l'une des revendications 1 à 7, caractérisé en ce que la granulation est assurée dans des conditions telles que les granules en formation ne subissent aucune compression appréciable, susceptible de briser la structure de la phase solide à teneur en matière minérale. 9. Procédé conforme à la revendication 8, caractérisé en ce que le procédé met en oeuvre l'une des techniques suivantes: roulement des granules en formation les uns sur les autres à l'intérieur d'une cuve tournante ou d'une cuve fixe à pale rotative ou aspersion de pâte à papier sur des granules en lit fluidi- se. 10. Proeéd é conforme à la revendication 8 ou 9, caractérisé-en ce qu'après leur formation, on enrobe les granules au moyen d'un produit carboné pulvé- rulent, tel que particules de carbone ou de graphite, ou suies de centrales thermiques, ou laitiers de haut- fourneau à l'état pulvérulent, additionnées - ou non - de fondants.