Brevet FR2482872A1 — publié le 19811127

La présente invention a trait au domaine du traitement de matières minérales et de métaux en fusion et concerne un procédé d'obtention de granules d'indice de sphéricité élevé, notamment de billes, à partir de produits minéraux fondus tels que: silicates fondus, métaux et alliages à l'état liquide, verres et clinker en fusion, et tout spécialement laitiers métallurgiques dont les laitiers de haut-fourneaux et d'aciéries, phosphatés ou non, scories fondues, etc. On sait qu'un certain nombre de matières minérales, dont en particulier les laitiers non phosphatés d'aciéries (l'expression "laitiers" englobant également les scories) représentent de très gros tonnages de résidus dont seule une faible partie est utilisée. Les traitements effectués jusqu'à ce jour sur ces matériaux permettent d'obtenir des produits dont la valeur d'usage est relativement faible par exemple, granulats pour la confection de remblais et de couches de chaussées, produits d'amendement pour les sols. Dans les procédés destinés à obtenir des matériaux de granu- lométrie réduite à partir de matériaux fondus tels que des laitiers, on fait généralement intervenir une dispersion sur tambour à ailettes, refroidi convenablement, et l'on assure un refroidissement relative- ment intense de la masse fondue au moyen d'aspersion d'eau et/ou de jets d'air froid. Les granulats de laitier solidifié ainsi obtenus ont une structure poreuse et expansée, en particulier lorsqu'on incor- pore à la masse fondue des agents porophores. Lorsqu'on désire obtenir, à partir des laitiers fondus, des produits non poreux et durs, de structure compacte, comme par exemple des sables de décapage de grande valeur d'usage, il faut procéder à des concassages et broyages des matériaux récupérés en fosse: or, ces opérations consomment une importante quantité d'énergie et provo- quent une usure démesurée des appareils mis en oeuvre du fait de l'extrême abrasivité des matériaux. Il a maintenant été trouvé, à la suite d'essais industriels, qu'il était possible d'obtenir directement à partir des matières minérales en fusion, sans nécessité de concassage ou broyage ultérieur, des produits sphériques très durs analogues à des billes dont les diamètres peuvent descendre jusqu'à une fourchette de granulométrie très faible et ressem-rée. Selon le nouveau procédé de l'invention, on fait déverser la-- matière fondue sur un dispositif rotatif sans assurer aucun refroidis- sement, par moyen liquide ou gazeux, entre la coulée de matière et l'aire de réception o s'entassent les matériaux après déchiquetage par le dispositif rotatif et projection dans l'atmosphère. On a ainsi constaté qu'en opérant sans aucun apport d'agent de refroidissement, tant sur le trajet de déversement de la masse fondue qu'au niveau du système rotatif, et à condition de maintenir une vitesse minimum pour ce dernier, on obtenait en fosse ou sur l'aire de réception un produit constitué quasi-exclusivement de billes très dures ou d'éléments sphéroldaux offrant de larges possibilités d'ap- plication. Le système rotatif est réalisé de façon.à résister à l'éléva- tion de température. En pratique on utilise un corps solide tournant suivant un axe horizontal. Ce corps peut être plein ou creux, à paroi épaisse, ou évidé. S'il est de forme polygonale, les aretes servent au découpage de la matière en fusion; dans le cas o l'on utilise un corps cylindrique plein ou creux, il faut le munir de pales dont le nombre peut varier de 2 à 16 suivant les besoins (brevets français n0 80.08368 et 80.08477 des 15 et 16 avril 1980). Lorsque le système rotatif est un corps évidé, celui-ci se compose avantageusement de deux flasques sur lesquels s'appuient des lames épaisses dont le nombre peut également varier. Dans chaque cas, les extrémités des arêtes,des pales ou des lames, décrivent des sur- faces de révolution cylindriques dont le diamètre peut varier par exemple de 150 à 800 mm. En choisissant convenablement les caractéristiques du corps tournant (longueur, diamètre de la surface de révolution, nombre de pales d'éléments tranchants, vitesse de rotation...) il est possible d'obtenir des matériaux sphéroidaux dont les dimensions s'étagent entre 0,1 et 5 mm. , ou parfois plus jusqu'à 10 mm. Quand on désire produire des billes de diamètre inférieur à 5 mm, il est nécessaire que la vitesse périphérique des pales ou éléments tranchants ne descende pas en dessous de 10 mètres/seconde, le nombre de passages de pales par seconde devant un point fixe (par exemple l'extrémité d'une plaque d'alimentation s'il y en a une comme dit ci-après) étant au minimum de 40. En pratique, la matière en fusion est déversée directement de sa poche de coulée, d'une rigole d'évacuation ou encore d'un réser- voir intermédiaire à débordement sur le corps tournant à grande vitesse. Selon une variante, le flot de matière fondue est envoyé sur un plan incliné ou table d'alimentation du type plaque d'acier de forte épaisseur, de façon connue en soi mais ici sans assurer de refroidissement par circulation d'eau, avant l'écoulement sur le système rotatif. On peut ainsi régulariser la largeur et l'épaisseur de la lame de matière arrivant sur le corps tournant. Durant la mise en oeuvre du procédé, on ne constate pas de formation de poussières ni d'ailleurs la production de vapeur d'eau Io du fait qu'aucune injection d'eau de refroidissement n'est pratiquée dans la masse de matière fondue. A titre d'exemple non limitatif de réalisation, on a été amené à traiter un laitier d'acierie LD (comportant encore de l'acier liquide en suspension) coulant sur une plaque d'alimentation non refroidie avec un débit de 10 à 60 tonnes par mètre de longueur de système rotatif et parvenant à un cylindre plein équipé de 12 pales et tournant à la vitesse de 900 tours par minute. Les extrémités des pales décrivaient une surface de révolution cylindrique de 600 mm de diamètre. La vitesse périphérique des extrémités des pales était de 28,3 m/seconde et la fréquence de passage des pales devant l'extrémité de la table était de 180 coups par seconde. Le laitier LD en fusion contenait en suspension du métal li- quide non décanté. On a obtenu sur l'aire de réception, après déchi- quetage de la matière par le système rotatif et projection des parti- cules dans l'atmosphère, un matériau composé en majeure partie de granules sphéroldaux ne dépassant pas 5 mm; les granules présentant le plus grand indice de sphéricité étaient de diamètre inférieur à 3 mm; il n'y avait pas de granules de dimension inférieure à 0, I mm. Par simple séparation magnétique on a extrait les particules métalliques et les particules riches en oxyde ferromagnétique. Les granules non magnétiques, composés uniquement de laitier, avaient l'apparence de billes compactes à aspect vitrifié en surface, de grande résistance aux chocs et à l'écrasement; leur indice de microdureté était compris entre 600 et 1000 Vickers soit entre 6 et ' 7 à l'échelle Mohs. Par criblage on a pu obtenir des classes granulo- métriques très resserrées telles que: 0,1 à 0,25 mm; 0,25 à 0,50 mm; 0,50 à 1 mm; I 4 2 mm; 2 à 3 mm... etc. - Les produits obtenus selon le procédé de l'invention présentent des caractéristiques physico-chimiques intéressantes. En particulier, dans le cas de laitiers, les granules sont très compacts du fait qu'aucun agent expansif n'a été utilisé. La masse volumétrique des grains est comprise entre 3 000 et 3 500 kg/m3 suivant les classes granulométriques, la masse spécifique de la matière étant légèrement supérieure à 3 500 kg/m3. Dans le cas des granules métalliques, la masse spécifique est plus importante du fait qu'ils sont composés de métal trempé présentant une microdureté qui dépasse celle des granu- les de laitiers. Les grains obtenus ont une surface vitrifiée et ne se désagrègent pas, meme après immersion dans l'eau. Cette stabilité est due au refroidissement rapide de la matière. Les domaines d'applications de ces granules sphéroldaux sont très variés. Quelle que soit leur composition (métalliques ou à base de laitier) les granules de faible indice de sphéricité peuvent être utilisés comme produits de décapage des surfaces. Les granules d'indice de sphéricité élevé sont utilisables dans les opérations de "peening" ou préparation de surface par marte- lage. Les granules à base de laitiers remplacent avantageusement le verre sphérulaire dans la fabrication des accumulateurs de chaleur, des capteurs d'énergie solaire par suite de leur grande résistance à l'écrasement (200 à 1000 Mégapascals selon la classe granulométrique). Ils peuvent entrer dans la confection de microbêtons et de matières réfractaires; ainsi on peut les incorporer dans des bétonsà haute résistance dont les surfaces soumises à l'usure doivent rester lisses comme ceux utilisés pour les déversoirs hydrauliques et les canaux de fuite dont les surfaces doivent rester lisses. Par ailleurs, les produits selon l'invention peuvent être recyclés dans la chaîne d'agglomération ou encore gtre utilisés comme engrais '"retard" lorsqu'il s'agit de laitiers phosphatés. Bien qu'illustré, dans l'exemple ci-dessus, pour le trai- tement de laitiers métallurgiques, le procédé susvisé s'applique à tous métaux ou alliages fondus ainsi qu'aux matières minérales en fusion telles que verres, céramiques, clinker de ciment fondu et particulièrement aux produits çeemoyenne et forte basicité. R E V E N D I C A T I 0 N S 1. Procédé de production de granules sphéroldaux d'indice de sphéricité élevé, notamment de billes à partir de matières minérales et métaux en fusion dont tout spécialement des laitiers et scories métallurgiques, caractérisé en ce que la matière fondue est déversée sur un dispositif rotatif projetant les particules déchiquetées dans l'atmosphère, ces dernières étant récupérées sur une aire de réception directement sous forme majoritaire de billes, sans qu'aucun moyen de refroidissement, gazeux ou liquide, ne soit prévu entre la coulée de la masse fondue et la réception en fosse. 2. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que la matière fondue tombe sur une plaque inclinée (ou table d'alimenta- tion) servant de guide, non refroidi, avant son arrivée sur le dispositif rotatif. 3. Procédé selon l'une quelconque des revendications I à 3, caractérisé en ce que le système rotatif est constitué par un corps cylindrique ou polygonal plein ou creux à parois épaisses, muni de pales ou lames dont la vitesse périphérique est d'au'moins 10 mètres/ seconde. 4. Procédé selon la revendication 3, caractérisé en ce que le corps rotatif est évidé et se compose de deux flasques sur lesquels s'appuyent des lames horizontales épaisses dont les extrémités décri- vent des surfaces de révolution cylindriques de diamètre 150 à 800 mm. 5. Billes de matières minérales, notamment de laitiers, obtenues selon le procédé de l'une quelconque des revendications 1 à 4, d'indice de dureté au moins égal à 6 (échelle Mohs), aptes à être criblées selon une classification granulométrique très resserrée entre 0,1 et 5 mm. 6. Application des billes selon la revendication 5 comme agents de décapage et traitement de surfaces métalliques, additifs pour bétons et mortiers réfractaires, moyens de substitution au verre sphérulaire et engrais à action retard dans le cas de laitiers phosphatés.