Brevet FR2480136A1 — publié le 19811016

La présente invention a trait à la production de matériau divisé en boulettes et granules à partir de matières minérales en fusion telles que des laitiers et scories métallurgiques, des verres, céramiques et réfractaires fondus. Il est connu que l'on peut obtenir des matériaux divisés " ,l.,1es et boulettes par dispersion de la matière minérale en fusion à l'aide d'un tambour tournant muni d'ailettes disposées sur toute Sa longueur (Brevet accordé aux USA sous le N03 594 142 et en FRANCE sous le N 69 18 303) te procédé debase a fait l'objet de multiples améliorations dans le but notamment de modifier certaines caractéristiques physiques des produits obtenus en vue d'utilisations partieulières. Par exemple dans le procédé de granulation dw brevet français n"75 07832 (publication N02 303 589) on a recherché l'obtention de produits de fine granulométrie, en majeure partie inférieure à 3 mm et de degré de vitrification élevée. Dans le brevet U.S. N"4 152 131, on a décrit un dispositif perfectionné d'alimentation du tambour tournant permettant d'améliorer l'expansion de la matière fondue avant sa dispersion dans l'atmosphère. Les études et les essais de réglage ont permis de démontrer que les caractéristiques des matériaux obtenus dépendent essentiellement des conditions de fonctionnement pour un appareil de géométrie bien définie (diamètre et longueur du tambour, nombre d'ailettes ou pales, vitesse périphérique du tambour inclinaison et largeur de la table d'alimentation) et pour des paramètres de fonctionnement tels que positions, types et nombres des injecteurs d'eau d'expansion et de re froidissement. débit et vitesse des jets d'eau, rapport eau/laitier aue l'on cherche à obtenir. Parmi les caractéristiques des materiauxZon considere particulièrement : la composition granulomètrique, la masse volumique des grains, la porosité, la teneur en eau résiduelle, le degré de vitrification, le pouvoir d'absorption d'eau, la résistance mécanique des grains. Jusqu'à présent, par suite même des caractéristiques de construction du tambour qui comporte 8 ailettes ou pales, la granulométrie du matériau final se si tue dans un fuseau duquel il est difficile de sortir, même en modifiant certaines conditions de marche comme la vitesse de rotation du tambour et/ou l'énergie cinétique des jets dFeau qui sont les deux facteurs ayant une influence essentielle sur la dispersion de la matière en fusion. Par exemple, avec le tambour décrit dans le brevet US 3 594 142, comportant 8 pales espacées régulièrement et disposées le long de génératrices du tambour et tournant à des vitesses de 300-400 tours/ mn, on obtient habituellement un matériau brut dont la granulométrie s'échelonne entre 0 et 12 mm et contenant de 10 à 25 % de grains supérieurs à 4 mm et de 15 à 40 % de grains inférieurs à Imm. Or, il existe des domaines d'utilisation pour lesquels on recherche des matériaux nodulaires dont ia dimension supérieure dépasse nettement 12 mm comme c 'est le cas dans la fabrication de panneaux de laitier de haut fourneau bouleté expansé de classe granulométrique 10-20 ou 10-25 mu. Inversement, pour certaines utilisations, on a intérêt à utiliser des matériaux à base de laitier de haut fourneau de classe granulométrique 0-3 ou 0-6 mm. Ces classes de matériaux sont utilisées pour la confection des ciments au laitier, pour la construction de chaussées en graves-laitier, comme sable léger pour bétons légers etc.. I1 se pose donc le problème de pouvoir adapter la fabrication du matériau minéral en fonction du marché existant à un moment donné et, pour cela, de mettre à la disposition du fabricant de nouveaux types de tambours aptes à procurer le matériau présentant exactement les caractéristiques physiques souhaitées. L'invention apporte une solution à ce problème grâce à la mise au point de tambours de caractéristiques très différentes de celles du tambour à 8 pales jusqu1ici utilisé et présentant des aménagements spécifiques pour l'obtention de matériaux divisés dont les courbes granulométriques correspondent parfaitement au type de produit désire. Selon une première caractéristique du procédé de l'invention, lorsqu'on vise l'obtention d'un matériau de fine granulométrie, on cherche à accroître l'effet dispersif. du tambour en augmentant le nombre des chocs provoqués par le passage des pales au bas de la table d'alimentation. Le plus commode pour parvenir à ce résultat est de porter le nombre de pales de 8 à 12 et meme 16, ce qui permet pour une même vitesse de rotation du tambour de multiplier par 1,5 à 2 fois le nombre des passages des pales. L'expérience a montré que la granulométrie du matériau était nettement plus fine puisque la proportion de grains inférieure à 1 mu était d'au moins 40 % et pouvait monter jusqu'à 60 %, alors que celle des grains supérieurs à 4mm était au maximum de 5 %. Un tel matériau pour les usages auxquels il est destiné ne nécessite pas de préparation ou traitement complémentaire pour l'utilisation, par exemple, en cimenterie Selon une autre caractéristique essentielle du procédé de l'invention, visant cette fois-ci la préparation de matériaux nodulaires contenant au moins 40 % de grains de dimension supérieure à 4 mu et au moins 10 % de nodules de diamètre moyen supérieur à 10 mm (ou classe 10-20 mm), on met en oeuvre un tambour rotatifdont le nombre de pales est limité au maximum à quatre. Il a en effet été trouvé qu'en utilisant un tambour tournant muni de 4, 3 et à la limite de 2 pales, disposées symétriquement le long de génératrices, on parvenait à accroître simultanément la limite supérieure du diamètre des grains les plus gros et la proportion de l'ensemble des éléments supérieurs à 4mu (40-à 60 %) tandis que tepOurcentage d'éléments supérieurs à 10 mm est généralement compris entre 10 et 30 %. Grâce à la réduction du nombre de pales du tambour bouleteur, on obtient pour un même débit de matière en fusion se présentant sous la forme d'une couche continue expansée à l'extrémité de la table d'alimentation, l'arrachement d'un ruban de matière plus épais qui est éjecté avec une vitesse initiale %. Ce ruban de matière se fragmente en particules qui, par suite de l'accroissement du rapport masselsurface suivent une trajectoire dans l'atmosphère plus allongée pour une meme vitesse de rotation du tambour, par suite d'un freinage moindre dû à la résistance de l'air. Pour la même raison, le gradient de refroidissement est plus faible ce qui permet aux particules ayant une masse plus importante de conserver plus longtemps leur plasticité et de prendre une forme d'indice de sphéricité plus élevé, ce qui se révèle être un avantage important dans la confection des bétons à partir des granulats obtenus. En pratique, l'obtention d'un matériau contenant une forte proportion de boulettes supérieures à 4 et 10 mm s'effectue suivant les conditions du marché avec des tambours munis de 4 pales entières symétriques, décalées à 90q à la surface du tambour, ou encore de 3 pales décalées de 1200 et même de 2 pales diamétralement opposées. Du fait de la diminution du nombre des pales, la masse de matière fondue arrachée à chaque passage de pale à la base de la table d'alimentation est plus importante ; de ce fait l'effort à fournir à chaque passage est plus grand. Pour remédier à cet inconvénient on peut, certes, augmenter la puissance du moteur d'entrainement. Toutefois, il a été trouvé qu' une modification judicieuse de la disposition des pales à la surface du tambour permettait d'obtenir les mêmes résultats sans toucher aux caractéristiques du moteur. Selon cette variante le tambour est muni non pas de pales entières, mais de fractions de pales disposées à sa surface. Ainsi on peut utiliser un tambour à 8 demi-pales donnant les mêmes performances qu'un tambour à 4 pales entières. De même, neuf tiers de pales décalées les unes des autres de 40 équivalent à 3 pales entières ; bien entendu d'autres combinaisons sont possibles comme un tambour à six demi-pales ou douze tiers de pales; Les recherches pour limiter le bruit provoqué par les impacts des pales sur la matière descendant de la table d'alimentation ont conduit à munir les tambours de portions de pales décalées. En effet, dans le cas de tambours à portions de pales, l'énergie dissipée au cours des impacts est répartie sur des nombres de chocs multiples des nombres de pales entières (multiples de 2 ou 3 suivant que l'on a des demi-pales ou des tiers de pales). De ce fait, la fréquence du son s'accroit et son intensité diminue; le résultat global se traduit par une diminution très nette du bruit. Exemples de réalisation On a effectué de nombreux essais en marche industrielle pour la production de laitier expansé boulecé en opérant suivant la technique connue de traitement du laitier en fusion à l'aide d'un tambour tournant selon le brevet US NO 4142 131 et on a comparé les résultats obtenus à l'aide d'un tambour à 4 pales entières ou 8 demi-pales décalées à 45" et tournant à la meme vitesse avec ceux donnés par un tambour classique à 8 pales entières.On a obtenu de cette façon des produits bouletés contenant jusqu'à 40 à 60 % de grains supérieurs à 4 mu dont 10-25 % de boulettes supérieures à 10 mm ; le tambour classique à 8 pales entières n'a fourni que 10 à 20 Z de grains supérieurs à 4 mm dont 3 à 5 % de boulettes supérieures à 1Omm. Ces résultats, parmi de nombreux autres, ressortent clairement du graphique de la figure unique annexée où l'abscisse représente le diamètre moyen des grains en mm alors que l'ordonnée correspond au pourcentage de grains passant à travers des tamis de maille correspondant aux diamètres de l'abscisse. Le fuseau A (ou zone A) correspond aux laitiers bouletés obtenus à l'aide d'un tambour à 8 paies entières tournant à la vitesse de 300 à 400 tours/minutes. Le fuseau B englobe les produits obtenus selon une caractéristique de l'invention à l'aide d'un tambour à .quatre pales entières ou huit demi-pales. En effectuant des essais, selon une autre variante de l'invention, sur un tambour équipé de douze pales entières tournant à 300 400 tours/minute, on a pu tracer les courbes donnant lieu au fuseau C qui correspond aux produits fins. Lorsqu'on cherche à obtenir des produits contenant des boulettes de plus grandes dimensions que celles obtenues à L'aide d'un tambour à 4 pales ou 8 demi-pales on a la possibilité d'utiliser des tambours à 3 pales entières, 6 demi-pales ou 9 tiers de pales et meme des tambours à 2 pales, 4 demi-pales ou 6 tiers de pales (zone D). Il faut souligner que pour ces tambours équipés de pales ou de fractions de pale dont les longueurs totalisent 2 à 16 longueurs de génératrice, on n'a pas apporté de modification à la longueur et au diamètre du tambour ainsi qu'à la hauteur des pales. De ce fait, pour une vitesse angulaire donnée, les particules de laitier sont éjectées dans l'atmosphère avec la même vitesse initiale. On a constaté qu'en utilisant des tambours à nombre réduit de pales, le matériau bou leté s'accumule à une distance plus éloignés 7 tambour par suite d'un moindre freinage des particules de masse plus importante. Le tambour classique à 8 pales est composé d'une virole de 1856 mu de longueur et de 610 mu de diamètre. La hauteur des pales est de 114 mm, ce qui donne un diamètre hors tout de 838 mm. Pour une vitesse de rotation de 300 tours/mn, les particules de laitier arrachées par les pales sont éjectées à la vitesse de 13,6 mils. Lorsque le tambour tourne à 400 tours, la vitesse d'éjection passe à 17,53 m/s. Selon une autre variante de l'invention, pour accroître la vitesse initiale des particules de laitier tout en conservant les mêmes fréquences de passage des pales au bas de la table d'alimentation, on a accru le diamètre utile des tambours jusqu'à 1200 mu, ce qui a permis d'obtenir des vitesses périphériques de 18,85 et 25,13 m pour des vitesses de rotation de 300 et 400 tours/minute. Il est possible d'ace croître le diamètre utile des tambours au delà de 1500 mm. En pratique, cette augmentation du diamètre utile du tambour permet de diminuer la vitesse de rotation pour une vitesse périphérique identique. Le résultat est l'obtention de produits bruts de plus forte granulométrie se situant dans la partie D du fuseau de la figure unique ou éventuellement à gauche de cette partie. En outre, dans le cas du traitement de laitiers en fusion, il est possible, en choisissant une vitesse de rotation adaptée, de provoquer volontairement la formation prépondérante de matière étirée en fibres ou laine de laitier dont on connait de nombreuses applications (voir brevets français n077 37968 et 77 37969). Cette production de laine de laitier est obtenue également dans le cas du tambour à 8 on pales, mais avec l'utilisation de tambours dont/a modifie le diamètre et le nombre de pales, on possède des paramètres supplémentaires de réglage. La laine de laitier, soigneusement recueillie par tout moyen adéquat, peut être utilisée comme substrat de culture hors sol, soit seule, soit en mélange avec de la tourbe ou tout autre granulat léger comme l'argile expansée, la ponce, le schiste expansé, les cendres frittées et de préférence avec les boulettes de laitier expansées elles-mêmes. En effet, ces dernières présentent des caractéristiques très favorables pour la composition de substrat de culture hors sol (absence de germes par suite de la fabrication à haute température, porosité des grains permettant une absorption d'eau restituée au fur et a mesure des besoins, forme sphérique permettant un bon développe- ment des racines, composition chimique favorable et apport d'oligoéléments). Les matériaux en granules ou boulettes obtenus selon l'invention présentent des caractéristiques nettement améliorées au point de vue granulométrique et forme des grains, ce qui rend aptes à être utilisés dans de nouveaux domaines et tout particulièrement: - confection de bétons légers pour panneaux de grandes dimensions et autres parois isolantes au point de vue thermique et acoustique dans la construction à partir de granulats de grande dimension obtenus à l'aide de tambours à nombre. réduit de pales. - production d'un matériau fin (grains inférieurs à 5mu) obtenu à l'aide de tambours à nombre accru- de pales. Ce matériau est à un degré de siccité suffisant pour être utilisé sans sèchage préalable en cimenterie pour la confection de ciments au laitier. - production conjointe de boulettes et de laine à l'aide de tambours dont le diamètre utile a été accru pour obtenir des vitesses d'éjection des particules de laitier en fusion qui s'étirent en fils pour donner une laine de laitier pouvant remplacer avantageusement les fibres d'amiante dans de nombreux domaines. Les boulettes et les fibres produites peuvent être utilisées pour la confection de substrat pour les cultures hors sol. Ges tambours tels que définis ci-dessus peuvent être utilisés-pour le traitement de tout mélange minéral en fusion comme les produits de l'industrie du verre, de la céramique des réfractaires et lu clinker fondu en cimenterie. Ils conviennent particulièrement bien aux laitiers et scories métallurgiques obtenus au cours- de l'élaboration de l'affinage des fers, fontes et aciers, des ferroalliages, des métaux non ferreux et de métalloïdes comme le phosphore, produits par voie thermique. REVENDICATIONS 1. Procédé d'obtention de matériaux minéraux sous forme divisée, de répartition granulométrie prédéterminée, par mise en oeuvre de la technique connue de coulée du matériau en fusion, sous arrosage de jets d'eau pressurisée, sur un plan incline éventuellement refroidi puis projection dans l'air par action d'un tambour rotatif à ailettes ou pales, le procédé étant CARACTERISE en ce que l'on utilise un tambour dont le nombre et la disposition des pales sont spécialement amenagés pour parvenir à la courbe granulométrique souhaitée. 2. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que le tambour contient seulement deux à quatre pales décalées respectivement de 180 à 90 degrés sur la surface, pour obtenir des granules ou boulettes contenant au moins 40 % de grains de diamètre supérieur à 4 mm et au moins 10 % de nodules de diamètre moyen supérieur à 10 mm. 3. Procédé selon la revendication 2, caractérisé en ce que les longueurs de pales n'intéressent que des fractions de génératrice du tambour. 4. Procédé selon la revendication 3, caractérisé en ce que ladite fraction correspond à un tiers ou une moitié de la génératrice du tambour. 5. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que le tambour comporte au moins 12 pales régulièrement réparties sur la largeur pour obtenir un matériau divisé contenant au moins 40 % de grains dont le diamètre moyen est inférieur à Imm et moins de 5 % de granules de diamètre supérieur à 4mm. 6. Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 5, caractérisé en ce que le diamètre utile du tambour peut passer de 840mm environ à au moins 1500 mm. 7. Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 6, caractérisé en ce que les matériaux divisés sont obtenus à partir de laitiers et scories métallurgiques fondus de clinker de ciment fondu ou autres matières minérales fondues comme les verres, les céramiques et les matières réfractaires. 8. Utilisation des produits obtenus selon le procédé de l'une quelconque des revendications 2 à 4 pour la confection des bétons légers pour panneaux isolants thermiques et phoniques. 9. Utilisation des produits obtenus selon le procédé de l'une quelconque des revendications 5 à 7 pour la répartition pion de ciments aù laitier, sans preparation ou traitement complémentaire. 10. Utilisation des produits selon le procédé de l'une quelconque des revendications 6 ou 7 comme fibre minérale apte à remplacer les fibres d'amiante et la tourbe.