Brevet FR2526676A1 — publié le 19831118

La présente invention concerne un appareil de granulation de matières solides fondues, liquéfiables par chauffage, dont des exemples sont les laitiers métallurgi- ques, les verres, le soufre et les métaux fondus. Les procédés et appareils de granulation de di- verses matières liquéfiables par chauffage, par exemple indiquées précédemment, sont maintenant bien connus Un procédé et un appareil existants, particulièrement destinés à la granulation des laitiers métallurgiques, sont décrits dans le brevet des Etats-Unis d'Amérique no 3 594 142 qui indique qu'il est considéré comme étant le premier pro- cédé permettant la transformation des laitiers métallur- giques en granulés de forme générale sphérique et à sur- face fermée, ayant un intérieur vésiculaire, d'une manière fiable et rentable L'application de ce procédé connu à la granulation de telles matières provoque aussi une ré- duction importante de la quantité d'eau nécessaire au trai- tement du laitier ainsi que de la quantité des gaz nocifs émis, par rapport aux autres installations de traitement de laitiers utilisées actuellement, par exemple la granula- tion en cuve. L'appareil de granulation mis en oeuvre dans ce procédé connu comprend un rotor cylindrique allongé suivant son axe et tournant autour de son axe longitudinal qui est horizontal Le rotor porte, à sa périphérie, un certain nombre de palettes horizontales dirigées radiale- ment vers l'extérieur, et le laitier fondu qui doit être granulé, alors qu'il est mélangé à une quantité prédéter- minée d"eau, descend par gravité sur une surface d'inter- action pendant un temps suffisant pour que le mélange d'eau et de laitier atteigne un état pyroplastique, le mélange étant alors déchargé sur la périphérie du rotor et chassé par les ailettes dans de l'air à une distance suffisante et pendant un temps suffisant pour que le laitier se refroi- disse et forme des granulés sphériques cohérents On a utilisé cet appareil d'une manière tout à fait satisfaisante dans un certain nombre d'installations de granulation de nombreux types différents de laitiers. En pratique, un certain nombre de problèmes se pose et cet appareil fondamental ne permet pas leur résolution commode Par exemple, il est souhaitable que le courant de laitier soit aussi uniforme que possible et, à cet effet, dans le procédé original décrit dans le document précité, le laitier de haut-fourneau est coulé dans une poche à partir de laquelle il est coulé dans l'appareil de granu- lation avec un débit uniforme réglé de manière que le rap- port du laitier à l'eau reste compris entre des limites nécessaires Cependant, pour des raisons de rentabilité optimale, il est essentiel que le laitier fondu soir trans- mis directement par une rigole partant de la source qui produit le laitier, tel qu'un haut-fourneau, et rejoignant l'appareil de granulation, et le réglage du débit est alors bien plus difficile Les conditions régnant dans le haut- fourneau varient-souvent pendant l'opération de coulée et donnent des débits variables de laitier fondu. On a constaté qu'il était avantageux, pour l'ob- tention d'un fonctionnement optimal,que les palettes soient maintenues complètement "chargées" de laitier, mais ce chargement sur une partie quelconque du rotor ne doit pas dépasser une valeur maximale, o une partie est noyée et perd son efficacité. Ce problème particulier est rendu encore plus aigu par la difficulté de l'étalement d'un courant de ma- tière fondue sur une surface, sa viscosité et son énergie superficielle étant telles qu'elle a tendance à essayer de "rassembler" en un courant relativement compact plutôt que de s'écouler comme indiqué précédemment. Une solution connue au problème posé est d'utili- ser un débit supérieur à la valeur maximale nécessaire, le surplus étant transmis à une cuvé de trempe qui est habituellement prévue dans tous les cas comme mesure de sécurité afin qu'elle reçoive directement le laitier lors- que l'appareil de granulation est hors d'état de fonctionner pour une raison quelconque Cet excès est alors sous forme du laitier refroidi à l'air qui est moins souhaitable au point de vue du commerce Une autre solution est la dispo- sition de deux rotors placés côte à côte et la transmis- sion au second rotor du mélange lorsque le débit dépasse la valeur maximale prédéterminée correspondant au premier rotor, mais cette disposition nécessite des rigoles de longueur trop grande et n'est pas toujours utilisable lors- que l'espace disponible à proximité de la source de la matière fondue ne suffit pas à la disposition d'un appa- reil de grande dimension et d'une réserve importante né- cessaire pour la disposition des granulés. L'invention concerne un appareil de granulation qui peut fonctionner de manière satisfaisante sur une pla- ge relativement large de débits de matière fondue qui lui est transmise. Elle concerne aussi un appareil relativement peu encombrant qui peut être disposé et utilisé dans un espace relativement réduit. Plus précisément, l'invention concerne un appa- reil de granulation d'une matière solide fondue, liqué- fiable par chauffage, comprenant un châssis d'appareil, un dispositif à plaque d'alimentation monté sur le châssis et formant une surface d'alimentation sur la- quelle la matière fondue s'écoule par gravité lorsqu'elle est transmise par le dispositif d'alimentation, un premier rotor à ailettes radiales monté sur le châssis afin qu'il tourne autour d'un axe horizontal et à la périphérie duquel la matière fondue est transmise par la surface d'alimentation afin qu'elle soit projetée dans l'air en vue de son refroidissement et de sa granu- lation, un second rotor monté sur le châssis et destiné à tourner autour d'un second axe avec sa périphérie placée à distance au-dessus de la surface d'alimentation afin que la matière s'écoulant par gravité sur la surface d'ali- mentation passe dans un espace de réglage formé entre cette surfacc et la périphérie mobile du second rotor, et un moteur destiné à faire tourner le premier rotor Jutour de son axe dans le sens assurant la projec- ton nécessaire dans l'air, et destiné à faire tourner le secr;d rotor autour de son axe. D'autres caractéristiques et avantages de l'in- vention seront mieux compris à la lecture de la description qui va suivre d'exemples de réalisation et en se référant aux dessins annexés sur lesquels: la figure 1 est une perspective d'un appareil de projection selon l'invention, avec des parties repré- sentées en traits interrompus et en traits mixtes, faci- litant la clarté de la représentation; et la figure 2 est une coupe longitudinale suivant la ligne 2-2 de la figure 1. Le procédé de granulation est mis en oeuvre com- me décrit dans le brevet des Etats-Unis d'Amérique n 3 594 142 par projection de la matière fondue dans l'air au-dessus d'une cuve ou d'une autre zone collectrice dans laquelle la matière granulaire refroidie est retirée par tout dispositif classique, et l'appareil de granulation est donc monté au bord de la zone collectrice et, avanta- geusement, près de la source de matière fondue telle qu'un haut-fourneau (non représenté) à partir duquel la matière est transmise par une rigole 10 lors de la coulée du haut- fourneau. L'appareil comprend un châssis portant la réfé- rence générale 12 et comprenant deux organes latéraux dis- tants 14 et 16 qui supportent entre eux les différentes lens de l'appareil, c'est-d-dire une plaque 18 d'ali- me-itation, inclinée vers le bas, un premier rotor 20 de projection muni d'ailettes et un second rotor 22 de réglage de débit. La plaque d'alimentation comporte une plaque mté'alliue plate 24 de base supportant plusieurs blocs 26 d'une matière très réfractaire, par exemple de graphite, dont 'es faces supérieures forment la surface d'alimentation par interaction sur laquelle la matière fondue s'écoule par gravité lors de sa réaction avec l'eau qui est trans- mise par exemple par une tuyauterie 28 et des buses 30, si bien que le mélange se trouve à un état souhaitable de granulation au moment o il atteint le rotor 20 de pro- jection Les parois latérales 32 sont destinées à confiner le courant de matière afin qu'il ne s'échappe pas latéra- lement de la surface d'alimentation, et l'ensemble de la plaque d'alimentation est monté sur le châssis de l'appa- reil par l'intermédiaire de ressorts et subit constamment des vibrations qui facilitent beaucoup la suppression de tout collage de la matière fondue à la surface La plaque est ainsi supportée par des montants 34 du châssis par l'intermédiaire de ressorts de compression 36 de forme hélicoïdale, disposés de manière que leurs axes de compres- sion soient verticaux Des vibrations aléatoires sont pro- duites par le choc du laitier fondu tombant de la rigole sur la plaque, se superposant à une vibration forcée constante produite par une masse rotative excentrique 38 portée par un arbre horizontal rotatif 40 monté entre les parois latérales 42 de la structure de la plaque L'arbre est entraîné en rotation par un moteur 44 par l'inter- médiaire d'une courroie 46 On peut utiliser d'autres types de plaques d'alimentation, par exemple une structure re- froidie intérieurement par de l'eau, lorsque les blocs de graphite peuvent ne pas être nécessaires. Le premier rotor 20 de projection comprend deux plaques latérales circulaires 58, parallèles et distantes, entre lesquelles est disposé un cylindre horizontal 60 de section circulaire, coaxial à un arbre 52 d'entraîne- ment sur lequel il est monté, la périphérie du cylindre ayant un certain nombre d'ailettes 62 de projection, dé- passant radialement et qui sont au contact de la matière fondue provenant de la plaque 18 d'alimentation, à-un em- placement circonférentiel convenant à la projection de la matière dans l'air, permettant sa granulation comme décrit précédemment A cet effet, le rotor tourne dans le sens contraire des aiguilles d'une montre sur les des- sins, et il est entraîné par un moteur 48 par l'intermé- diaire d'une courroie 50 et d'une poulie 54 Le rotor est re- froidi lors du fonctionnement par transmission d'eau de refroidissement à l'intérieur du tambour, ainsi que par pulvérisation d'eau à l'extérieur le cas échéant; de tels dispositifs de refroidissement ainsi que d'autres sont bien connus des hommes du métier et on ne les décrit pas plus en détail. Le second rotor 22 comprend aussi deux plaques 64 d'extrémité qui sont distantes et parallèles et entre lesquelles est placé un cylindre horizontal 66 de section circulaire, coaxial à son arbre 68 d'entraînement, les extrémités de l'arbre étant montées dans des paliers cor- respondants 70 afin qu'il tourne autour d'un axe horizon- tal parallèle à la surface d'alimentation de la plaque 18 mais distant-de celle-ci Le second rotor présente donc, à la matière fondue qui s'écoule le long de la plaque d'ali- mentation, une surface lisse qui coopère avec la surface d'alimentation de la plaque à la formation de ce qu'on peut appeler un "espace de réglage dynamique". Les paliers 70 sont montés afin qu'ils soient mobiles sur des cornières 74 qui sont fixées sur les or- ganes latéraux 14 et 16 du châssis, si bien qu'ils sont parallèles à la surface d'interaction Ainsi, comme re- présenté, les boulons 76 qui maintiennent les paliers 70 sur les cornières 74 sont mobiles dans des fentes longi- tudinales 78 si bien que la position du second rotor par rapport au premier, dans la direction longitudinale de la plaque d'alimentation, peut être facilement réglée. La hauteur de cet "espace dynamique" entre la périphérie du second rotor et la surface d'interaction peut être ré- glée le plus commodément par introduction de cales de l'épaisseur nécessaire entre les paliers et leurs organes de support Le rotor tourne dans le sens des aiguilles d'une montre sur les figures, sous la commande du moteur 48 et de l'arbre 52 du premier rotor par l'intermédiaire de la poulie 56, de la courroie 80, de la poulie 82 montée sur l'arbre 68 et de poulies folles 84, si bien que sa périphérie formant le bord supérieur de l'espace de ré- glage est constamment mobile dans la même direction que le courant de matière fondue descendant le long de la sur- face de la plaque d'alimentation et passant dans l'espace de réglage. Il est aussi possible que le second rotor joue le rôle de l'espace de réglage dynamique lorsqu'il tourne dans le sens contraire des aiguilles d'une montre, sa pé- riphérie se déplaçant en sens inverse du courant descendant de matière au niveau de l'espace, mais il est plus probable qu'une matière se déplaçant rapidement ait la possibilité de former des projections d'une manière indésirable Cepen- dant, la rotation dans ce sens provoque la création d'une force de cisaillement qui s'oppose à l'écoulement et re- tarde ainsi dans une certaine mesure le déplacement du courant de matière, laissant plus de temps pour la forma- tion d'une mousse et permettant la formation d'une matière ayant une plus faible masse volumique apparente Le second rotor peut aussi être refroidi par passage à l'intérieur d'eau de refroidissement transmise à l'intérieur de toute manière connue. On constate que le premier tambour 20 de projec- tion muni d'ailettes peut fonctionner alors avec une capa- cité accrue et en conséquence avec un rendement et un dé- bit plus grand de matière fondue, pour un tambour de dimen- sion donnée L'espace de réglage formé par le second rotor règle ainsi l'épaisseur du courant de matière fondue sur la surface de la plaque d'alimentation si bien que le cou- rant ne peut pas se "rassembler" avant d'atteindre le rotor de projection, et la surcharge locale et le noyage de par- ties de la périphérie du rotor sur lesquelles parvient le courant rassemblé ne peuvent pas se manifester Le cou- rant de matière s'étale aussi plus uniformément sur la largeur de la plaque d'alimentation et sur le premier rotor, les parties d'extrémités du rotor pouvant donc être mieux utilisées et permettant l'obtention d'une capacité maxi- male pour une longueur déterminée inférieure à celle qui a été nécessaire jusqu'à présent On considère que le se- cond rotor a aussi un effet avantageux en ce qu'il re- pousse matériellement la matière dans les espaces séparant les ailettes qui sont ainsi mieux chargées, la granulation ayant donc un meilleur rendement et une meilleure unifor- mité. L'épaisseur de l'espace de réglage détermine évidemment le débit maximal de matière fondue principa- lement en un point quelconque sur la largeur de la plaque d'alimentation et des deux rotors, et elle ne doit pas être trop faible lorsque les ailettes doivent être char- gées au maximum La position longitudinale de l'espace le long de la plaque d'alimentation et par rapport au pre- mier rotor nécessite aussi un réglage car, lorsque l'es- pace est trop en arrière, la matière peut avoir la possi- bilité de se rassembler à nouveau et de provoquer un noyage, alors que, lorsque l'espace est trop en avant, il peut perturber la projection de la matière fondue, en provoquant un aplatissement de sa trajectoire, si bien que le temps de parcours dans l'air est réduit et ne suffit pas au re- froidissement et à la mise de la matière sous forme de petites sphères. Dans un mode de réalisation particulier utilisé pour la granulation des laitiers de haut-fourneau, le pre- mier rotor 20 a un diamètre de 84 cm mesuré aux extrémités des ailettes, il comrporte huit ailettes et il tourne à une vitesse d'environ 250 à 350 tr/min Le rotor 22 peut être de tout diamètre commode et il a normalement une di- mension comprise entre environ 10 et 80 cm Un tambour ayant un diamètre d'environ 60 cm de préférence tourne à une vitesse comprise entre environ 25 et 100 tr/min, le plus souvent à environ 50 tr/min La vitesse inférieure doit être telle que la poussée matérielle avantageuse in- diquée est obtenue Bien que, dans ce mode de réalisation, les deux rotors soient entraînés par un même moteur, il peut être préférable, dans d'autres modes de réalisation, d'utiliser des moteurs séparés, le moteur utilisé pour l'entraînement du second rotor ayant une vitesse variable afin qu'il permette un réglage fin. L'appareil selon l'invention permet aussi un meilleur "réglage fin" du procédé pour lequel il est uti- lisé car le débit d'alimentation de la matière fondue s'est révélé être le paramètre essentiel dont le réglage et le maintien satisfaisant à une valeur uniforme sur toute la durée d'une opération de coulée, se sont révélés les plus difficiles L'"espace dynamique" délimité par le se- cond rotor empêche l'augmentation du débit au-delà d'un débit prédéterminé et permet en conséquence une détermi- nation plus précise du diamètre optimal du premier rotor, du nombre d'ailettes, de la configuration des ailettes et de la vitesse des bouts des ailettes, donnant la granu- lation la meilleure. L'utilisation d'un tambour rotatif pour la forma- tion d'un espace de réglage "dynamique" assure un collage minimal du laitier à la surface, et cet effet est accru par les vibrations forcées de la plaque d'alimentation puisque ces vibrations ont au moins une composante dans une direction qui fait varier la hauteur de l'espace de réglage, et qui est transmise à la surface du rotor qui tourne,à travers la matière fondue Bien qu'un second ro- tor à surface lisse ait été représenté, ce second rotor peut avoir des nervurés horizontales peut élevées, jouant le rôle d'ailettes rudimentaires et facilitant le maintien de l'excès de matière sans provoquer de projections de la matière vers le haut de la plaque d'alimentation. Bien entendu, diverses modifications peuvent être apportées par l'homme de l'art aux dispositifs et procédés qui viennent d'être décrits uniquement à titre d'exemples non limitatifs sans sortir du cadre de l'in- vention. REVENDICATIONS 1 Appareil de granulation d'une matière solide fondue, liquéfiable par chauffage, caractérisé en ce qu'il comprend: un châssis d'appareil ( 14, 16), un dispositif ( 18) à plaque d'alimentation monté sur le châssis et formant une surface d'alimentation sur laquelle la matière fondue s'écoule par gravité lorsqu'elle est transmise par un dispositif d'alimentation ( 10), un premier rotor ( 20) de projection, ayant des ailettes radiales et monté sur le châssis afin qu'il tourne autour d'un axe horizontal correspondant ( 52), la matière fondue étant transmise à la périphérie de ce rotor par la surface d'alimentation afin qu'elle soit projetée dans l'air et puisse se refroidir et se granuler, un second rotor ( 22) monté sur le châssis afin qu'il tourne autour d'un second axe ( 68), sa périphérie ( 66) étant placée à distance au-dessus de la surface d'ali- mentation afin que la matière s'écoulant par gravité sur la surface d'alimentation passe dans un espace de réglage formé entre cette surface et la périphérie mobile du second rotor, et un moteur ( 48,) destiné à faire tourner le premier rotor autour de son axe dans le sens assurant la projection nécessaire dans l'air, et à faire tourner le second rotor autour de son axe. 2 Appareil selon la revendication 1, caractérisé en ce que le second rotor tourne autour de son axe dans un sens tel que sa périphérie se déplace dans le sens d'écoulement de la matière le long de la surface d'ali- mentation et dans l'espace de réglage. 3 Appareil selon l'une des revendications 1 et 2, caractérisé en ce que le second rotor est monté sur le châssis ( 76, ? 8) afin qu'il puisse se déplacer paral- lèlement à la surface d'alimentation. 4 Appareil selon l'une des revendications 1 et 2, caractérisé en ce que le second rotor est monté sur le châssis de l'appareil afin qu'il puisse se déplacer par rapport à la surface d'alimentation en s'en éloignant et en s'en rapprochant et règle ainsi la hauteur de l'es- pace de réglage. 5 Appareil selon la revendication 1, caractérisé en ce que le second rotor a une surface cylindrique lisse ( 66) de section circulaire, coaxiale à son axe de rotation. 6 Appareil selon la revendication 1, caractérisé en ce que le dispositif à plaque d'alimentation est monté ( 34, 36) sur le châssis ( 14, 16) de l'appareil afin qu'il subisse des vibrations ayant au moins une composante dans une direction telle que la hauteur de l'espace de réglage est modifiée si bien que le collage de la matière fondue sur la surface d'alimentation est empêché. 7 Appareil selon la revendication 6, caractérisé en ce que le dispositif à plaque d'alimentation est monté sur le châssis de l'appareil afin qu'il puisse vibrer, par l'intermédiaire de ressorts ( 36) de compression dont les axes de compression sont verticaux, et une masse excen- trique ( 38) entraînée par un rotor est montée sur le dispo- sitif à plaque d'alimentation afin qu'elle provoque la vibration de celle-ci lors de la rotation de la masse. 8 Appareil selon la revendication 1, caractérisé en ce que le second rotor tourne autour de son axe dans le sens pour lequel sa périphérie se déplace en sens con- traire au sens d'écoulement de la matière le long de la surface d'alimentation et dans l'espace de réglage.