Brevet FR2537563A1 — publié le 19840615

i> 3 Matière pulvérulente utilisable pour l'obtention de liants hydrauliques et moyens pour la fabriquer. La présente invention concerne un produit nouveau, qui est une ma- tière pulvérulente utilisable pour obtenir des liants hydrauliques et pré- sentant des caractéristiques spécialement avantageuses pour être utilisées dans la fabrication et l'utilisation du ciment, ainsi que le procédé et les dispositifs qui permettent de fabriquer cette matière à partir d'un laitier de composition convenable, ayant une viscosité suffisamment faible, tel qu'un laitier de haut-fourneau par exemple, ou encore un laitier d'aciérie dont on ajuste éventuellement la viscosité et la composition. Ce produit nouveau peut être utilisé soit comme addition aux ma- tières brutes enfournées dans un four de cimenterie, soit directement comme constituant de liants hydrauliques, après mélange ou non avec quelques adju- vants Ses larges possibilités d'application sont dûes à ce qu'il se présen- te à la fois très sec et avec une fine granulométrie, améliorée ou non par un broyage préalable, sans aucune calcination préalable, tout en ayant une composition chimique appropriée et un état physique vitrifié. La présente invention se situe dans l'industrie du ciment, dans le cadre de l'emploi de laitier, par exemple en provenance d'un haut-four- neau, ou de tout autre récipient métallurgique producteur de laitier, tel qu'un convertisseur ou un four électrique; elle est également concevable et applicable à partir d'un lit fondu synthétique. Dans le cas du laitier de haut-fourneau par exemple, on sait que, à la sortie du haut-fourneau, ce laitier est habituellement granulé par pul- vérisation d'eau, et que l'on recueille ainsi un granulat vitrifié humide présentant une proportion d'humidité de l'ordre de 12 % à 15 %, et une tex- ture telle que sa densité en vrac est de l'ordre de 1, soit 30 % seulement de la densité réelle du laitier; ce granulat, après séchage et désagglomé- ration, présente une granulométrie relativement grossière, telle que par exemple: % des grains inférieurs à 5 mm 50 % des grains inférieurs à 700 micro- mètres 5 % à 10 % des grains inférieurs à 100 micromètres. Un tel produit présente quatre inconvénients importants pour son emploi comme constituant de ciment ou comme matière première de four de ci- menterie: 1 Il est très humide, et va donc nécessiter une opération de sé- chage et une dépense de calories pour le sécher, au moins partiellement 2 Sa granulométrie est grossière, donc le rapport moyen: 25375 o 3 surface/volume des grains est relativement faible, ce qui nuit à sa réacti- vité; il faut donc le broyer, ce qui n'est pas gratuit. 3 Le traitement à l'eau entraîne souvent une diminution de réac- tivité. 4 Ce mode de granulation à l'eau fait perdre toute possibilité de récupération de la chaleur sensible du laitier. Il existe des risques de prise en masse de ce laitier granu- lé, par suite de son humidité, lors des stockages de longue durée. De plus, comme cette granulation du laitier exige de fortes quan- tités d'eau, jusqu'à 16 mètres cubes par tonne de laitier, on utilise, dans les usines sidérurgiques côtières, de l'eau de mer, qui introduit les deux inconvénients supplémentaires suivants 6 Introduction d'ions chlorés dans le laitier granulé. 7 Corrosion des installations de granulation, de manutention et de stockage. Devant tous ces inconvénients des produits obtenus par granula- tion à l'eau, à partir de laitiers métallurgiques, on a déjà tenté de déve- lopper des procédés de granulation à sec, par exemple par impact d'un jet de laitier sur un tambour tournant muni d'une denture, éventuellement avec un peu d'eau d'arrosage sur le tambour denté De cette manière, on a effec- tivement obtenu un granulat sec, mais qui présente une granulométrie très grossière, pouvant aller jusqu'à des morceaux de 15 millimètres Ce n'est donc pas satisfaisant pour son application au ciment. Le but de la présente invention est de fournir à l'industrie du ciment, sans séchage, un produit sec et pulvérulent, à fine granulométrie et à forte réactivité, ne présentant pas les inconvénients mentionnés ci- dessus bien qu'il soit obtenu à partir de laitiers, métallurgiques ou syn- thétiques. A cet effet, la présente invention a d'abord pour objet un pro- duit présentant des propriétés hydrauliques, utilisable pour la fabrication de liants hydrauliques, et obtenu à partir d'un laitier industriel ou synthétique dont les constituants principaux sont la chaux, la silice et l'alumine, de viscosité au plus égale à 20 poises, et caractérisé en ce qu'il se présente sous la forme d'une matière pulvérulente à grains vitri- fiés ayant les propriétés suivantes: (a) Tous les grains sont secs, c'est-à-dire que la masse pulvéru- lente contient moins de 5 % d'humidité. (b) La granulométrie de cette matière pulvérulente est très fine, 25375 3 c'est-à-dire que 100 % des grains sont inférieurs à 2 millimètres, et que la granulométrie moyenne est comprise entre 50 et 400 micromètres. (c) La densité apparente de la masse pulvérulente est comprise entre 40 % et 65 % de la densité réelle du laitier dont elle est issue. L'invention a aussi pour objet les moyens appropriés pour obtenir le produit mentionné ci-dessus. L'invention a donc aussi pour objet l'application à la fabrica- tion du produit mentionné ci-dessus d'un procédé caractérisé par la combi- naison: d'une pulvérisation gazeuse d'un liquide constitué principalement d'oxydes, à base de chaux, d'alumine et de silice, de viscosité inférieure à 20 poises, et de composition convenable pour l'obtention de propriétés hy- drauliques; et d'une trempe rapide des gouttelettes ainsi pulvérisées. Il faut entendre ici par "composition convenable pour l'obtention de propriétés hydrauliques" des compositions se situant sensiblement dans la zone des ciments Portland, dans celle des ciments alumineux et dans cel- le des laitiers basiques sidérurgiques. L'agent gazeux le plus usuel pour la pulvérisation est l'air com- primé Mais on peut aussi utiliser un autre gaz, tel que de la vapeur sèche par exemple. Le liquide constitué d'oxydes peut être un laitier de haut-four- neau En effet, la plupart des laitiers de haut-fourneau ont une viscosité inférieure à 20 poises et une composition convenable pour leur utilisation dans la fabrication des ciments. Ledit liquide peut éventuellement être un laitier d'aciérie, soit de convertisseur, soit de four électrique, mais il peut alors être nécessai- re dans certains cas d'ajuster sa viscosité par certaines additions. Ledit liquide peut éventuellement être constitué de mélanges syn- thétiques, par exemple un mélange de roches basiques fondues dans un four industriel, et dont la composition est choisie de manière à -bien s'adapter à la fabrication des ciments, tout en présentant une viscosité suffisamment faible à la température de pulvérisation. La présente invention a aussi pour objets des dispositifs de pul- vérisation gazeuse et de trempe rapide appliquant le procédé mentionné ci- dessus aux liquides de viscosité inférieure à 20 poises, en vue de fabri- quer le produit selon l'invention. Ces dispositifs sont répartis en deux variantes. Dans la première variante, la chaleur sensible du laitier métal- lurgique ou de son équivalent n'est pas récupérée Dans la seconde varian- 25375 3 te, cette chaleur sensible est récupérée en majeure partie. La première variante de dispositif de fabrication du produit se- lon l'invention est constituée par un ensemble comportant: (a) Une arrivée de laitier, soit en provenance d'un chenal de cou- lée, soit en provenance d'une poche de coulée, souvent à travers un panier. (b) Autour dujet de coulée de laitier, un premier anneau métalli- que creux, percé d'ouvertures, alimenté en un gaz sous pression, et formant rampe de pulvérisation gazeuse. (c) A une certaine distance au-dessous de ce premier anneau, et entourant le jet de gouttelettes de laitier, un deuxième anneau formant ram- pe de pulvérisation d'eau Le débit d'eau est réglé de façon à ce que le courant gazeux se refroidisse jusqu'à une température évitant le condensa- tions et à ce que les grains de laitier se refroidissent jusqu'à une tempé- rature permettant leur manipulation. (d) Une enceinte fermée, cylindrique et verticale, contenant les deux anneaux (b) et (c), et se terminant à la base par un entonnoir. (e) A l'orifice de sortie de l'entonnoir, un extracteur de pou- dre, par exemple à vis sans fin, étanche. (f) Dans le tiers supérieur de l'enceinte (d), un orifice d'éva- cuation des gaz chargés de poussières,-et débouchant par un conduit dans un dépoussiéreur cyclone, dans lequel l'air est dépoussiéré puis dirigé vers un dépoussiéreur secondaire, et enfin éjecté à l'extérieur, tandis que la poussière séparée est introduite à la base de l'enceinte (d), pour être ex- traite par l'extracteur (e) en même temps que la poudre tombée directement dans l'enceinte (d) par gravité Le réglage du dispositif est tel que la poudre est extraite à une température supérieure à 1000 C. La deuxième variante de dispositif de fabrication du produit se- lon l'invention, avec récupération de la majeure partie de la chaleur sensi- ble du laitier, est constituée par un ensemble comportant, comme précédem- ment, une arrivée (a) de laitier coulant à l'intérieur de l'anneau (b) for- mant rampe de pulvérisation gazeuse, placé à la partie supérieure d'une en- ceinte (d), mais dans ce cas, l'anneau de pulvérisation d'eau de refroidis- sement n'existe pas; il existe au contraire à ce niveau plusieurs orifices de sortie des gaz chauds et chargés de poussières, en direction d'au moins un échangeur de chaleur, qui abaisse la température des gaz autour de 1500 C; chacun des courants gazeux ainsi refroidi pénètre dans un dépoussié- reur cyclone, comme ci-dessus en (f); la poussière recueillie à la base de chaque dépoussiéreur est introduite à la base de l'enceinte (d), comme pré- cédemment Pour la plupart des dépoussiéreurs cyclones disposés autour de l'enceinte (d), le gaz ainsi dépoussiéré et refroidi est réintroduit égale- ment à la base de l'enceinte (d); mais néanmoins, pour un ou deux de ces dépoussiéreurs, le gaz dépoussiéré est canalisé vers un dépoussiéreur secon- daire qui débouche lui-même à l'air libre, afin d'éviter toute surpression excessive dans l'ensemble des circuits gazeux du dispositif. Les figures et les commentaires illustrant les exemples décrits ci-après feront bien comprendre les détails de ces deux variantes de dispositifs. Auparavant, il est nécessaire de bien situer l'invention, qui ne réside pas dans ces dispositifs considérés en eux-mêmes, mais dans un pro- duit nouveau, défini ci-dessus et dans l'application d'un procédé et de ces dispositifs pour obtenir ce produit nouveau. Les avantages du produit nouveau ainsi obtenu et utilisé soit com- me addition aux matières premières dans les fours de cimenterie soit comme élément de constitution de liants hydrauliques, avec ou sans addition de quelques adjuvants, sont les suivants: l 1/ La poudre constituant ce produit est très sèche Son taux d'humidité est inférieur à 5 % en poids Il en résulte d'abord qu'elle est aisément manipulable et que son stockage, même de longue durée, n'entraîne aucune prise en masse Ensuite, si on l'enfourne dans un four de cimente- rie, le bilan thermique et la consommation de combustible du four se trou- vent très améliorés par rapport au bilan thermique obtenu si l'on enfourne le même débit de laitier granulé à l'eau. 20/ La poudre constituant ce produit est très fine, beaucoup plus fine que le granulat d'un laitier granulé à l'eau, et son état de surface présente une réactivité plus grande De plus, on sait qu'une certaine pro- portion de farine extrêmement fine est nécessaire pour qu'un ciment puisse assurer à un béton les qualités essentielles de plasticité, d'imperméabili- té et de bonne résistance mécanique. / Dans la variante avec récupération de chaleur, la majeure par- tie de la chaleur sensible du laitier, qui peut aller jusqu'à 80 %, est ré- cupérée, ce qui n'est pas possible dans la granulation à l'eau. 4 / Même en l'absence d'un dispositif de récupération de chaleur à côté du dispositif de pulvérisation, la poudre recueillie à la base de l'enceinte du dispositif de pulvérisation, lorsqu'elle est utilisée en ad- dition aux matières brutes, peut servir au séchage de celles-ci. On va maintenant décrire, à titre d'exemples non limitatifs, deux 253756; 3 modes de réalisation de dispositifs fabriquant le produit selon l'inven- tion, l'un sans, et l'autre avec récupération de la majeure partie de la chaleur sensible du laitier coulé. La figure 1 est une coupe verticale d'un dispositif selon la pre- mière variante. Les figures 2 et 3 se rapportent à un dispositif selon la deuxiè- me variante: la figure 2 est une coupe verticale d'un tel dispositif, et la figure 3 représente la configuration schématique en plan de ce dernier dispositif. Premier mode Sans récupération de chaleur Sur la figure 1, on voit un panier 1 alimenté en laitier de haut- fourneau par une poche ou par un chenal (non représenté sur la figure) et coulant verticalement son laitier à l'intérieur de l'anneau 2 de pulvérisa- tion d'air comprimé, lequel arrive par la conduite 2 bis. Le débit de laitier est de 30 tonnes à l'heure. Le diamètre du panier de la poche de laitier est de 40 millimè- tres. Le diamètre intérieur de l'anneau 2 est de 80 millimètres. L'anneau 2 comporte six injecteurs d'air comprimé de diamètre 8,3 millimètres, régulièrement répartis sur la circonférence, et débitant tous obliquement, de haut en bas et en direction du même point de l'axe du jet de coulée du laitier, en formant un angle de 13 avec le plan horizontal, de l'air comprimé, sous une pression de 1 500 000 Pascals, à raison de 3.300 Nm 3/heure pour les six injecteurs Ces six jets d'air comprimé font éclater en de multiples gouttelettes le jet vertical de laitier en provenan- ce du panier 1. Au-dessous de l'anneau 2 de pulvérisation à l'air est disposé, à environ 30 centimètres de distance, un anneau 3 de diamètre intérieur de l'ordre d'un mètre, constituant une rampe de pulvérisation d'eau, le débit d'eau étant réglé à 460 grammes d'eau par kilogramme de laitier à refroi- dir, soit 13,8 tonnes d'eau à l'heure, ce qui constitue le bon réglage à la fois pour assurer une trempe rapide des gouttelettes descendant par gravi- té, et pour récupérer une poudre complètement sèche à une température com- prise entre 150 et 2000 C, à la sortie du dispositif. Les deux anneaux 2 et 3 sont disposés autour de l'axe et à la par- tie supérieure d'une enceinte fermée 4 (ouverte seulement en haut pour l'ad- mission de laitier liquide dans l'anneau 2, en bas pour l'extraction de la poudre sèche, et sur un côté pour l'évacuation de l'air soufflé), cylindri- 7 25375 e'3 que et verticale, de 5 mètres de hauteur et 2 mètres de diamètre, et se ter- minant à sa base par un entonnoir 5 de 1,50 mètre de hauteur, qui recueille la poudre sèche, à la température de 150 '-200 'C Celle-ci est évacuée par un extracteur à vis 6 horizontal. Pour l'évacuation de l'air soufflé, l'enceinte 4 possède une ou- verture 7 de 200 millimètres de diamètre disposée à 1,20 mètre de la partie supérieure de l'enceinte, et qui donne sur une conduite 8 Celle-ci alimen- te en air chargé de poussières et à environ 150 'C un dépoussiéreur cyclone 9 capable de recevoir 5 000 Nm 3 d'air à l'heure et de les dépoussiérer. L'air ainsi dépoussiéré est alors dirigé par la conduite 10 vers un dépous- siéreur secondaire non représenté sur la figure 1, puis il est évacué à l'air libre, afin d'éviter toute surpression excessive dans l'enceinte 4, tandis que les poussières récupérées à la base Il du dépoussiéreur cyclone 9 sont réinjectées par la conduite 12, en 13, à la partie inférieure de l'enceinte 4. Dans ce dispositif sans récupération de chaleur, un seul dépous- siéreur cyclone 9 suffit en pratique. Deuxième mode Avec récupération de chaleur (Figures 2 et 3) Comme précédemment le panier 1 de laitier coule 30 tonnes de lai- tier à l'heure dans l'anneau 2 de pulvérisation à l'air disposé à la partie supérieure de l'enceinte 4, dont le diamètre est alors de 2,50 mètres, la hauteur de la partie cylindrique restant égale à 5 mètres, et la base de l'enceinte constituant toujours un entonnoir 5 muni d'un extracteur 6. Mais ici, l'anneau 3 de pulvérisation d'eau de refroidissement n'existe pas En revanche, il existe dans la partie supérieure de l'encein- te 4, à environ 40 centimètres de sa face supérieure, six orifices à 600 l'un de l'autre, tels que 14, chacun d'un diamètre de 200 millimètres et donnant sur une conduite telle que 15, qui débouche dans l'un des six échan- geurs de chaleur 16-1 à 16-6 L'air chargé de poussières, et à 600 'C envi- ron, se répartit entre ces six échangeurs 16, et en ressort à 150 'C envi- ron; il alimente alors chacun des six dépoussiéreurs cyclones 17-1 à 17-6 capables de recevoir chacun 6 000 Nm 3 d'air à l'heure et de les dépoussié- rer Pour l'un seulement 17-1 de ces six dépoussiéreurs, l'air dépoussiéré en majeure partie est dirigé par la conduite 18-1 sur un dépoussiéreur se- condaire non représenté sur les figures 2 et 3, puis il est évacué à l'air libre, afin d'éviter toute surpression excessive dans l'enceinte 14. Pour chacun des cinq autres dépoussiéxfeurs 17-2 à 17-6, l'air dé- poussiéré en majeure partie est recyclé à la base de l'enceinte 4 par une 25375 (,3 conduite telle que 18, en 19, et vient ainsi contribuer efficacement à la trempe rapide des gouttelettes et des grains contenus dans l'enceinte 4. Pour les six dépoussiéreurs 17-1 à 17-6, les poussières récupé- rées à leur base 20-1 à 20-6 sont réinjectées par les conduites 21-1 à 216, par les six orifices 22-1 à 22-6, dans la partie inférieure du cylindre de l'enceinte 4 Elles se mélangent aux poussières déjà contenues dans cette enceinte et qui descendent par gravité L'ensemble de cette poudre est entraînée à la base de l'entonnoir 5 par l'extracteur à vis 6. En ce qui concerne le produit selon l'invention, on va décrire ci- après un exemple d'utilisation directe de ce produit pour constituer un ci- ment de caractéristiques déterminées, le ciment de laitier au clinker, dit "ciment CLK" selon les normalisations française et européenne Dans cet exemple, on part d'un laitier de haut-fourneau présen- tant la composition suivante: Si O 2 = 34 % A 1203 = 11 % Ca O = 39 % Mg O = 8 % Divers = 8 %. On pulvérise ce laitier à l'air comprimé selon l'invention Puis, on effectue le mélange suivant: % de ce laitier granulé selon l'invention % de clinker 5 % de gypse et l'on obtient un excellent ciment CLK. Il est bien entendu que l'on peut, sans sortir du cadre du pro- duit, du procédé et des dispositifs selon l'invention, imaginer des varian- tes et des perfectionnements de détails, de même qu'envisager l'emploi de moyens équivalents. Revendications 1. Produit présentant des propriétés hydrauliques, utilisable pour la fabrication de liants hydrauliques, et obtenu à partir d'un laitier dont les constituants principaux sont la chaux, l'alumine et la silice, de viscosité au plus égale à 20 poises, caractérisé en ce qu'il se présente sous la forme d'une matière pulvérulen- te à grains vitrifiés, ayant les propriétés suivantes (a) Un taux d'humidité inférieur à 5 %. (b) Une granulométrie telle que 100 % des grains sont inférieurs à 2 milli- mètres, et la granulométrie moyenne est comprise entre 50 et 400 micromè- tres, (c) Une densité apparente de la masse pulvérulente comprise entre 40 % et % de la densité réelle du laitier dont elle est issue. 2. Procédé de fabrication du produit selon la revendication 1, caractérisé par la combinaison: d'une pulvérisation gazeuse d'un liquide constitué principalement d'oxydes à base de chaux, d'alumine et de silice, de viscosité inférieure à 20 poises, et de composition convenable pour l'ob- tention de propriétés hydrauliques; et d'une trempe rapide des gouttelet- tes ainsi pulvérisées. 3 Procédé selon la revendication 2 caractérisé en ce que le liquide constitué d'oxydes est un laitier de haut- fourneau de viscosité inférieure à 20 poises. 4. Procédé selon la revendication 2, caractérisé en ce que le liquide constitué d'oxydes est un laitier d'acié- rie, ajusté par des additions appropriées pour que sa viscosité soit infé- rieure à 20 poises et pour que sa composition soit convenable pour l'obten- tion de propriétés hydrauliques. 5. Procédé selon la revendication 2, caractérisé en ce que le liquide constitué d'oxydes est formé par des ro- ches basiques fondues dans un four industriel et choisies de telle manière que la viscosité du liquide soit inférieure à 20 poises et que sa composi- tion soit convenable pour l'obtention de propriétés hydrauliques. 6. Dispositif de-mise en oeuvre de l'un quelconque des procédés selon les revendications 2 à 5, caractérisé en ce qu'il comprend une enceinte verticale cylindroconique ( 4) comportant: à sa partie supérieure, une ouverture garnie d'un anneau ( 2) creux formant rampe de pulvérisation gazeuse, à travers lequel est coulé un liquide constitué d'oxydes en provenance d'un panier ( 1) alimenté par un 25375 ( 3 chenal ou une poche de coulée; dans le tiers supérieur, au moins un départ ( 7) de gaz chargé de poussière vers un dépoussiéreur-cyclone ( 9), avec au moins une sortie ( 10) de gaz dépoussiéré; vers le bas de la partie cylin- drique, au moins une arrivée ( 13) de poussière en provenance d'au moins un dépoussiéreur-cyclone ( 9); et à sa partie inférieure un entonnoir conique ( 5) raccordé à un extracteur étanche de poudre ( 6). 7. Dispositif simple selon la revendication 6, ne visant pas à récupérer la majeure partie de la chaleur sensible du liquide à pulvéri- ser, caractérisé en ce qu'il comprend en outre, disposé au-dessous de l'anneau ( 2) de pulvérisation gazeuse, un anneau ( 3) creux formant rampe de pulvéri- sation d'eau pour refroidir gouttelettes et particules descendant par gravi- té, et en ce qu'il ne comprend qu'un seul dépoussiéreur-cyclone ( 9). 8 Dispositif selon la revendication 6, visant à récupérer la ma- jeure partie de la chaleur sensible du laitier à pulvériser, caractérisé en ce que l'enceinte ( 4) comporte, dans son tiers supérieur, plusieurs départs tels que ( 14-1) en direction d'au moins un échangeur de chaleur tel que ( 16-1), puis en direction de plusieurs dépoussiéreurs-cy- clones tels que ( 17-1), en ce qu'au moins l'un ( 17-1) de ces dépoussiéreurs débouche sur une sortie ( 18-1) à l'air libre de gaz dépoussiéré, tandis que les autres dépoussiéreurs-cyclones tels que ( 17-4) recyclent le gaz dépous- siéré vers la partie inférieure de l'enceinte ( 4), la totalité de la pous- sière séparée du gaz porteur dans les différents dépoussiéreurs-cyclones étant réintroduite vers le bas de l'enceinte ( 4). 9. Dispositif selon l'une quelconque des revendications 6 à 8, caractérisé en ce qu'il est réglé de façon à ce que la poudre soit extraite en ( 6) à une température supérieure à 1000 C.