Brevet FR2542760A1 — publié le 19840921

O La présente invention a trait au domaine du traitement et du conditionnement de matières r inérales en fusion, comme les laitiers métallurgiques et autres matières silicatées en vue de l'obtention de particules ou granulats refroidis sous forme expansée pour diverses utilisations. Elle concerne plu 3 spécialement des perfectionnements appor- tés aux installations de bouletage pour l'obtention de matériaux secs et présentant une bonne homogénéité au point de vue granulométrique. Dans le domaine du traitement des laitiers métallurgiques et notamment des laitiers de haut fourneau, la technique du bouletage permet l'obtention de particules expansées de diamètre compris entre 0 et 15 ou 20 mm en soumettant la matière en fusion à une dispersion mécanique obtenue grâce à un tambour rotatif dont les pales fragmentent la veine de matière en fusion expansée et partiellement refroidie à l'aide de jets d'eau et projettent les particules formées dans l'atmos- phère o se poursuit le refroidissement Après leur chute sur une aire de réception en pente pour évacuer l'eau non vaporisée, la matière bouletée est reprise à l'aide d'engins mobiles et envoyée à l'installa- tion de classification. Déjà à cette technique ont été apportées plusieurs améliora- tions parmi lesquelles on peut citer: la mise en oeuvre de dispositifs pour réguler le flux de matière en fusion (brevet français n 76 28855 du 24 09 76); la combinaison de bassin muni d'un rebord-déversoir refroidi et d'une table également refroidie amenant la matière en fusion au tambour rotatif assurant son déchiquetage (brevet français n O 77 26651 du 2 9 1977); l'adaptation du nombre et de la disposition des pales sur le tambour pour obtenir des granules de dimensions variables (brevet français N O 80 08 368 du 15 1 1980). Même avec cette technique de bouletage successivement améliorée, les produits bouletés obtenus présentent deux inconvénients inhérents au procédé lui-même et à la conception du tambour En effet, pour une vitesse périphérique donnée du tambour, par suite de l'effet de la résistance de l'air, les granules les plus petits et ayant une forme déchiquetée ont des trajectoires plus courtes que les granules les plus gros d'indice de sphéricité élevé; aussi, le tas formé sur l'aire de réception présente une hétérogénéité granulométrique qu'il est difficile de supprimer au moment de la reprise par engins mobiles 2 2542750 et lors de la constitution du stock de matériau brut, ce qui provoque des perturbations au cours de l'opération de classification et amène une importante imperfection de criblage. De plus, le tambour rotatif utilisé jusqu'à présent pour la dispersion de la matière en fusion comporte un refroidissement intérieur par de l'eau qui est éjectée par des orifices situés à la base ou à l'extrémité des pales, ceci sous l'effet de la force centrifuge Ce système assure certainement une protection efficace de l'appareil mais présente l'inconvénient majeur de provoquer l'émission d'eau sur la totalité de l'enveloppe tournante, alors que l'éjection de matière ne se fait que sur le quart seulement de la- surface du tambour. De ce fait, les trois quarts de l'eau ayant servi au refroidissement du tambour n'ont aucune action sur la trempe de la matière bouletée Cette eau ne se vaporise pas et tend à s'accumuler à proximité du tambour, à mouiller la base du tas de matière bouleté et à y remonter par capillarité La partie du tas la plus proche du tambour tend alors à se saturer d'eau d'o une élévation notable du taux d'humidité de l'ensemble du tas après son enlèvement. La présente invention vise à éliminer, ou réduire en tout cas en grande partie, l'ensemble des inconvénients énumérés ci-dessus et propose à cet effet des solutions permettant de produire en continu des matériaux bouletés pratiquement secs et présentant une excellente homogénéité granulométrique, par exemple dans la gamme de O à 20 mm pour des granulats de laitiers. L'installation perfectionnée de bouletage de matières minérales fondues notamment de laitiers selon l'invention fait appel aux principes déjà connus de déchiquetage de la matière fondue par un tambour rotatif et d'isolation du milieu de traitement en enceinte fermée avec système, à la base, de réception des particules muinérales refroidies ou boulettes; mais elle est essentiellement ca- ractérisée en ce que l'on met en oeuvre un tambour étanche refroidi par circulation interne d'eau en circuit fermé et muni de pales ayant un profil spécial en forme de cuillère, et en ce que le système de réception des particules est constitué par une série de tables Vibrantes disposées en cascade dont la dernière, la plus éloignée du tambour rotatif et recevant le contenu des tables en amont, déverse l'ensemble des boulettes sèches recueillies sur un convoyeur à bande capoté qui conduit ces dernières vers des trémies ou silos de stockage. Conformément à une première caractéristique de l'invention, la conception et la construction du tambour rotatif, qui constitue l'élément principal d'une installation de bouletage, a été notablement modifiée. Tout d'abord, pour éviter l'émission d'eau parasite provenant du refroidissement intérieur du tambour et s'échappant par les orifices des pales, on a été amené à concevoir un système de refroidissement des pales et de l'enveloppe par l'intérieur sans éjection externe de l'eau, cette dernière entrant et ressortant de l'axe du tambouravec circulation interne. Par suite de ce perfectionnement, il n'y a plus d'accumulation d'eau sous le tambour rotatif, ce qui permet d'éviter le mouillage de la partie du tas la plus proche du tambour et qui est composée essentiel- lement de particules inférieures à 4 mm. Pour compenser la fraction d'eau-efficace qui ferait alors défaut, on peut, soit accroître le débit de la rampe assurant le refroidissement de la face supérieure de la table d'alimentation (située entre la goulotte de matière en fusion et le tambour rotatif) soit adjoindre une rampe supplémentaire située sous cette même table pour fournir de l'eau arrosant la surface extérieure de l'enveloppe et des pales du tambour rotatif. Conformément à l'invention, un second perfectionnement a été apporté à la configuration du tambour rotatif - Le découpage du laitier se présentant à l'extrémité de la table d'alimentation est provoquée par le passage des extrémités des pales à une fréquence dépendant de la vitesse angulaire du tambour et du nombre de pales portées par ce même tambour La projection dans l'atmosphère des particules provenant de la désagrégation des bandes ou lanières de laitier en cours d'expansion est également une fonction assurée par les pales dont la forme a une extrême influence sur les caractéristiques de la trajectoire des particules. Il a maintenant été trouvé à la suite d'expériences, que des pales ayant un profil de cuillère ou de "chistera" ou encore d'aube de turbine PELTON conduisait à une meilleure projection de la matière en diminuant considérablement l'angle de dispersion des particules et en rendant leur trajectoire plus tendue, ce qui permet d'abaisser la hauteur de l'enceinte enfermant l'installation. It,', Ilo flli(Itll' dit' & 1 ll,, I iiiil Vl' lf i, t'il, 'l'1 i flll llf,Il V,t, l /' it I r,-,1 t11 W,I til g | 1 ct1I)II vuI S ' 'ii( l 'i FaiI l Ve 'o Jil S il U.J Ii' t'l J t' 1 J I' III/"t L ttd-I,(t (hl it', i ui} i t î ttli u'l t' ' tt, t l V Vte Ittq Jp, lt'll tii t',"o, et coulées. Selon une autre cardc t(eis i(l U( iml)ortdnt e dde 1 'invent ion, on dispose dans l'enceinte une ligne de tables vibrantes dont le nombre varie en fonction de la trajectoire la plus longue parcourue par les granules les plus gros et de forme sphérique. Ces tables sont destinées à recevoir les particules rassem- blées tout le long de la trajectoire à l'aide de panneaux latéraux inclinés en matériau résistant à l'abrasion et à la corrosion; la matière recueillie se déverse d'une table sur l'autre jusqu'à l'extré- mité de la ligne et chute sur un convoyeur dont la bande transporteuse résiste à des températures pouvant atteindre 200-300 C; ce convoyeur est entièrement capoté pour éviter les pertes de matières par le vent et la réhumidification en cas d'intempéries. Les tables sont disposées de façon telle que leurs plateaux soient légèrement en pente ascendante dans le sens de la progression de la matière qui avance par saltation Cette disposition permet à l'eau de refroidissement distribuée par les différentes rampes, qui peut à certains moments de l'opération de bouletage se trouver en surplus et ne pas être vaporisée au contact du laitier, de s'écouler à l'arrière des tables et d'être recueillie dans une fosse d'o elle peut être extraite par pompage et recyclée. Le matériau bouleté tombant sur la table la plus proche du tambour se compose en majeure partie de fines d'aspect déchiqueté dont la teneur en eau peut ne pas être nulle Par contre, on recueille sur les tables les plus éloignées du tambour, des globules dont les dimensions peuvent atteindre 15 ou 20 mm et qui par suite d'une température supérieure à 100 C sont totalement secs. Par suite de la disposition des tables vibrantes, ces boulettes chutent sur un lit de particules fines dont l'eau a été éliminée au cours de leur progression On obtient de cette façon à l'extrémité de la dernière table de la ligne, un matériau de granulo- métrie régulière et dont la teneur en eau est inférieure à 1 % Le convoyeur reçoit un mélange homogène aux points de vue granulométrique et siccité pour l'emmener en trémies ou silos de stockage. De cette façon on évite certains inconvénients tels que reprise en masse des:matériaux insuffisamment refroidis, hétérogénéités de la granulométrie et de la teneur en eau constatées le long du;:tas formé sur l'aire de réception. Conformément à une variante de mise en oeuvre du procédé, la ou les deux dernières tables vibrantes peuvent être munies de plateaux portant des perforations de dimensions données permettant une classifi- cation directe et continue du matériau recueilli sur la ligne de tables. Dans ce cas, on prévoit l'installation d'un nombre de con- voyeurs égal au nombre des différentes tranches granulométriques, perpendiculairement à la ligne de tables Ces convoyeurs sont entièrement capotés pour éviter l'envol de matière sous l'effet du vent e*t la réhumidification en cas d'intempérie et conduisent les matériaux classés à des trémies ou silos de stockage. Le matériau ainsi obtenu à partir de laitier de haut fourneau présente des caractéristiques améliorées par rapport à celles des matériaux fabriqués dans les installations antérieures non munies des perfectionnements susvisés, et en particulier Homogénéité de la granulomàtrie Homogénéité du taux d'humidité ramené entre O et 1 % Homogénéité du degré de vitrification. Etant donné que l'évacuation du matériau se fait en continu à l'aide des tables vibrantes et de convoyeurs résistant à la chaleur, il n'y a plus de dégradation des particules par écrasement causé par les engins tels que les chargeuses qui n'ont plus à intervenir. Le matériau stocké dans les trémies contient une plus faible proportion de grains cassés et, dans le cas d'un classement par criblage les classes supérieures à 3 ou 4 mm contiennent une propor- tion plus importante de grains entiers ayant un indice de sphéricité élevé et présentent des caractéristiques améliorées pour les usages ultérieurs. Conformément à une autre amélioration encore de l'installation perfectionnée selon l'invention, on peut améliorer la rétention des particules fibreuses se formant au cours de la dispersion de certaines matières silicatées en fusion, comme les laitiers de haut fourneau, lorsque la composition chimique et l'état thermique sont favorables à l'étirage de fibres au moment de la projection de la matière par les pales du tambour rotatif. Selon ce perfectionnement, l'enceinte close renfermant Pins- tallation de boa etage, est munie=latéra Iement dans sa partie supérieure d'un système de filtration pour retenir les fibres entral- nées vers le haut par le courant ascendant d'air chaud chargé de vapeur sèche. Le système de filtration se compose de deux barrières filtrantes verticales distantes d'un mètre environ permettant le passage d'un homme La barrière externe comporte une toile de maillage serré (de l'ordre du mm) alors que la barrièreinterne est constituée d'un rideau fi ltrant souple de maillage plus lâche (l Omn environ), se déployant sous sa propre masse Cette barrière filtrante est auto- décolmatante, car les particules fibreuses retenues se détachent du rideau filtrant intérieur quand la couche de matière fibreuse, déposée par le courant d'air chaud ascendant, devenue trop épaisse se décolle et tombe sur les tables pour y être mélangée avec le matériau granulaire. En fin d'opération de bouletage, par suite de la disparition du courant d'air chaud ascendant, le décolmatage complet se fait soit de lui même, soit à l'aide d'un système permettant d'agir sur la barrière filtrante. La matière fibreuse recueillie à part en fin d'opération peut être destinée à différents usages (matière isolante par exemple). Les principales caractéristiques susvisées de l'invention sont illustrées schématiquement sur les dessins annexés qui représen- tent respectivement: Figure 1: une vue générale, en coupe, d'une installation de bouletage selon l'invention, par exemple de laitier métallurgique; Figure 2: une coupe selon la ligne AA' de la figure 1, à échelle réduite; Figure 3: une réalisation du tambour rotatif avec pales de forme spéciale. Le dispositif de bouletage est placé dans une enceinte ( 1) réalisée en matériau isolant thermique et phonique, résistant en atmosphère chaude et humide Dans les parois de cette enceinte sont aménagées plusieurs ouvertures ( 2 et 3) permettant l'entrée d'air extérieur dans l'enceinte, ce qui assure le renouvellement de l'atmos- phère. L'évacuation de l'air chaud et humide se fait à la partie supérieure de "l'enceinte munie d'un système de filtration vertical comprenant deux barrières parallèles ( 4) pour retenir les particules fibreuses. Le dispositif de bouletage proprement dit comprend un bassin de rétention ( 5) destiné à ralentir Id vitesse du flot de laitier venant du haut fourneau et assurant la décantation de la fonte liquide entraînée; un rebord-déversoir ( 6) refroidi par circulation d'eau intérieure permettant d'évacuer le laitier du bassin de rétention suivant une lame de largeur donnée (brevet français précité no 76 28855). un déflecteur ( 7) également refroidi, dont le r 6 le est de modifier la trajectoire de la lame de laitier se déversant par le rebord-déver- soir; une table d'alimentation ( 3) refroidie par une circulation inté- rieure d'eau, destinée à recevoir le laitier dévié par le déflecteur et à le diriger vers le tambour rotatif; un tambour rotatif ( 9) comprenant un circuit de refroidissement fermé évitant l'éjection d'eau parasite et découpant à l'aide des pales g'en forme de cuillère ou d'aube de turbine PELTON (voir figure 3), le laitier expansé et partiellement refroidi, descendant de la table d'alimentation, un système ( 10) de rampes munies d'injecteurs fournissant des jets d'eau de formes, de débits et de vitesse variés ayant pour rôle de provoquer l'expansion du laitier en fusion, son glissement sur la table d'alimentation, d'assurer le refroidissement de la surface extérieure du tambour et la trempe des particules de laitier au cours de leur trajectoire dans l'air une série de tablesvibrantes ( 11 à 14) destinées à recevoir les particules de laitier rassemblées par des panneaux latéraux inclinés 18 et à les faire progresser tout en assurant leur homogénéisation. un convoyeur ( 15) entièrement capoté ( 16) comportant une bande résistant à la chaleur et transportant le matériau bouleté vers la trémie ou le silo de stockage. une fosse ( 17) pour recueillir et décanter l'eau d'égouttage des tables lorsque celle-ci se trouve en surplus par suite des variations du rapport eau/laitier Cette eau est reprise par pi -envoyée dans le circuit. Une variante non représentée consiste à disposer en fin de gne une ou deux tables à plateaux perforés permettant d'alimenter en produits classés aux dimensions désirées des convoyeurs en nombre équivalent à celui des classes granulométriques pour les diriger vers des silos de stockage bien distincts. Enfin, comme on peut le voir schématiquement sur la figure 2, les barrières filtrantes 4 sont avantageusement constituées par une grille externe 4 ' dont la maille est de l'ordre du mm et par un rideaugrillagé souple 4 ", dont la maille est d'environ 10 mm, qui se déploie sous son propre poids lors de sa mise en place. Les matériaux obtenus à partir de laitier de haut fourneau selon le procédé de l'invention, présentent une bonne régularité granulométrique, un taux de vitrification homogène et une humidité inférieure à 1 % Les matériaux conviennent particu- lièrement bien à la préparation de granulats pour mortiers et bétons légers ainsi que pour la fabrication de liants hydrauliques. -R E V E N D I CAT I O N S- 1 Installation pour le traitement de matières minérales en fusion, telles que notamment des laitiers métallurgiques, en vue de la récupération de particules expansées ou produits bouletés, du type selon laquelle la matière fondue, soumise à l'aspersion de jets d'eau, est envoyée sur tambour rotatif puis disperséeen gerbe dans une encein- te isolante fermée munie à sa base d'un système de réception des parti cules refroidies ou boulettes, l'installation étant caractérisée en ce que l'on met en oeuvre un tambour étanche refroidi par circulation in- terne d'eau en circuit fermé et muni de pales ayant un profil spécial en forme de cuillère, ou de "chistera ", et en ce que le système de réception des particules est constitué par une série de tables vibrantes disposées en cascade dont la-dernière, la plus éloignée du tambour rota- tif et recevant le contenu des tables en amont, déverse l'ensemble des boulettes sèches recueillies sur un convoyeur à bande capoté qui con- duit ces dernières vers des trémies ou silos de stockage. 2 Installation selon la revendication 1, caractérisée en ce que la ou les deux dernières tables vibrantes comportent des plateaux perforés pour classification directe du matériau cheminant sur lesdites tables. 3 Installation selon l'une quelconque des revendications 1 ou 2, caractérisée en ce que l'enceinte isolante close est munie dans les zones latérales de sa partie supérieure d'un dispositif à deux bar- rières filtrantes verticales pour les gaz chauds et les matières fibreu- ses légères, dont une grille externe ayant une maille de l'ordre du mm et une barrière interne constituée par un rideau perforé souple de mail- le 10 mm environ, se déployant sous son propre poids lors de la mise en place.