Brevet FR2579620A1 — publié le 19861003

L'invention concerne un procédé pour la fabrication de sable de laitier (granulat) à partir de laitier de haut-fourneau par granulation du laitier au moyen d'injec- tion, à l'aide d'une tête de pulvérisation, d'eau dans le jet de laitier, procédé dans lequel le mélange résultant granulat-eau est déshydraté dans une installation de déshydratation placée à la suite, le granulat est amené à une installation de distribution et l'eau du procédé est ramenée à la tête de pulvérisation après compensation des pertes produites dans le circuit par évaporation et par l'humidité résiduelle dans le granulat, tandis que les vapeurs et gaz produits pendant la granulation sont récupérés dans un espace situé au-dessus d'une réserve de mélange granulat-eau. L'invention concerne également une installation avantageuse pour la réalisation dudit procédé. Lors de la transformation de minerai de fer en fer brut dans un haut-fourneau, on sait qu'il se produit, outre du fer brut liquide, une quantité considérable de laitier de haut- fourneau. A chaque fournée, la quantité de laitier produite pèse environ le tiers du poids du fer brut, tandis que la proportion en volume du laitier est supérieure à celle du fer brut en raison de la faible densité du laitier. On connait différents procédés pour produire direc- tement dans le haut-fourneau un granulat de grande valeur, par granulation du laitier liquide de haut-fourneau, ledit granulat contenant une proportion élevée en matières vitreuses, présentant une structure granulaire régulière et de bonnes propriétés de concassage. Le granulat ainsi constitué peut ensuite être stocké dans l'attente de son transfert en un autre lieu en vue de subir un traitement ultérieur pour servir de matériaux de construction. Une opération importante du traitement du granulat est la déshydratation. A cette fin, on connaît différents procédés et installations (DE-C 1 583 949, DE-C 2 260 924) ainsi que des appareils de déshydratation modernes à roues à godets dans lesquels le mélange sable de laitier-eau est déshydraté jusqu'à une teneur en humidité résiduelle réduite, l'eau du procédé étant recyclée en vue de sa réuitilisation (DE-A 2 749 143, DE-A 2 807 441 et DE-A 2 911 903). Dans ces procédés connus, la granulation du laitier s'effectue par le fait que le laitier liquide à environ 1500 C est arrosé par un jet puissant constitué de nombreux monojets qui sortent d'une tête de pulvérisation et dont la température est de 35 à 40 C, ce qui a pour effet de transformer le laitier en un granulat fin. La vapeur d'eau qui se produit pendant ce procédé est chargée de quantités importantes de H S et de SO2, en particulier lorsqu'on utilise des minerais contenant du soufre. Les matières polluantes H2S et S02, contenues dans la vapeur qui se produit lors du refroidissement brusque du laitier, étaient jusqu'à présent évacuées sous forme de vapeur par une cheminée. L'invention a donc pour but de réaliser un procédé du type mentionné cidessus, de telle manière que les matières polluantes H2S et SO2 soient éliminées ou dissoutes dans l'eau. Conformément à l'invention, ce but est atteint essentiellement par le fait que le jet puissant d'eau est introduit directement dans une réserve d'eau, que les vapeurs et gaz qui se produisent alors sont partiellement condensés dans cette réserve d'eau, que la vapeur rési- duelle et les gaz résiduels sont arrosés d'eau, ce qui a pour effet de les condenser, et que les gaz résiduels qui subsistent encore à la fin de cette opération sont ramenés à la tête de pulvérisation. Grâce aux mesures conformes à l'invention, le jet saturé de gaz et vapeur d'eau et de granulat est injecté directement dans une grande réserve d'eau. De même, l'im- pulsion donnée dans la réserve d'eau par le jet assure un mélange intime et également une meilleure évacuation de la chaleur. Dans un condenseur situé au-dessus de la réserve d'eau, la vapeur résiduelle et les matières polluantes H2S et SO2 non encore éliminées par lavage sont refroidies à contre-courant par de l'eau de pulvérisation et conden- sées, absorbées par l'eau et transmises au calcaire présent dans l'eau de refroidissement, compte tenu d'un potentiel d'oxydation. L'eau introduite par pulvérisation dans le condenseur est dirigée vers l'injecteur avec les matières polluantes provenant des vapeurs et des gaz, en passant par une station de pompage et une tour de refroi- dissement. Pendant le processus de granulation qui y a lieu, les particules de gypse qui se forment se déposent sur le granulat en cours de fabrication et sortent en même temps que le granulat. Le gaz résiduel qui subsiste après condensation de la vapeur et qui est constitué d'air et de traces de H2S et S02 est extrait de l'extrémité de tête du condenseur et ramené à l'injecteur par la conduite de retour, de manière à créer, finalement, un circuit fermé de gaz. Etant donné que l'injecteur de granulation n'a pas besoin d'air frais, le courant des gaz d'échappement, habituellement inévita- ble, est réduit à zéro. L'invention concerne également une installation pour la fabrication de sable de laitier (granulat) à partir de laitier de haut-fourneau par granulation du laitier, cette installation comprenant une goulotte de laitier destinée à conduire le laitier de haut-fourneau à un injecteur (tête de pulvérisation) au moyen duquel de l'eau est injectée dans le jet de laitier, un réservoir collecteur de granulat auquel font suite des dispositifs de déshy- dratation, ainsi qu'une cheminée disposée au-dessus du collecteur de granulat et destinée à capter les vapeurs et gaz produits pendant l'opération de granulation, cette installation étant particulièrement destinée à mettre en oeuvre le procédé conforme à l'invention. Conformément à l'invention, la cheminée est réali- sée, dans une telle installation, sous la forme d'un condenseur équipé d'un registre dans un conduit d'extrac- tion; pour l'arrosage des vapeurs et gaz venant de la réserve d'eau, il est prévu des gicleurs de pulvérisation et sur l'extrémité supérieure du condenseur est disposée une conduite de retour pour ramener les gaz résiduels à l'injecteur. Selon un développement de l'invention, il est particulièrement avantageux de prévoir une vanne d'étranglement sur la conduite de retour. Pour empêcher toute implosion, il est en outre avantageux de disposer un reniflard sur la conduite de retour. Selon un autre développement avantageux de l'inven- tion, une ou plusieurs goulottes destinées a recueillir de l'eau sont disposées dans le condenseur. Il est particulièrement avantageux que les gicleurs d'injection soient montés en plusieurs rangées superposées sur l'enveloppe du condenseur. D'autres caractérisques et avantages du procédé et de l'installation selon l'invention ressortiront de la description détaillée qui va suivre en référence aux dessins annexés. Sur ces dessins: la figure 1 représente schématiquement une installa- tion de granulation de laitier; et la figure 2 montre un détail de l'installation de granulation de la figure 1. Sur le schéma de la figure 1, on peut voir que le laitier liquide venant d'un haut-fourneau 1 est amené par une goulotte de laitier 2 à un injecteur 4 équipé d'une tête de pulvérisation 3 et d'une tête à gicleurs 5. Le mode de réalisation représenté à la figure 1, comprend deux dispositifs de granulation, construits de manière identique, à l'intérieur desquels les différentes réac- tions se déroulent de manière semblable, de telle sorte que l'on ne décrira ci-après qu'une seule installation de granulation. A l'extrémité de la goulotte 2, le laitier tombe à travers un orifice dans l'injecteur 4. Le jet venant de la tête à gicleurs 5 saisit le laitier et le précipite vers une réserve d'eau 6. La tête à gicleurs 5 de l'injecteur 4 est constituée essentiellement d'une plaque comportant un grand nombre de gicleurs ou trous de diamètre relativement faible. Le profil, ouvert vers le haut, du jet émis par la tête à gicleurs 5 est recouvert par une autre rangée de jets d'eau de la tête de pulvérisation 3. Ceci a pour effet d'empêcher tout retour de gaz ou de vapeur vers la goulotte 2. L'eau venant de la tête à gicleurs 5 et le jet d'eau venant de la tête de pulvérisation 3 entraîne le laitier et le gaz pénétrant dans la tête de pulvérisation jusque dans l'eau de la réserve 6. Par l'effet du jet puissant, le laitier est finement granule. Apres la réserve d'eau 6, le mélange granulat-eau ainsi créé est amené à une installation de déshydratation 19 par une conduite d'évacuation 18 qui présente de préfé- rence une certaine pente. L'installation de déshydratation 19 peut être constituée par un ou plusieurs réservoirs en forme de silos à l'intérieur desquels le granulat se dépose. Mais il est également possible de réaliser la déshydratation dans des appareils de déshydratation (non représentés), tels par exemple que des roues à godets. Au-dessus de la réserve d'eau 6, il est disposé un condenseur 9 dans l'enveloppe duquel sont disposés, en rangées, des gicleurs de pulvérisation 10. Le condenseur 9 est muni d'un conduit d'extraction 13 à l'intérieur duquel est prévu un registre d'arrêt de vapeur 12 en forme de plaque. Au-dessous des rangées de gicleurs 10 sont disposées une ou plusieurs goulottes 11 de récupération de l'eau à partir desquelles l'eau de condensation est amenée à un rétro-réfrigérant d'eau (non représenté) en passant par une conduite de retour 21. Les gicleurs de pulvérisation 10 sont alimentés par une conduite 20 en eau de pulvérisation. L'injecteur 4, c'est-à-dire la tête à gicleurs 5 et la tête de pulvérisation 3, est alimenté en eau de fonctionnement par une conduite 8. Le condenseur 9 présente une extrémité de tête 15 à laquelle est raccordée une conduite de retour 14 qui ramène à l'injecteur 4 le gaz résiduel venant du conden- seur 9. Une vanne d'étranglement 16 et un reniflard 17 sont disposés dans la conduite de retour 14. L'eau du procédé circule en circuit fermé, ce qui a pour effet de compenser les pertes produites par évapo- ration et celles résultant de l'humidité résiduelle qui subsiste dans le granulat. Il se constitue donc ainsi un circuit de gaz constamment fermé. Le nouveau procédé et le mode de fonctionnement de la nouvelle installation de granulation sont expliqués en détail & l'aide de la figure 2 qui représente, en coupe schématique, une installation de granulation de ce type. La granulation du laitier s'effectue par le fait que le laitier liquide, à environ 1500 C dans l'injecteur 4, venant de la goulotte de laitier 2, est exposé à un jet actif formé de plusieurs monojets et transformé ainsi en un fin granulat. A la suite de cette granulation, le jet actif se compose de granulat de laitier, d'eau, de vapeur d'eau et d'un peu d'air. La vapeur d'eau produite par le refroidissement brusque du laitier contient une certaine proportion de H2S et de SO2. Le jet actif chargé de vapeur d'eau, de granulat et d'émissions sulfureuses est insufflé directement dans la réserve d'eau 6. De ce fait, il se produit un mélange intime et un dégagement de chaleur élevé. La vapeur résiduelle qui subsiste encore et les parties non encore éliminées par lavage de H2S et de SO2 sont refroidies et condensées dans le condenseur 9, à contre-courant de l'eau pulvérisée venant des gicleurs 10. Les émissions sulfu- reuses, sous forme gazeuse, sont absorbées par l'eau et évacuées par l'eau de refroidissement, opération pendant laquelle elles se combinent avec le calcium contenu dans cette eau. Le gaz résiduel qui subsiste après condensation de la vapeur et qui est composé d'air et de traces de H2S et de SQ2 est extrait à l'extrémité de tête 15 du condenseur 9 et ramené à l'injecteur 4 par la conduite de retour 14. La goulotte de laitier 2 est munie d'une hotte 7. Une dépression statique se produit sous cette hotte 7. L'impulsion du jet de fonctionnement et des jets d'eau venant de la tête de pulvérisation 3 est calculée de telle manière que le gaz venant de la conduite de retour 14 et pénétrant dans l'injecteur 4 se trouve entraîné dans la réserve d'eau 6 en même temps que le laitier. A l'inté- rieur du condenseur 9, il est prévu une cloison qui pénè- tre à l'intérieur de la réserve d'eau 6 et qui forme une barrière d'eau, ce qui a pour effet d'empêcher la sortie de gaz et de vapeur et de maintenir une dépression à l'intérieur du condenseur 9. Dans la réserve d'eau 6, le laitier se mélange à l'eau de fonctionnement, ce qui a pour effet de réaliser un équilibre thermique approprié. Si le flux de laitier est de faible importance, la température de l'eau de la réserve 6 reste inférieure à la température d'ébullition. Si l'apport de laitier est important, une partie de l'eau de la réserve 6 s'évapore. La vapeur ainsi formée et le gaz délivré par l'injecteur 4 dans la réserve 6 s'élèvent et pénètrent par les goulottes 11, dans l'espace du con- denseur. Par les gicleurs O10, l'eau de pulvérisation est alors pulvérisée et mélangée au flux ascendant gaz-vapeur. Dans ce cas également, il se produit un équilibre thermi- que, et un échange de matières entre le courant gaz-vapeur et l'eau de pulvérisation. La vapeur est ainsi condensée et lavée par l'eau de pulvérisation descendante et con- duite ensuite vers le rétro-réfrigérant d'eau par les goulottes de récupération 11 et les conduites de retour 21. Tout gaz résiduel continuant le cas échéant à s'élever est recueilli, avec une proportion résiduelle de vapeur, dans la tête 15 du condenseur 9 et ramené à l'injecteur 4 par la conduite de retour 14. C'est pour éviter une implosion éventuelle en cas d'incidents de fonctionnement que le reniflard 17 est monté dans la conduite de retour 14. Lors de l'opération de démarrage, la température dans le condenseur 9 est égale à la température ambiante. Après la mise en circuit de l'eau de fonctionnement et de l'eau de pulvérisation, la température de l'air s'élève à l'intérieur du condenseur 9 jusqu'à égaler la température de l'eau. L'air se trouvant dans le condenseur 9 se dilate alors de manière isobarique. Un volume correspondant s'échappe alors par le conduit d'extraction 13 en traver- sant le registre d'arrêt de vapeur 12 qui agit comme un clapet et de là à l'atmosphère. L'air ainsi évacué est exempt de toute matière polluante. Par l'introduction forcée du mélange laitier-eau de fonctionnement dans l'eau de la réserve 6, au-dessous de la surface libre de celle-ci, et par la condensation à l'intérieur du condenseur 9 sous l'effet de l'eau de pulvérisation venant des gicleurs 10, les émissions sulfu- reuses sous forme de gaz H2S et SO2 sont éliminées ou pré- cipitées pratiquement dans leur totalité. Les quantités résiduelles qui subsistent sont ramenées au procédé en circuit fermé par la conduite de retour 14, de telle sorte qu'aucune matière polluante ne peut s'échapper à l'atmo- sphère. Les parties de l'installation de granulation faisant suite au processus de granulation proprement dit, telles que par exemple réservoirs d'eau chaude, tours de refroidissement, réservoirs d'eau froide, installations de chargement et analogues, ne sont pas décrites en détail car elles ne font pas l'objet de la présente invention. De même, les dessins ne montrent pas les pompes, vannes et appareillages similaires requis. L'invention n'est toutefois pas limitée aux modes de réalisation et phases de procédé qui ont été décrits et représentés mais en embrasse toutes les variantes qui en constituent des équivalents techniques. REVENDICATIONS 1. Procédé pour la fabrication de sable de laitier (granulat) à partir de laitier de haut-fourneau par granulation du laitier au moyen d'injection, à l'aide d'une tête de pulvérisation (3), d'eau dans le jet de laitier, procédé dans lequel le mélange résultant granulat-eau est déshydraté dans une installation de déshydratation (19) lui faisant suite, le granulat est amené à une installation de distribution et l'eau du procédé est ramenée à la tête de pulvérisation (3) après compensation des pertes produites dans le circuit par évaporation et par l'humidité résiduelle du granulat, tandis que les vapeurs et gaz produits pendant la granulation sont récupérés dans un espace situé au-dessus d'une réserve de mélange granulat-eau, caractérisé par le fait que le jet d'eau de fonctionnement est introduit directement dans une réserve d'eau (6); que la vapeur et les gaz qui se produisent alors sont condensés partiellement dans la réserve d'eau(6);que la vapeur résiduelle et les gaz résiduels sont arrosés d'eau et de ce fait condensés, et que les gaz résiduels qui subsistent encore sont ramenés à la tête de pulvérisation (3). 2. Procédé selon la revendication 1, caractérisé par le fait que le condensat de H2S et SO2 constitué sous l'effet de l'eau d'arrosage est capté dans un piège à eau placé au-dessus de la réserve d'eau et ramené au circuit d'eau. 3. Procédé selon l'une des revendications 1 et 2, caractérisé par le fait que l'on maintient une surpression dans l'espace de condensation situé au-dessous du plan de pulvérisation, et une dépression au-dessus du plan de pulvérisation. 4. Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 3, caractérisé par le fait que le mélange granulat-eau produit pendant l'opération de granulation est conduit vers un (ou plusieurs) appareils de déshydratation. 5. Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 3, caractérisé par le fait que le mélange résultant granulat-eau est amené à un ou plusieurs réservoirs en forme de silos. 6. Installation pour la fabrication de sable de laitier (granulat) à partir de laitier de haut-fourneau par granulation du laitier, cette installation comprenant une goulotte de laitier (2) destinée à conduire le laitier de hautfourneau à un injecteur (4) (tête de pulvérisation) au moyen duquel de l'eau est injectée dans le jet de laitier, un réservoir collecteur de granulat auquel font suite des appareils de déshydratation (19), ainsi qu'une cheminée disposée au-dessus du réservoir collecteur de granulat et destinée à capter les vapeurs et gaz produits pendant l'opération de granulation, en particulier pour la réalisation du procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 5, caractérisée par le fait que la cheminée est réalisée sous la forme d'un condenseur (9), comportant un registre (12) dans un conduit d'extraction (13); que des gicleurs d'arrosage (10) sont prévus pour arroser la vapeur et les gaz venant de la réserve d'eau (6); et que, sur l'extrémité de tête (15) du condenseur (9), est disposée une conduite de retour (14) pour ramener le gaz résiduel à l'injecteur (4). 7. Installation selon la revendication 6, caractérisée par le fait que la conduite de retour (14) comporte une vanne d'étranglement (16). 8. Installation selon l'une des revendications 6 et 7, caractérisée par le fait que la conduite de retour (14) comporte un reniflard (17). 9. Installation selon l'une quelconque des revendications 6 à 8, caractérisée par le fait que le condenseur (9) comporte une ou plusieurs goulottes de récupération d'eau (11). 10. Installation selon l'une quelconque des revendications 6 à 8, caractérisée par le fait que les gicleurs d'arrosage (10) sont disposés en plusieurs rangées superposées sur l'enveloppe du condenseur (9).