Brevet FR2670777A1 — publié le 19920626

PROCEDE DE FABRICATION D'UN CIMENT ET D'UN GRANULAT DE SCORIE D'ACIER OBTENU PAR SOUFFLAGE D'AIR, AINSI QU'UN DISPOSITIF DE GRANULATION L'invention concerne un procédé de fabrication d'un ciment ainsi que d'un granulat de scorie d'acier obtenu par soufflage d'air pour un ciment, qui est analogue à un ciment de minerai. L'invention se rapporte également au dispositif pour la mise en oeuvre de ce procédé d'obtention d'un granulat. La plupart du temps, on renonce à la fabrication d'un ciment de minerai, qui est avantageux sous différents points de vue et présente une résistance élevée au gel, étant donné que les coûts de fabrication sont très élevés. Il est connu de granuler des scories provenant de la fabrication du fer, par exemple, des scories de haut fourneau, et de les moudre pour la fabrication de ciment de haut fourneau. Cependant, ces scories ne sont pas équivalentes au ciment de minerai et présentent une autre composition chimique. Le ciment de haut fourneau qui vient à être utilisé présente une addition, par exemple, de 20% de ciment Portland. Le problème qui est à la base de la présente invention est de permettre l'obtention d'un ciment à base d'une scorie traitée, de préférence sous la forme de grenailles, qui est équivalent à un ciment de minerai, et un remplacement par lui, qualitativement tout à fait valable ou même avantageux, du ciment Portland. Comme le montrent les analyses comparatives, la composition des scories d'acier obtenu par soufflage d'air, en particulier, de la scorie de fin de convertisseur, après séparation d'une fraction importante de fer, correspond largement avec celle d'un clinker de ciment de minerai. De telles scories d'acier obtenu par soufflage d'air sont, par exemple, mentionnées dans les brevets allemands DE-C2-3 430 630 et 3 216 772, où aujourd'hui la tendance va dans la direction de proportions plus faibles de MnO. La basicité (rapport % CaO / % SiO2) s'élève à environ 3 à 3,5. En revanche, les scories de haut fourneau n'ont une basicité que d'environ 1, avec des valeurs en SiO2 et CaO d'environ 30 à 40%. Une scorie de haut fourneau typique contient en outre environ 0,5% de Fe, 0,5% de MnO, 0,1% de P205, 10% d'Al203 et 10% de MgO. Lors d'essais au laboratoire et en école technique, il s'est avéré d'une façon surprenante qu'il est possible de préparer, à partir de scorie d'acier obtenu par soufflage d'air, une matière à partir de laquelle, par analogie avec du clinker de ciment de minerai, par broyage avec addition de pierre gypseuse ou anhydrite II (CaSO4 II), il résulte un ciment qui présente - dans le cas d'un refroidissement conduit de façon appropriée ; et - dans le cas d'un broyage approprié du mélange scorie/CaSO4 lors de sa mise en oeuvre, une résistance mécanique plus élevée (résistance à la pression, résistance à la flexion, résistance à la traction) et des propriétés qualitativement meilleures (résistance au gel) que le ciment Portland.Pour une bonne constance de volume du ciment, la proportion de MgO devrait se situer au-dessous de 8% dans la scorie d'acier obtenu par soufflage d'air. Des essais en école technique, il a résulté que, pour résoudre le problème, un granulat avec des proportions les plus élevées en substance amorphe peut être obtenu par refroidissement brusque de type choc de la scorie liquide, lorsque l'on dirige un courant de scorie contre une surface, refroidie et cintrée, inclinée par rapport à la direction du courant, et que, simultanément, on dirige un jet d'eau sous haute pression sur le point d'impact ou la zone d'impact du courant de scorie, lequel disloque les grenailles formées et les enveloppe avec de l'eau et de la vapeur d'eau et, par là, provoque le refroidissement de type choc fondamental initial. Par DE-AS-1 008 997, on connaît un plateau tournant, en forme de cône, lequel, refroidi par l'eau, sert à la fabrication de granulés de substances en fusion, par exemple, de fonte brute. Cependant, le refroidissement par l'eau doit seulement empêcher un collage du granulat de fonte et être effectué avec un faible courant laminaire. Le problème de la laine de scorie se formant lors de la granulation de scories d'acier obtenu par soufflage d'air, n'a pas été pris en considération. De plus, il a été proposé, selon DE-AS- 1 066 124, pour l'obtention de granulats vitreux, qui ne cristallisent pas, de refroidir brusquement la surface d'un jet de scorie de haut fourneau pendant un parcours de chute dans l'air avec des jets d'eau minces comme des aiguilles, sous haute pression, ce par quoi toute l'eau doit s'évaporer. La pratique a révélé que les énergies de refroidissement brusque et de granulation ne suffisent pas à obtenir non seulement un granulat à grains fins mais encore une très forte proportion de substance amorphe, surtout que les températures internes du granulat se situent encore largement au-dessus de 4000C. Conformément à l'invention, le courant de scorie s'écoule par conséquent sur un cône tournant et, au moment de la rencontre avec le jet d'eau sous haute pression, est disloqué en petites grenailles, de telle manière que, par l'eau en excès provenant du jet d'eau, il puisse se produire un refroidissement extrêmement rapide. Dans un autre mode de réalisation de l'invention, les grenailles sont introduites, immédiatement après leur formation, dans un lit d'eau refroidie ou dans un lit d'eau glacée. De préférence, le cône, utilisé comme surface cintrée, refroidie, est frappé par un deuxième jet d'eau, de façon appropriée venant du haut, et dont le point d'impact se situe avant le point d'impact du courant de scorie, de telle sorte que celui-ci se produise sur une surface mouillée par l'eau et refroidie. Par suite du refroidissement rapide, conformément à l'invention, des particules formant les grenailles, celles-ci contiennent des substances amorphes àraison deplusde90% et seulement une très petite fraction de substances cristallines. Un exemple de réalisation montre la fabrication du ciment selon l'invention. Dans un dispositif de la technique décrite, de la scorie d'acier obtenu par soufflage d'air du type mentionné précédemment a été traitée par le refroidissement rapide selon l'invention, de manière telle, que la teneur pondérale en substance cristalline, détectable au moyen du diagramme des rayons X, s'élevait à une valeur plus petite que 2% en poids. Les grenailles ont tout d'sabord été adressées à un séparateur magnétique pour l'élimination des grenailles à teneur en fer, et le reste a été broyé, conjointement avec 1 à 10 %, par exemple 5 %, en poids d'anhydrite II, jus 2 qutà un degré Blaine de 4300 cm /g. En utilisant de la lessive résiduaire de sulfite à 0,1% pour retarder la solidification et en prenant en considération un rapport eau-ciment peu élevé de 0,2 pour l'obtention d'une résistance élevée, il s'est avéré que le réglage du degré de broyage optimal à une finesse Blaine inférieure à 3500 cm2/g était une valeur d'influence déterminante pour la consistance du ciment obtenu. Le temps de solidification s'est élevé, suivant une variation très faible de la quantité de lessive résiduaire de sulfite (au-dessous de 1%), à environ une à deux heures. Il en a résulté une résistance à la pression du ciment ainsi obtenu de 34 N/mm2 au bout de 7 jours, et de 55 N/mm2 au bout de 28 jours. Un exemple de réalisation préféré pour la préparation du granulat utilisé, à partir de scorie d'acier obtenu par soufflage d'air est représenté sur le dessin schématique annexé. La scorie d'acier obtenu par soufflage d'air est adressée, à partir de la poche de scorie 1, par l'intermédiaire d'un récipient intermédiaire 2 qui assure un courant régulier, sur un cône tournant 3 refroidi par de l'eau, qui est disposé sur une croix de retenue 4 permettant le passage, et prévue dans un réceptacle 5. Le jet de scorie 6 arrivant verticalement d'en haut sur le cône 3 est disloqué en petites particules par un jet d'eau sous haute pression 8 sortant d'une buse à eau 7. D'autres buses à eau 9 sont disposées de façon appropriée au-dessus du cône 3 et servent au mouillage de la surface latérale du cône et à son refroidissement. L'eau et les particules de scorie granulées se rassemblent dans un espace 10 au-dessous du cône 3, où les grenailles continuent à être refroidies. Dans l'espace 10, est disposé un dispositif d'extraction, de préférence, un transporteur à vis sans fin 11, qui extrait le granulat et empêche la formation de ponts de granulat dans l'espace 10. Les particules de scorie parviennent alors dans un autre bain de refroidissement 12, où elles se déposent et elles sont extraites par un moyen de transport approprié, par exemple, une bande transporteuse 13. Sur la bande transporteuse 13, est disposé, de façon appropriée un séparateur magnétique 14, par lequel s'effectue une séparation des grenailles de fer.Les particules de scorie sont adressées, par exemple, à un chariot 15 et envoyées au traitement ultérieur, qui a lieu de façon connue en soi. L'angle de la surface latérale par rapport à l'axe du cône 3 s'élève, de préférence, à environ 450. L'entraînement en rotation du cône n'est pas représenté. Le dispositif représenté d'une manière simplifiée peut être modifié à différents points de vue. Ainsi, par exemple, le cône tournant 3 peut être doté additionnellement d'un refroidissement interne. Dans l'espace 10, peut être prévu un trop-plein pour l'eau pour empêcher que le niveau de l'eau ne monte sensiblement jusqu'à dépasser la croix de retenue 4. En outre, il est possible de prévoir un refroidissement additionnel pour l'espace 10, ce refroidissement peut être assuré par un dispositif de mouillage (16) pour au moins une partie de la surface interne (17) du réceptacle (5) ou de relier ou de raccorder l'espace 10 d'une autre manière avec le bassin de décantation 12. Pour autant qu'il se produise simultanément de la laine de scorie, celle-ci peut ou bien être utilisée comme telle et séparée, ou bien être également transformée en ciment après fragmentation appropriée. La production de laine de scorie peut être favorisée d'une manière connue en soi, l'utilisation de scorie plus fluide, permettant l'obtention d'un pourcentage plus élevé de laine, ce qui peut être réalisé par une élévation de température appropriée de la scorie et/ou des additifs favorisant la fusion. Une autre influence sur la proportion de grenailles et de laine est donnée par le choix de la température de l'eau utilisée pour le refroidissement de la scorie.Si,pour des raisons économiques, la mise en oeuvre, par intervalles, du procédé pour l'obtention préférée de laine de scorie est souhaitée, l'eau nécessaire pour le refroidissement est utilisée sous la forme d'eau chaude ou, encore mieux, est remplacée - au moins en partie - par de la vapeur. Pour réduire la fraction de laine de scorie non nécessaire pour la fabrication du ciment, il est avantageux de maintenir le plus bas possible la température de l'eau utilisée et la surface du cône tournant 3. A cet effet, il est de plus avantageux de choisir la direction du jet d'eau sous haute pression arrivant sur le cône tournant, de sorte qu'il soit dirigé à l'opposé de la direction de rotation du cône de façon tanggentielleau point d'impact. Eu égard au dessin annexé, ceci signifie que la buse 7 pour le jet d'eau sous haute pression 8 doit être disposée pour être efficace perpendiculairement, à partir du haut, au plan du dessin. En dehors de la scorie d'acier obtenu par soufflage d'air, il est produit, dans une aciérie, des quantités importantes de scorie de haut fourneau. L'utilisation la meilleure, non seulement économiquement mais encore simultanément écologiquement et, par conséquent, politico-économiquement la plus judicieuse réside dans la transformation de la scorie de haut fourneau en ciment de haut fourneau. Le ciment de haut fourneau est fabriqué, par exemple, par broyage et mélange de granulat de scorie de haut fourneau avec du ciment Portland. Comme autre additif, on utilise, par exemple, de l'anhydrite II. Le ciment préparé à partir des grenailles de scorie d'acier obtenu par soufflage d'air s'est révélé également comme un activateur convenant très bien pour du sable de scorie finement broyé de scorie de haut-fourneau. Par l'utilisation des grenailles, préparées selon l'invention, de scorie d'acier obtenu par soufflage d'air ayant une teneur élevée en oxyde de fer et une teneur élevée en substances amorphes provoquée par le refroidissement rapide, pour une fraction la plus faible possible en substances cristallines, l'obtention d'un bénéfice politico-économique est possible - le remplacement de ciment Portland lors de la fabrication de ciment de haut fourneau et, par conséquent, une utilisation la plus large possible de la scorie de haut fourneau ; - en cas de remplacement général de ciment Portland dans une mesure considérable, une économie d'énergie, et le fait d'éviter des dégâts pour ltenvironnement et de ménager les zones de paysages et les ressources en matières premières. REVENDICATIONS 1 - Procédé de fabrication d'un ciment à partir de scorie granulée produite lors de la fabrication du fer, caractérisé par les étapes suivantes - de la scorie d'acier obtenu par soufflage d'air, présentant une basicité d'environ trois, est granulée à grains très fins avec une teneur en substance amorphe de plus de 90 & - le cas échéant, un granulat de fer est extrait - sous addition de 1 à 10% d'anhydrite II, la scorie d'acier obtenu par soufflage d'air est broyée avec un degré de broyage Blaine de finesse inférieure à 3 500 cm2/g ; - ensuite, est incorporé par mélange moins de 1% de lessive résiduaire de sulfite ; et - le produit obtenu est séché. 2 - Procédé selon la revendication 1, caractérisé par une addition, de préférence, d'environ 5% d'anhydrite II. 3 - Procédé selon la revendication 1, caractérisé par le fait que le degré de broyage Blaine s'élève, de préférence, à environ 4300 cm/g Blaine. 4 - Procédé selon l'une des revendications 1 à 3, caractérisé en ce que la scorie est granulée par refroidissement brusque de type choc au moyen d'eau, suivant lequel un courant de scorie liquide est amené contre une surface cintrée, mouillée par l'eau, inclinée par rapport à la direction du courant, et, simultanément, un jet d'eau sous haute pression également incliné par rapport à la surface, est dirigé sur le point d'impact du courant de scorie, et disloque les grenailles, les refroidit et les enveloppe avec de l'eau et de la vapeur d'eau. 5 - Procédé selon la revendication 4, caractérisé par le fait que les grenailles sont introduites immédiatement après leur formation dans un lit d'eau refroidi ou dans un lit d'eau glacée. 6 - Procédé selon la revendication 4 ou 5, caractérisé par le fait que la surface cintrée est frappée par au moins un deuxième jet d'eau, dont le point d'impact se situe, dans la direction du mouvement de la surface, avant le point d'impact du jet de scorie. 7 - Procédé selon l'une des revendications 4 à 6, caractérisé par le fait que l'angle d'impact du jet d'eau sur la surface en mouvement est réglable. 8 - Dispositif pour la mise en oeuvre du refroidissement brusque de type choc du procédé selon l'une des revendications à 7, caractérisé par un cône (3), refroidi par de l'eau, tournant autour d'un axe vertical, et une amenée pour le courant de scorie à partir d'un récipient intermédiaire (2), par le haut, sur la surface latérale du cône (3), de même qu'au moins une buse (7) pour l'obtention d'un jet d'eau sous haute pression (8) qui est dirigé sensiblement sur le point d'impact du courant de scorie (6) sur le cône (3), le cône (3) étant entouré par un réceptacle (5) qui contient, au-dessous du cône (3), un espace (10) pour la collecte d'eau et du granulat de scorie. 9 - Dispositif selon la revendication 8, caractérisé par le fait que, dans l'espace (10), est disposé un dispositif d'extraction, de préférence, un transporteur à vis sans fin (11) pour l'extraction du granulat. 10 - Dispositif selon la revendication 8 ou 9, caractérisé par le fait qu'au-dessous de l'espace (10), est disposé un bassin d'eau de refroidissement et de décantation (12), qui présente un transporteur d'extraction (13) avec un séparateur magnétique (14). 11 - Dispositif selon la revendication 8, caractérisé par le fait que la buse (7) est disposée dans le réceptacle (5) horizontalement et dirigée sensiblement tangentiellement sur l'enveloppe du cône (3). 12 - Dispositif selon la revendication 8, caractérisé par un dispositif de mouillage (16) pour au moins une partie de la surface interne (17) du réceptacle (5).