Brevet FR2691476A1 — publié le 19931126

PROCEDE ET INSTALLATION DE COMPACTAGE DE POUSSIERE PROVENANT D'INSTALLATIONS METALLURGIQUES La présente invention concerne la récupération des poussières provenant d'installations métallurgiques, en particulier des poussières issues de fours électriques d'aciérie. Elle concerne en particulier un procédé et une installation permettant de compacter sous une forme manipulable lesdites poussières, sans qu'il soit nécessaire d'ajouter de liant. Les poussières provenant des installations métallurgiques, en particulier piégées dans les cheminées de fours électriques d'aciérie, sont collectées et stockées, avant de faire l'objet d'éventuelles réutilisations. Le stockage de ces poussières à proximité du lieu de production pose en lui-même de graves difficultés de pollution. En effet leur stockage étant fait à l'air libre sous forme de terril, elles sont soumises aux intempéries en particulier le vent et la pluie. Le premier les disperse dans l'atmosphère et la seconde peut entraîner une partie des corps qu'elles contiennent jusque dans la nappe phréatique. On comprend que la solution à ces difficultés est de transformer les poussières générées par l'installation métallurgique en blocs compacts qui soient suffisamment lourds pour résister au vent et qui ne soient pas susceptibles de se déliter ou de se dissoudre sous l'effet de la pluie. Des solutions de ce type ont déjà été proposées mais qui présentent elles aussi des inconvénients ou des limitations, du fait qu'elles nécessitent l'adjonction de liant ou bien la nécessité de mélanger certains types de poussière. En particulier le document FR.A.2 338 996 décrit un procédé dans lequel les poussières recoltées dans le circuit d'épuration de fours électriques doivent obligatoirement comporter des fines silicieuses et de la poussière de charbon et éventuellement un peu de liant organique du type lignosulfite. Dans le document SU 1 148 225, le procédé mis en oeuvre nécessite de réaliser après une première humidification une étape de granulation suvie d'un séchage pour baisser le taux d'humidité, suivie d'une extrusion puis d'un compactage sous pression et enfin d'un séchage jusqu'à obtenir un taux d'humidité de l'ordre de 2 %, par exemple un séchage de 30 minutes à 150 OC. Le but que s'est fixé le demandeur est de proposer un procédé qui pallie les inconvénients constatés, en ce qu'il ne nécessite pas d'ajouter un liant pour obtenir la cohésion des poussières, en ce qu'il soit d'une technicité simple et en ce que les blocs compacts obtenus puissent être manipulés très rapidement après leur compactage. Ce but est parfaitement atteint par le procédé de l'invention. Il s'agit d'un procédé de compactage de poussières provenant d'installations métallurgiques qui consiste a) à introduire les poussières, sans liant, à l'état humide dans le corps cylindrique d'une presse hydraulique, dont l'extrémité de sortie, de forme sensiblement tronconique, est terminée par une filière cylindrique, b) à extruder les poussières à travers la filière en appliquant à l'aide du piston presseur de la presse hydraulique une pression d'au moins 107 Pa (100 bars), c) et à soumettre le bloc compacté sortant de la filière à un choc thermique superficiel à au moins 300 OC. De manière inattendue, le demandeur a constaté que le produit obtenu avec le procédé précité consistait en un bloc compact, immédiatement manipulable sans risque d'effritement et qu'il n'était pas altéré par le ruissellement de la pluie ou un séjour en atmosphère humide. De préférence le choc thermique superficiel est obtenu en chauffant le bloc compacté, sortant de la filière, pendant environ une minute à une température comprise entre 300 et 400 OC. De préférence, préalablement à l'introduction dans le corps cylindrique de la presse, les poussières sont soumises à une action d'homogénéisation, notamment par brassage, éventuellement sous aspersion d'eau. Cette opération préalable a pour but d'éviter la création de zones hétérogènes dans le bloc compact obtenu par le procédé, de telles zones pouvant créer des points de fragilité dans le bloc. C'est un autre objet de l'invention que de proposer une installation spécialement conçue pour la mise en oeuvre du procédé précité. Il s'agit d'une installation du compactage de poussières provenant d'installations métallurgiques qui comportent a) une presse hydraulique munie d'un corps cylindrique dont l'extrémité de sortie de forme sensiblement tronconique est terminée par une filière elle même cylindrique, le piston presseur de ladite presse étant capable d'appliquer à l'intérieur du corps cylindrique une pression d'au moins 107 Pa, b) des moyens d'introduction de la poussière à l'état humide à l'intérieur du corps cylindrique de la presse, c) et des moyens de chauffage, en sortie de filière, aptes à créer un choc thermique d'au moins 300 OC sur le bloc compacté. Le diamètre de la filière est bien sûr nettement plus petit que le diamètre du corps cylindrique. Ce diamètre de filière est par exemple de 4 à 6 fois plus petit que le diamètre du corps cylindrique. On comprend dans ces conditions que la pression effectivement exercée au niveau de la filière elle-même est très nettement supérieure à celle appliquée par le piston presseur. Cette pression doit être supérieure à 108 Pa. De plus on a remarqué que les résultats étaient encore améliorés, et en particulier le choc thermique en sortie de filière pouvait être de moindre importance, lorsque l'extrémité de sortie de forme sensiblement tronconique était incurvée dans sa portion amont vers le corps cylindrique de la presse et dans sa portion aval vers la filière. Cette disposition particulière correspond à une meilleure homogénéité de l'écoulement de la matière et de l'application des pressions. Avantageusement l'installation selon l'invention comporte également, en sortie de filière, des moyens de coupe aptes à tronçonner le bloc compacté à une longueur déterminée. De préférence les moyens de chauffage, aptes à créer le choc thermique, sont constitués de panneaux radiants placés au-dessus d'un tapis de réception des blocs compactés, éventuellement tronçonnés. De préférence, les poussières étant stockées dans un silo, les moyens d'alimentation comportent une vis d'extraction de ladite poussière dans le silo, une vis de brassage à palettes de faible inclinaison et deux goulottes de liaison, la première entre la sortie de la vis d'extraction et l'entrée de la vis de brassage et la seconde entre la sortie de la vis de brassage et l'entrée du corps cylindrique de la presse hydraulique. Il est ainsi possible de réaliser de manière totalement automatique et continue le compactage selon le procédé de l'invention à partir d'un silo temporaire de stockage. Selon un mode préféré de réalisation, la presse hydraulique est montée sur un bâti tournant, d'axe vertical et est équipée d'au moins deux corps cylindriques disposés verticalement et symétriquement par rapport à l'axe de rotation du bâti de telle sorte que, lorsque l'un des corps cylindriques est placé sous les moyens d'alimentation, l'autre se trouve au droit du piston presseur de la presse hydraulique ; de plus l'installation comporte des moyens de synchronisation permettant de coordonner la rotation du bâti, l'alimentation du corps cylindrique et l'action du piston presseur. La présente invention sera mieux comprise à la lecture de la description qui va être faite du mode préféré de réalisation de l'installation du compactage de poussière provenant d'un four électrique d'aciérie, illustrée par le dessin annexé dans lequel : la figure 1 est une vue schématique de côté de l'ensemble de l'installation, la figure 2 est une vue schématique partielle de dessus des moyens d'alimentation et de la presse hydraulique, la figure 3 est une représentation simplifiée de l'extrémité de sortie de la presse hydraulique. L'invention concerne le compactage des poussières provenant d'installations métallurgiques, en particulier issues de fours électriques d'aciérie. Ces poussières sont récupérées et stockées transitoirement dans un silo de stockage 2. L'installation 1 selon l'invention, qui est illustrée à la figure 1, réalise l'extraction directe des poussières à partir du silo de stockage 2, leur compactage et l'évacuation des blocs compacts 3 obtenus dans des bennes 4 de stockage. Le procédé de compactage, spécifique de l'invention, consiste dans une première étape à introduire les poussières, sans liant, à l'état humide dans le corps cylindrique 5 d'une presse hydraulique 6. L'extrémité de sortie 7 du corps cylindrique 6 a une forme sensiblement tronconique et est terminée par une filière cylindrique 8. Dans une deuxième étape, le procédé consiste à extruder les poussières à travers la filière 8 en appliquant dans le corps cylindrique 5, à l'aide du piston presseur 9 de la presse hydraulique 6 une pression d'au moins 107 Pa (100 bars). Dans une troisième étape, le procédé consiste à soumettre le bloc compacté 10, sortant de la filière 8, un choc thermique superficiel à une température d'au moins 300 OC. La mise en oeuvre des trois étapes précitées est obtenue, dans le mode préféré de réalisation qui va être décrit, à l'aide de l'installation illustrée à la figure 1, qui comporte les éléments suivants, de l'amont vers l'aval dans le sens de déplacement des poussières. Une vis 11 d'extraction permet de prendre la poussière qui est stockée dans le silo 2 et de la tranporter jusqu'à deux vis de brassage 12 et 13. La partie antérieure lla de la vis d'extraction 11 pénétre à l'intérieur du silo 2. Cette vis est entraînée en rotation par des moyens appropriés, il s'agit d'une vis du type d'Archimède qui est montée à l'intérieur d'un tube cylindrique 14, partiellement ouvert sur le dessus au niveau de la partie antérieure lla de la vis d'extraction 11. Vers la partie postérieure llb de la vis 11, le tube 14 est prolongé par deux canalisations 15 et 16, qui sont raccordées sur le dessus des tubes cylindriques 17, 18 entourant les vis de brassage 12 et 13. Chaque vis de brassage 12,13 comporte, montée sur un arbre entraîné en rotation, des palettes à faible inclinaison, aptes à assurer un brassage homogéne des poussières et leur transfert le long du tube correspondant. Chaque tube de brassage 17, 18 est équipé d'une rampe d'injection d'eau munie de gicleurs de pulvérisation, non représentés sur la figure 1, prévus pour apporter, si besoin est, un complément d'eau aux poussières provenant du silo. Ce complément peut être réglé de O à 20 % du volume des poussières. Vers la partie postérieure 12b 13b des vis de brassage 12, 13, les tubes de brassage 17, 18 comportent des goulottes de liaison 19 permettant d'introduire les poussières humides homogénéisées, simultanément à l'intérieur de deux corps cylindriques Sa et 5b de la presse hydraulique 6. La presse hydraulique comporte, dans l'exemple décrit, quatre corps cylindriques 5 qui sont montés verticalement sur un bâti 20, tournant autour d'un axe de rotation 21. Les quatre corps cylindriques 5 sont disposés symétriquement par rapport à l'axe de rotation 21, avec un décalage angulaire de 900C entre chaque corps 5. L'axe de rotation 21 est diposé de manière médiane entre les parties postérieures 12b et 13b des deux vis de brassage 12, 13. Ainsi, comme cela est clairement illustré à la figure 2, les deux goulottes de liaison 19 débouchant en dessous des tubes de brassage 17, 18 au niveau des parties postérieures 12b et 13b des vis de brassage 12 et 13 sont exactement à l'aplomb de l'entrée ouverte de deux corps cylindriques 5a et 5b. La presse hydraulique 6 comporte également deux vérins hydrauliques à double effet 21, 22 reliés à une centrale hydraulique non représentée permettant la mise en oeuvre desdits vérins 21, 22. Chaque vérin 21, 22 est équipé d'un piston presseur 9. Les deux vérins hydrauliques 21, 22 sont positionnés verticalement à l'aplomb des deux corps cylindriques 5c et 5d, qui ont respectivement un décalage angulaire de 90 par rapport au deux corps cylindriques précités 5b et 5a. Ainsi, lorsque les deux corps cylindriques Sa et 5b se trouvent sous les goulottes de liaison 19, les deux corps cylindriques 5c et 5b se trouvent sous le piston presseur des vérins hydrauliques 21, 22. Chacun des quatre corps cylindriques 5 est terminé vers son extrémité basse par une pièce de sortie 23 représentée à la figure 3. La partie creuse de cette pièce est destinée à assurer le raccordement entre le corps cylindrique 5 dont la section transversale a un diamètre déterminé D à la filière cylindrique de sortie 8 ayant en section transversale un diamètre déterminé d. Bien sûr la filière de sortie 8 est disposée axialement par rapport au corps cylindrique 5. La paroi intérieure de la pièce 23 a une forme qui est, dans sa partie centrale 24, sensiblement tronconique et qui est courbée dans ses parties amont 25 et aval 26. A cette forme particulière de la paroi intérieure de la pièce 23 permet de réaliser un écoulement le plus homogène possible des poussières humides lors du compactage. Cette forme permet en outre de minimiser les forces à mettre en oeuvre et réduit donc la puissance consommée. Sous les filières 8 il est disposé un tapis de réception 27. Entre les filières 8 correspondant au deux corps cylindriques Sc et 5d et le tapis 27 est prévu un dispositif de tronçonnage des blocs compactés sortant de la filière 8.Ce dispositif, non représenté, consiste en une trappe à guillotine alternative qui est manoeuvrée par un vérin hydraulique à grande vitesse. Au dessus du tapis 27, en aval des filières 8, sont disposés des panneaux radiants 28 permettant de chauffer les blocs compactés 10, après tronçonnage, pendant l'avancement du tapis 27. Le tapis 27, à l'exception de sa partie finale 27b ainsi que les panneaux radiants 28 sont enfermés dans une enceinte 29 raccordée à des moyens de circulation d'air, permettant d'évacuer la vapeur d'eau provoquée par l'évaporation de l'humidité résiduelle contenue dans les blocs compactés 10. Le mode de fonctionnement de l'installation est le suivant. Les poussières contenues dans le silo 2 sont entraînées par la vis d'extraction 11, puis réparties grâce aux goulottes de liaison 15, 16 dans les deux tubes de brassage 17 et 18. Là elles sont à la fois humidifiées, brassées et déplacées sous l'action des palettes de brassage jusqu'aux goulottes de liaison 19. La poussière humide et homogénéisée tombe par gravité dans les corps cylindriques Sa et 5b jusqu'à remplissage desdits corps. Un système de synchronisation permet de coordonner le fonctionnement et les vitesses de rotation des vis d'extraction 11 et de brassage 12, 13 de manière à arrêter l'alimentation des corps cylindriques Sa et 5b une fois que ceux-ci sont remplis. Le système de synchronisation commande alors le pivotement du bâti 20 autour de son axe 21 d'un angle de 900 de telle sorte que les corps cylindriques 5a et 5b remplis occupent la position représentées sur la figure 2 par les cylindres 5c et 5 d. Ils sont alors à l'aplomb des pistons presseurs 9 des vérins hydrauliques 21 et 22. Le système de synchronisation commande l'action de ces vérins 21, 22 ; le déplacement des pistons est réalisé en deux temps - une avance rapide limitée à une pression de compression de 2,5.106 Pa (25 bars), ce qui permet une pré-compression de la poussière puis la compression proprement dite avec une pression du piston presseur d'au minimum 108 Pa (100 bars). cette pression peut monter jusqu'à 28,38 Pa (200,300 bars). Les poussières humides comprimées dans le corps cylindrique sont évacuées par la filière 8. On obtient à la sortie de la filière 8 un bloc compacté, cylindrique et longiligne qui est tronçonné à une longueur déterminée par la trappe à guillotine alternative. Ainsi ne tombe sur le tapis 27 que des tronçons compactés 10. Ceux-ci passent ensuite sous les panneaux radiants 28 où ils subissent un choc thermique d'au minimum 300 OC pendant une période qui est de l'ordre de la minute. Ce choc thermique superficiel a pour effet de créer une gaine de protection autour du tronçon compacté, rendant celui-ci immédiatement manipulable. Ainsi les tronçons compacts 3, sortant de la partie postérieure 27b du tapis 27 peuvent tomber directement dans une benne de stockage 4 sans préjudice pour leurs compacité et sans risque d'effritement.Les tronçons compacts 3 ainsi récupérés peuvent être ensuite stockés en tas à l'air libre, sans risque de pollution ni de l'atmosphère ni de la nappe phréatique. Lors du compactage, on comprend que le piston presseur se déplace à l'intérieur du corps cylindrique 5 sans toutefois atteindre la pièce de sortie 23. C'est la matière restant dans cette pièce de sortie 23 qui sert de fond au corps cylindrique lors du remplissage de celui-ci et qui permet la montée en pression du piston presseur. En cas d'arrêt de fonctionnement de l'installation pendant un certain temps, il est préférable lors de la dernière opération de compactage, d'introduire dans le corps cylindrique du sable, en remplacement de la poussière humide. En effet la poussière humide compactée risquerait de durcir à l'intérieur de la pièce de sortie 23, rendant celle-ci difficilement réutilisable, alors que le sable n'ayant pas de propension à durcir peut être évacué sans difficulté lors de la remise en route de l'installation. Dans un mode précis de réalisation, l'installation qui vient d'être décrite, à quatre corps cylindriques, est capable de produire 5 tonnes par heure de tronçons compacts 3 avec un diamètre de filière 8 de cinquante millimètres. La présente invention n'est pas limitée au mode de réalisation qui vient d'être donné à titre d'exemple non limitatif. REVENDICATIONS 1. Procédé de compactage de poussières provenant d'installations métallurgiques qui consiste a) à introduire les poussières, sans liant, à l'état humide dans le corps cylindrique (5) d'une presse hydraulique (6), dont l'extrémité de sortie (23), de forme sensiblement tronconique, est terminée par une filière cylindrique (8), b) à extruder les poussières à travers la filière (8) en appliquant à l'aide du piston presseur (9) de la presse hydraulique (6) une pression d'au moins 107 Pa (100 bars), c) et à soumettre le bloc compacté (10) sortant de la filière (8) à un choc thermique superficiel à au moins 300 OC. 2. Procédé selon la revendication 1 caractérisé en ce que le choc thermique superficiel est obtenu en chauffant le bloc compacté (10), sortant de la filière, pendant environ une minute à une température comprise entre 300 et 400 OC. 3. Procédé selon la revendication 1 caractérisé en ce que préalablement à l'introduction dans le corps cylindrique(5) de la presse (6), les poussières sont soumises à une action d'homogénéisation, notamment par brassage, éventuellement sous aspersion d'eau. 4. Installation de compactage de poussières provenant d'installations métallurgiques comportant a) une presse hydraulique (6) munie d'au moins un corps cylindrique dont l'extrémité de sortie (23) de forme sensiblement tronconique est terminée par une filière (8) elle même cylindrique, le piston presseur (9) de ladite presse étant capable d'appliquer à l'intérieur du corps cylindrique une pression d'au moins 107 Pa, b) des moyens d'introduction de la poussière à l'état humide à l'intérieur du corps cylindrique (5) de la presse, c) et des moyens de chauffage (28), en sortie de filière (8), aptes à créer un choc thermique d'au moins 300 OC sur le bloc compacté. 5. Installation selon la revendication 4 caractérisée en ce que le diamètre de la filière (8) est de 4 à 6 fois plus petit que le diamètre du corps cylindrique (5). 6. Installation selon la revendication 4 ou 5 caractérisée en ce que l'extrémité de sortie (23) de forme sensiblement tronconique est incurvée dans sa portion amont vers le corps cylindrique (5) de la presse et dans sa portion aval vers la filière (8). 7. Installation selon la revendication 4 caractérisée en ce que l'installation comporte également, en sortie de filière (8), des moyens de coupe aptes à tronçonner le bloc compacté à une longueur déterminée. 8. Installation selon la revendication 7 caractérisée en ce que les moyens de chauffage, aptes à créer le choc thermique, sont constitués de panneaux radiants placés au-dessus d'un tapis de réception des blocs compactés tronçonnés. 9. Installation selon l'une des revendications 4 à 8 caractérisée en ce que les poussières étant stockées dans un silo (2), les moyens d'alimentation comportent une vis d'extraction (11) de ladite poussière dans le silo (2) au moins une vis de brassage (12,13) à palettes de faible inclinaison et aux moins deux goulottes de liaison, la première (15,16) entre la sortie de la vis d'extraction (11) et l'entrée de la vis de brassage (12,13) et la seconde (19) entre la sortie de la vis de brassage (12,13) et l'entrée du corps cylindrique (5) de la presse hydraulique (6). 10. Installation selon ltune des revendications 4 à 9 caractérisée en ce que la presse hydraulique (6) est montée sur un bâti tournant (20), d'axe vertical (21) et est équipée d'au moins deux corps cylindriques ouverts à leur extrémité supérieure, et disposés verticalement et symétriquement par rapport à l'axe de rotation (21) du bâti (20) de telle sorte que, lorsque l'un des corps cylindriques(5a, 5b) est placé sous les moyens d'alimentation, l'autre (5c, 5d) se trouve au droit du piston presseur (9) de la presse hydraulique (6) ;et en ce qu'elle comporte des moyens de synchronisation permettant de coordonner la rotation du bâti, l'alimentation du corps cylindrique et l'action du piston presseur.