Brevet FR2821618A1 — publié le 20020906

L'invention concerne la fabrication de produits utilisables à partir de laitiers d'aciéries. Ces laitiers, coulés, proviennent de divers process sidérurgiques tels que Aciéries à l'oxygène LD/LWS, aciéries électriques EAF, AOD ou similaires. Le procédé de coulée du laitier en fosse est répandu ainsi celui qui consiste à arroser à l'eau le laitier pour accélérer son refroidissement et capturer une partie des fines et poussières provenant des laitiers. Une partie des laitiers ainsi obtenue peut être récupérée et commercialisée, par exemple en agriculture ou pour la construction de routes, mais la commercialisation des fines particules, aussi appelées fines, est actuellement limitée. Il peut être nécessaire de les entreposer, ce qui peut s'avérer onéreux. A l'avenir, de nouvelles réglementations pourront interdire la mise en décharge de tels déchets de fine granulométrie. Un des objets de l'invention est de traiter les laitiers de telle sorte qu'une plus grande partie voire la totalité soit transformée en produits utilisables. Cela minimise ou supprime le recours à la mise en décharge pour la fraction des fines dont le marché est limité. Les produits obtenus peuvent se présenter sous la forme de blocs, de boulets ou d'agrégats de granulométrie variée utilisables dans l'industrie de la construction et en particulier dans la construction de routes. Selon l'invention, un aspect du procédé consiste à déverser en continu un laitier d'aciérie liquide sur une sole de dimensions et propriétés thermiques déterminées de sorte que les phases formées à haute température soient stabilisées à la solidification tout en autorisant le fractionnement contrôlé du laitier. Les caractéristiques selon l'invention sont les suivantes : - le laitier à traiter est liquide - le type de laitier concerné provient des process d'élaboration de l'acier à l'oxygène (LD, LWS,...) ou d'acier élaboré par la filière électrique (EAF, AOD,...) à l'exclusion des laitiers de hauts fourneaux. - la vitesse de refroidissement du laitier est contrôlée de façon à produire selon le besoin, soit des phases en structure cristalline, soit des phases vitrifiées, toutes deux stables à la température ambiante. La structure de la sole utilisée pour refroidir le laitier peut être immobile ou bien en mouvement. De préférence la source de laitier est fixe et la sole déplacée par rapport au point de versement du laitier liquide. Ainsi, le laitier s'éloigne du point de versement tout en se refroidissant. Pour cela, on utilise un convoyeur sans fin muni d'un ou plusieurs moules dans lesquels le laitier est coulé successivement au défilement. Le convoyeur peut aussi être constitué d'une plaque allongée dans le sens de l'écoulement du laitier (sans incrustation). La solidification du laitier provoquera sa rupture en blocs et granulats sous l'action du déplacement. Bien entendu, les techniques de concassage peuvent être appliquées par la suite au laitier ainsi solidifié. Pour contrôler la vitesse de refroidissement, un dispositif externe peut être utilisé, par exemple un écoulement d'eau sur la face de la sole opposée à celle sur laquelle le laitier liquide est versé. La sole possédant des propriétés thermiques et dimensionnelles permettant le refroidissement contrôlé du laitier, peut être conçue à partir de tout matériau adéquat. De préférence, la structure de la sole est une plaque d'acier dont l'épaisseur est déterminée de façon à absorber la chaleur du laitier afin de le solidifier de manière appropriée. Dans certains cas la fonte sera plus appropriée que l'acier. Les dimensions dépendent de la vitesse de coulée du laitier, de la température de celui-ci et autres critères de même nature. Des évaluations préliminaires ont suggéré une épaisseur de sole de l'ordre de 200 mm mais l'Homme du métier est parfaitement apte à la redimensionner sur la base des conditions locales. Selon une variante préférentielle de l'invention, le procédé est utilisé directement en aciérie. Cela signifie que tous matériaux peuvent être traités sur site, évitant ainsi des coûts de transport extérieurs. Parce que le laitier est traité à partir de la phase liquide à chaud, la génération de fines est minimisée. La presque totalité du laitier peut trouver une utilisation sans recourir à la mise en décharge. Selon le procédé conforme à l'invention, le laitier liquide est traité de sorte que la phase du type calcium/silicate C3S (ou toute autre phase pertinente) soit maintenue dans une forme cristalline à haute température (respectivement vitrifiée) lors de la solidification. Dans ce texte, on utilise pour plus de commodité la nomenclature des composants des ciments. L'avantage de ce procédé consiste en ce qu'au final, on obtient davantage de matériaux qui sont mieux utilisables du fait de l'augmentation de leur résistance mécanique, d'un coefficient de friction supérieur et d'une résistance supérieure à l'abrasion à sec ou sous eau. Le procédé conforme à l'invention offre de nombreuses options pour ajuster la nature et les propriétés du produit final. Par exemple, Le laitier initial peut générer de la chaux hydratable, génératrice de fines par les procédés de refroidissement conventionnels. Par addition d'eau, en quantité contrôlée, la chaux libre peut être modifiée pour obtenir un produit dont les propriétés sont améliorées. De préférence, l'addition d'eau est effectuée par injection dans le laitier liquide au moyen d'une lance alors que celui-ci est encore en cuvier. Le cuvier peut consister en un creuset ou similaire et la lance peut être constituée par tout élément tubulaire avec des sorties radiales par exemple. L'eau doit être approvisionnée de façon à former un aérosol au niveau de la sortie. Selon une variante ou en complément, le procédé comporte une étape consistant à inclure l'apport d'eau dans le laitier liquide lors de son refroidissement, en quantité suffisante pour que le laitier forme une structure poreuse et vitrifiée. Il peut être souhaitable d'ajuster la teneur de certains éléments du laitier pour modifier des propriétés. Par exemple, des éléments peuvent être ajoutés pour améliorer les propriétés hydrauliques appréciées dans l'industrie cimentière. Pour cela les additifs appropriés sont ajoutés sous une forme adaptée, l'additif étant sélectionné pour modifier les phases aux propriétés hydrauliques formées dans le produit. Il en résulte la formation des phases telles que C3A, CA et ainsi de suite. Les éléments peuvent déjà se trouver dans les matériaux de récupération déjà présents dans une aciérie. Les matériaux pris comme modèles comportent les éléments Si, Al, Fe, Ca, Cr, 0, C, B, K, P, F, ou similaires. L'opérateur a ainsi la possibilité de sélectionner les propriétés selon sa préférence. Le laitier liquide peut d'ailleurs être traité de différentes façons. Par exemple, le procédé peut inclure la coulée du laitier sur une sole solide ayant une structure poreuse à l'eau de manière à obtenir un produit dont la résistance est renforcée. L'invention se rapporte également aux compositions nouvelles suivantes : - Une composition de matériaux comprenant le laitier solidifié contenant une chaux libre modifiée par une hydratation en phase liquide. - Une composition de matériau comprenant le laitier solidifié générant un taux de fines réduit du fait de l'adaptation de la vitesse de refroidissement. - Une composition comme définie juste ci-dessus, incluant un additif sélectionné afin de modifier les propriétés hydrauliques en vue d'une utilisation en cimenterie. - Une composition comme définie ci-dessus dans laquelle l'additif contient un ou plusieurs des éléments suivants, Si, Al, Fe, Ca, Cr, 0, C, B, K, P, F, ou similaires. - Une composition de matière comprenant du laitier liquide, solidifié sous forme poreuse ayant été transformé en mousse par addition d'eau et dans laquelle dans laquelle les phases de silicate de calcium de type CiS (avec i = 1, 2, etc...) sont stables et sous forme cristalline. - Une composition de matière comme définie juste cidessus, incluant un additif sélectionné afin de modifier les propriétés hydrauliques en vue d'une utilisation en cimenterie. - Une composition comme définie ci-dessus dans laquelle l'additif contient un ou plusieurs éléments suivants, Si, Al, Fe, Ca, Cr, 0, C, B, K, P, F, ou similaire. Afin de mieux comprendre l'invention, on décrira ciaprès plusieurs variantes du procédé données à titre d'exemples non limitatifs en référence aux dessins annexés sur lesquels : - la figure 1 est une représentation schématique montrant les étapes préliminaires du traitement en phase liquide, - la figure 2 est une vue en coupe longitudinale partielle d'un appareil de refroidissement rapide selon l'invention, - la figure 3 est une vue en coupe partielle d'un autre appareil de refroidissement rapide par eau selon l'invention. Tel que décrit sur la figure 1, l'étape 1 après vidange du laitier de convertisseur, il peut rester de l'acier B mélangé au laitier A. Par gravité dans le laitier liquide, l'acier B descend au fond du cuvier 1. Ces matériaux sont séparés selon une méthode bien connue afin d'obtenir un creuset de laitier (étape 2) contenant uniquement du laitier liquide A. Tout le métal résiduel B sera traité séparément (étape 5). Le laitier liquide passe par un procédé de sélection chimique (étape 3) et peut être traité (étape4) en injectant des additifs 3 au moyen d'une lance 2, les éléments 3 étant fournis sous la forme d'autres matériaux de récupération présents dans l'aciérie. Le creuset de laitier contenant du laitier encore chaud et liquide est ensuite versé dans le creuset 4 d'entrée d'un appareil de refroidissement rapide 5 représenté schématiquement sur la fig. 2. Le laitier 6 émerge dans un canal de coulée 7 vers les moules 8 situés sur une bande de transport 9. Les moules sont fabriqués en acier ou en fonte et ont une épaisseur définie de sorte à absorber la chaleur du laitier pour lui permettre de refroidir selon une vitesse appropriée. Le laitier liquide 6 coule à une vitesse formant une coulée d'épaisseur comprise entre 3 et 5 cm environ. Cela assure un écoulement à une température suffisante pour éviter une solidification instantanée. L'écoulement peut être contrôlé par la vitesse de déplacement de la bande de transport 9. La vitesse de refroidissement est contrôlée de sorte que la phase du type calcium/silicate C3S et/ou C2S, soit maintenue sous forme cristalline car les propriétés du laitier solidifié dépendent de ses propriétés physiques et chimiques. Ces phases permettent l'obtention de produits durs 10 qui peuvent se comporter comme des agrégats de pierre. Les parties dures du laitier solide tombent de la bande 9 et peuvent être directement utilisées comme blocs 10 bien qu'il soit nécessaire de les traiter pour les uniformiser en taille et en forme. Les moules 8 sont refroidis par des jets d'eau 11 tandis que la bande 9 se déplace pour recevoir un nouveau lot de laitier 6. Comme le montre la figure 3, les moules 8 peuvent être recouverts d'un fin granulat 12 à haute teneur en eau (disponible comme matériau de récupération dans les aciéries) provenant d'un réservoir 13 muni à sa sortie d'un injecteur d'eau 14. Le laitier versé et les fines se combinent dans le laitier solidifié. Ces fines peuvent donc être utilisées et l'opérateur peut modifier les propriétés physiques et chimiques du laitier. De l'eau 15 peut être pulvérisée sur le laitier en cours de refroidissement vers l'extrémité de déchargement du convoyeur 9. Si la quantité d'eau est réglée pour être relativement faible, un laitier stable avec une faible quantité de chaux libre peut être produit. Si on ajoute une grande quantité d'eau, l'eau se vaporise et donne une structure poreuse au laitier (fig. 3). L'eau contenue dans le granulat 12 se change alors en vapeur qui pénètre dans le laitier. La quantité d'eau ajoutée influence l'étendue sur laquelle le produit final est poreux. Le contrôle de la vitesse d'apport d'eau et de température permet à l'opérateur de maîtriser la nature du produit et la vitesse à la quelle il est formé. L'opérateur peut récupérer le matériau poreux et le replacer dans les moules 8 de sorte qu'ils soient remplis par le prochain laitier, ce qui procure au matériau solidifié ainsi obtenu une résistance accrue. Le procédé peut être appliqué à tout laitier d'aciérie tels que ceux découlant des procédés LD, LWS, EAF, AOD. D'autres matériaux peuvent être utilisés en combinaison d'un de ces laitiers par exemple de la silice, des cendres volantes, de la suie, de la bauxite, ou similaires dès lors qu'il y a un intérêt industriel à valoriser le laitier modifié. Selon le procédé conforme à l'invention, on constate qu'il est possible de traiter le laitier dans une aciérie et d'éviter les coûts et les inconvénients de la mise en décharge. Le procédé est simple à faire fonctionner et ne pollue pas.. De plus, les propriétés chimiques et physiques des produits peuvent être variées, comme par exemple l'utilisation d'autres matériaux de récupération dans l'aciérie pour fournir aux constructeurs de routes et autres industriels des produits répondant à leurs besoins. REVENDICATIONS 1-Procédé de fabrication de produits solides à partir de laitier d'aciérie liquide caractérisé en ce qu'il consiste à déverser en continu ledit laitier liquide sur une sole destinée à son refroidissement ayant des dimensions et des propriétés thermiques déterminées de telle sorte que les phases formées à haute température soient stabilisées à la solidification tout en permettant le fractionnement contrôlé du laitier refroidi, la vitesse de refroidissement du laitier étant contrôlée de façon à produire selon le besoin, soit des phases en structure cristalline soit des phases vitrifiées, toutes deux stables à la température ambiante. 2-Procédé selon la revendication 1 dans lequel la structure de la sole est faite d'une plaque d'acier ayant une épaisseur définie pour refroidir à une vitesse contrôlée le laitier versé sur sa face supérieure 3-Procédé selon la revendication 2 dans lequel la structure de la sole se déplace par rapport au point de versement du laitier et le laitier se déplace pendant son refroidissement. 4-Procédé selon la revendication 2 ou 3 comprenant des moyens de refroidissement (11) sur la face opposée de la structure sur laquelle le laitier est versé. 5-Procédé selon l'une quelconque des revendications précédentes dans lequel le laitier provient de la coulée d'un procédé LD, LWS, EAF, AOD d'élaboration de l'acier. 6-Procédé selon l'une quelconque des revendications précédentes, comprenant une étape préliminaire garantissant la bonne séparation du laitier (A) d'avec l'acier (B) caractérisé en ce qu'il consiste à injecter de l'eau dans le laitier liquide de sorte que toute phase Calcium/Silicate soit stabilisée sous forme cristalline à haute température, respectivement vitrifiée lors de la solidification. 7-Procédé selon la revendication 6 caractérisé en ce que le laitier initial génère de la chaux hydratable et la quantité d'eau est déterminée pour hydrater la chaux. 8-Procédé selon l'une quelconque des revendications 6 ou 7 caractérisé en ce qu'un additif (3) contenant un ou plusieurs des éléments suivants : Si, Al, Fe, Ca, Cr, 0, C, B, K, F, P, est ajouté à l'eau pour modifier les propriétés du matériau obtenu. 9-Procédé selon l'une quelconque des revendications 6 à 8 caractérisé en ce que l'injection d'eau est réalisée au moyen d'une lance (2) insérée dans la masse du laitier liquide (A) en cuvier (1) avant versement sur la sole. 10-Procédé selon l'une quelconque des revendications de 1 à 5 caractérisé en ce qu'on ajoute une grande quantité d'eau (15) dans le laitier lors du refroidissement en phase liquide, de telle manière que l'eau en se vaporisant donne aul aitier en solidification une structure poreuse vitrifiée, stable à température ambiante. 11-Procédé selon la revendication 10 caractérisé en ce qu'un additif (3) contenant un ou plusieurs des éléments suivants : Si, Al, Fe, Ca, Cr, 0, C, B, K, F, P est ajouté à l'eau pour modifier les propriétés du matériau obtenu. 12-Procédé selon l'une quelconque des revendications 10 ou 11 caractérisé en ce quela coulée du laitier liquide s'effectue sur une sole poreuse pour procurer un produit de résistance accrue. 13-Composition de matière caractérisée en ce qu'elle comprend un laitier liquide solidifié contenant de la chaux modifiée par hydratation. 14-Composition de matière selon la revendicationl3 caractérisée en ce que le laitier provient d'un procédé d'élaboration de l'acier LD, LWS, EAF, AOC. 15-Composition de matière selon l'une quelconque des revendications 13 ou 14 caractérisée en ce qu'elle comprend un additif contenant un ou plusieurs des éléments Si, Al, Fe, Ca, Cr, 0, C, B, K, F, P sélectionné pour modifier les propriétés hydrauliques du laitier. 16-Composition de matière obtenue par le procédé selon l'une quelconque des revendications 10 à 12 caractérisée en ce qu'elle comprend un laitier liquide solidifié sous forme poreuse ayant été transformé en mousse par addition d'eau et dans laquelle les phases de silicate de calcium sont stables et sous forme cristalline. 17-Composition selon la revendication 16 caractérisée en ce qu'elle comprend un additif contenant un ou plusieurs éléments Si, Al, Fe, Ca, Cr, 0, C, B, K, F, P sélectionné pour modifier les propriétés hydrauliques du laitier.