Note : Les descriptions sont présentées dans la langue officielle dans laquelle elles ont été soumises.
:: `
La présente invention a trait au domaine de laitiers
et scories métallurgiques et de hauts-fourneaux en vue d'obtenir,
entre autres produits valorisables, des éléments fibreux minéraux
ou "laine de laitier".
La fabrication de fibres ou laine minérale à partir ~
de matières naturelles ou synthétiques, telles que des laitiers de ~;
hauts-fourneaux, est bien connue e-t mise en oeuvre depuis des
dizaines d'années. L'obtention de cette laine a lieu généralement
soit par dispersion d'un filet de matière fondue par des jets de ;
fluide gazeux de grande vitesse, les fibres formées étant enroulées ~,
sur tambour rotatif et/ou tapis sans fin puis recueillies et
éventuellement classées, soit par centrifugation par envoi du
.
filet de matériau fondu sur un disque rotatif refroidi extérieure-
ment par une couronne d'air, la laine étant recueillie dans un
réceptacle approprié.
Selon la technique de fabrication la plus courante
dans le cas des laitiers de hauts-fourneaux, on part de laitier ~`
. .
déjà solidifié que ~'on refond dans un cubilot ou dispositif -
analogue à la température d'environ 1 400C avant de disperser le
produit fondu par jets gazeux comme dit ci-dessus. La consomma-
tion de combustible, généralement du coke, pour le réchauffage
du laitier solidifié est de l'ordre de 200 à 240 Kgs par tonne de
laitier.
Selon d'autres procédés, le laitier en fusion, re-
cueilli dans une poche de coulée est déversé dans un four où il
est réchauffé jusqu'à 1 400-1 450C et l'on ajoute au bain, avant
l'opération de filage par jets gazeux ou centrifugation sur tambour,
divers produits destinés notamment à modifier la composi-tion chi-
mique de la matibre en fusion. Cette dernière doit en effet pré-
senter certaines caractéristiques bien déterminées, chimiques etphysiques (par exemple viscosité) pour pouvoir 8tre transformée en
filaments.
j,
. . .
Ces procédés connus nécessitent la mise en oeuvre de
plusieurs étapes opératoires et exigent des investissements.impor-
tants. Il est vrai qu'en général la laine de laitier obtenu est . ;
destinée habituellement à des emplois relativement nobles pour les- ~.
quels 1l est nécessaire d'avoir une répartition donnée de la lon-
gueur des fibres et des qualités bien déterm:inées pour ces dernières
(d'où l'incorporation des divers additifs lors de l'opération de
réchauffage du laitier refroidi). . :
Or, dans de nombreux cas, et tou-t particulièrement à ~ ~ :
l'heure actuelle où l'utilisation de fibres d'amiante est sévère-
ment réglementée sur la plupart des territoires pour des raison
d'hygiène et sécurité, il est souhaitable et suffisant de disposer
d'un produit brut moins élaboré c'est-à-dire d'une laine de laitier
à répartition moins homogène des longueurs de fibres et d'une quali-
té courante, non supérieure.
Par ailleurs, il se trouve que, lors de leur sortie
directe du haut fourneau, les laitiers fondu sont à une température ;~
adéquate, de l'ordre de 1 450C et à une viscosité correcte, géné- ~ :
ralement inférieure à 15 poises, pour pouvoir envisager un traite-
ment à l'aide d'un moyen disperseur possèdant suffisamment d'éner-
gie cinétique pour vaincre l'effort de tension super~icielle et -~
arracher les particules de matière en fusion.
Ainsi, il a été trouvé et mis au point, sur la base.
des observations ci-dessus, un nouveau procédé de production de
laine de laitier permettant d'éviter les inconvénient susmentioImés
et notamment les réchauffages successifs de laitier et la mise en
oeuvre de séries d'appareillages de traitement. `
Selon le procédé de l'inven-tion, une par-tie au moins
de la surface du laitier en fusion est soumise, directement à sa
sortie du haut-fourneau et sans étape intermédiaire de réchauffage,
~ un arrachage brutal des particules de matière en fusion, les
fils-filaments et éventuellement perles obtenus étant entra~nés et
`:
récupérés dans une chambre de mise en forme. ~-
L'arrachage des particules de la surface du laitier
peut-être obtenu de plusieurs façons.
Selon un premier mode de réalisation de l~'invention,
on met en oeuvre un dispositif tournant à grande vitesse, du type
rotor à lamelles dont la vitesse périphérique est de l'ordre de
50 mètres/seconde, les lamelles plongeant dans le laitier liquide
sur une profondeur de un à quelques millimètres.
Selon un autre mode de réalisation également avanta-
,,
geux, la surface du laitier en fusion est soumise à un balayage àl'aide de jets de fluide pressurisé, tel que par exemple de l'air
sous pression de 5 à 10 bars et à une vitesse d'au moins 300 mètres/
seconde, par exemple de l'ordre de 500 à 1 000 mètres/seconde.
On sait que, à sa sortie du haut-fourneau, le laitier
chemine dans une rigole de coulée avant de ch~ter soit dans une
fosse ~ laitier, soit sur des installations de granulation ou boule- i~
tage soit tout simplement dans une poche d'évacuation. Pour la
mise en oeuvre du procédé, il est particulièrement avantageux ;~
d'utiliser comme réceptacle et moyen de régulation de débit de
laitier, à sortie du haut-fourneau, un bassin de rétention servant
à la décantation des particules de fonte entra~nées et muni à sa
partie supérieure d'un rebord-déversoir où le laitier fondu s'é-
coule sous forme de nappe parabolique de largeur déterminée et
d'épaisseur variant avec le débit instantané.
. :.
En pratique, le dispositif rotatif ou les rampes
d'injection de fluide pressurisé sont installés sensiblement au
niveau du rebord-déversoir précité et nla~fectent généralement
qu'une partie de la nappe ou lame de laitier s'écoulant de ce re-
bord.
-3-
... . .
- . . :.:.. .. ,;,. ., . . , ,... :
~outefois, selon une variante de réalisation, on peut
subdiviser le flot de laitier sortant du haut-fourneau en plusieurs
dérivations et effectuer le traitement de llinvention au niveau du
rebord-déversoir précité et/ou sur l'une quelconque desdites déri-
vations. Par exemple, on peut prévoir sur :La rigole du laitier au
moins une dérivation à ouverture calibrée destinée à capter une
petite partie du débit de laitier puis installer au niveau de cette
dérivation soit le dispositif rotatif soit les rampes de jets de
fluide pressurisé. On peut également mettre en oeuvre le procédé
de l'invention uniquement à la surface du laitier au niveau du
rebord-déversoir précité et transformer en fibres la partie mineure
de laitier s'écoulant d'une dérivation par tout autre technique
connue de fabrication de laine de laitier, par exemple par centri-
fugation ou soufflage, la fraction majeure du laitier, non soumise
à dérivation, étant ensuite soumise aux traitements ultérieurs
connus de granulation ou autres.
Dans le cas d'utilisation d'un dispositif rotatif,
il peut être avantageux d'installer à la suite de ce sy~stème dis-
perseur deux autres éléments rotatifs destinés à parfaire l'effet
de dispersion. En outre, selon un perfectionnement de ce procédé
à système rotatif, il opportun d'installer au niveau de la surface
du laitier en fusion, juste avant le rotor de dispersion, un dé- ::
flecteur ou système équivalent destiné à arrêter et détourner les
amas de particules solidifiées sur ladite surface.
Les quantités et les caractéristiques des fils ob-
tenus (notamment longueur et diamètre) sont fonction d'une part
de facteurs relatifs au dispositf provoquant l'arrachement et la
dispersion des particules de laitier en fusion et, d'autre part,
des caractéristiques physiques et chimiques du laitier traité.
Les facteurs se rapportant à l'appareil sont notam-
ment,dans le cas du dispositif rotatif:la vitesse périphérique du
rotor à lamelles, le nombre et la longueur des lamelles et la
_~-- .
-
profondeur d'immersion de ces lamelles dans la nappe de laitier -. ;
liquide, et, dans le cas d'utilisation de jets à fluide pressurisé: . :
l'énergie cinétique des jets d'air (ou autre fluide) mis en action : ~'
par unité de surface et la tension superficielle du laitier ~ -~
liquide, généralement de l'ordre de 400 dynes/cm pour une tempéra~
ture de 1~00C. Pour augmenter l'énergie cinétique des jets d'air, ~.
il peut être avantageux de faire agir ces jets des deux côtés de
la lame liquide s'écoulant du rebord-déversoir et/ou de la dériva-
tion, c'est-à-dire le long des deux faces qui bordent l'épaisseur ~:
de la lame de laitier. Quant à l'orientation des jets d'air par -~
rapport à la nappe de laitier elle peut,,à priori, être queiconque,
mais il est généralement avantageux d'adopter un balayage dans une
direction perpendiculaire au sens d'écoulement de la nappe de :
laitier.
Les facteurs ayant trait au laitier lui-même concer- ~ .
nant sa composition chimique et sa température, lesquelles déter- .
minent la tension superficielle, la viscosité et l'aptitude à la
vitrification. Pour obtenir des fibres longues de fin diamètre,
il faut traiter de préférence des laitiers dont l'lndice de basi-
cité B est inférieur à 1, cet indice étant défini comme le rapport ~ :
CaO + Mgo/SiO2 + A1203. Dans le cas du traitement de laitiers
indice B trop élevé, on peut ajouter en amont du bassin de réten-
tion ou sur la dérivation (dans le cas de la variante précitée) :
des agents complémentaires tels que des débris de verre dont le
point de fusion est plus bas que la température de fusion du
laitier. Par exemple, en ajoutan-t 1 à 3 % de verre en poids à un
laitier d'indice B de l'ordre de 1, on fournit, sans augmenter sen-
siblement la viscosité du bain et malgré une légère baisse de
température, un apport notable en SiO2 ainsi qu'en oxydes alcalins
des types K20 et Na20 et l'on favorise ainsi l'obtention de laine
à filaments de grande longueur.
L'invention sera mieux comprise par la description :~.
-5-
~ .
de modes de réalisation non limitatifs, illustrés par les dessins -
~des deux planches annexées où l'on peut voir schématiquement:
. Figure 1: la coupe d'un système de balayage par
fluide sous pression d'une nappe de la.itier issue d'un barrage
déversoir:
` . Figure 2: une vue par le dessus d'un système du
type figure 1: :
. Figure 3: une représentation schématique, en pers-
pective, du traitement du flot de laitier à la sortie du rebord-
déversoir, selon le principe par jets de fluide;
. Figure 4: la coupe d'un système d'arrachement de
fibres ou fils à la surface d'un laitier par un dispositif rotatif,
. Figure 5: une vue par le dessus d'un système du
type figure 4:
. Figure 6: une variante de réalisation de produc-
tion de fils à partir d'une dérivation de la rigole de coulée du
laitier
. Figure 7: un type de rotor utilisable, vu en
coupe,
. Figure 8: un détail de mise en oeuvre, selon une
variante, du procédé illustré sur la figure 6. :
On se réfèrera tout d'abord aux figures 1 à 3 qui
illustrent la variante de réalisation du procédé au moyen d'un
ensemble de jets de fluide pressurisé. ~
Le dispositif de régulation du flux de laitier fondu, :
issu d'un haut-fourneau ou d'un convertisseur, com- :
prend eqsentiellement: une rigole de coulée 1 s'élargissant en
un bassin de rétention 2 dont le fond permet, en 3, la décanta- :
tion et l'évacuation de la fonte liquide et qui est muni d'un
rebord-déversoir 4 refroidi par circulation d'eau dans une tuyau-
terie 5 noyée dans la masse réfractaire du bassin.
~,'
Selon l'invention, le laitier qui. s'écoule, en nappe .-
ou lame 6, du seuil-déversoir 4 est soumis à l'action dispersante
de jets d'air sous pression d'environ 7 à 8 bars, juste à la sortie ~ :
du rebord 4. Ces ~ets émanent de buses disposées en alignement sur ;
- un coté 7 ou sur les deux côtés ou faces 7 et 7' de la lame liquide '.`
6. Les fibres et filaments ~3 de laitier immédiatement formés dans
l'atmosphère sont entrainés dans un réceptac:Le évasé 9, par exemple .
une hotte d'aspiration et conduits dans une chambre (non représentée) :
où ils sont compactés et mis en diverses formes selon le but
10 d'utilisation visé. Une partie seulement du laitier, par exemple ;~
1 à 10 % selon les débits d'air mis en jeu, est transformée en
laine minérale récupérée en 9, la fraction majeure du laitier fondu
(flèche 10) étant ensuite déversée dans une fosse ou traitée pour
obtenir des boulettes ou granules de laitier poreux selon divers
moyens, tels que par exemple ceux préconisés dans les brevets
français précitées.
Dans la varlante de réalisation correspondant aux
figures 4 à 8 qui montrent la mise en oeuvre d'un dispositif rotatif, ~ .
on retrouve les éléments essentiels de la régulation de flux de `
laitier à savoir: la rigole de coulée 1 qui s~élargit en bassin
de rétention 2 dont le fond permet, en 3, la décantation et l'éva- :
cuation de la fonte liquide, ladite rigole étant munie du rebord-
déversoir 4 refroidi par circulation d'eau dans une tuyauterie 5 .,
noyée dans la masse réfractaire du bassin. :~
Selon le mode de réalisation illustré figures 4 et 5la surface de la lame ou nappe 6 qui s'écoule du seuil-déversoir
4 est soumise, sur une partie de la longueur de ce seuil, à l'ac-
tion d'un rotor 11 tournant par exemple à vitesse de 50 m/sec. On
a de préférence installé, sur la surface du laitier et au niveau
de cette partie de traitement, un déflecteur 12 permettant d'écarter
les agglomérats solides de particules qui surnagent à la surface
du laitier. Les fibres et filaments 13 de laitier immédiatement
- ~ .
-7- ~
formés dans llatmosphère sont entra~nés dans un réceptacle évasé
14, par exemple une hotte d'aspiration, et conduits dans une chambre --
(non représentée) où ils sont compactés et mis en diverses formes
selon les buts visés d'utilisation. Une partie seulement du lai-
tier, par exemple 1 à 10 % (ou plus) est tra:nsformée en laine miné-
rale, la fraction majeure du laitier fondu ~flèche 15) étant en-
suite déversée dans une fosse de refroidissement ou traitée pour
obtenir des boulettes ou granules de laitier poreux selon divers
moyens connus.
En pratique, il s'avère souvent avantageux de prévoir . ~.
comme réceptacle 14 une double hotte d'aspiration, à savoir une
chambre 16 de récupération des fils et filaments 13 et une chambre
17 destinée à recueillir les particules légèrement plus lourdes, .
sous forme de perles 18, dont les utilisations peuvent etre dif--
férentes.
La figure 7 illustre schématiquement un type de rotor ;`
11 muni d'une série de lamelles 19 destinées à plonger légèrement, .
de quelques millimètres par exemple, dans le bain de laitier liquide.
Dans le mode de réalisation illustré sur la figure
6, on a prévu sur la rigole 1 de laitier une petite dérivation 20 ~ ~`
d'ouverture 21 calibrée. Cette dérivation conduit à un élargisse-`
ment 22 du type bassin de rétention précité où l'on peut, si on le
désire, procéder à un réchauffage du laitier par des br~leurs 23.
Le dispositif rotatif d'arrachement des particules à la surface du ;
laitier est installé en 24 et peut être par exemple constitué,
comme illustré sur la flgure 8, par une série de trois dispositifs ;~
rotatifs, les deux rotors 25 et 26, qui tournent en sens inverse,
permettant de prolonger l'action du ro-tor 11. Les particules miné-
rales fibreuses et filamenteuses sont aspirées dans la chambre 14
où l'on procède ~ une séparation pneumatique desfils (et éventuel-
lement perles) puis aux opérations de compactage et mise sous
diverses formes.
--8--
La laine de laitier obtenue peut convenir aux mêmes
usages que les laines minérales fabriquées selon les autres procédés
connus. Elle se prête avantageusement à la substitution des fibres : :
d'amiante pour les utilisations classiques de ces dernières. Par .:`
exemple, du fait que le produit est vitrifié pratiquement à 100 % ~ .
et possède un pouvoir hydraulique maximum, il peut remplacer les
laitiers granulés classiques dans la fabrication de ciments aux
laitiers. Enfin, la laine brute de laitier peut avantageusement ~ :
être-utilisée par projection, flocage ou techniques analogues pour . ~.
l'isolation de parois, plafonds ou autres éléements de construc~
tions. ~::
Bien entendu, le procédé selon l'invention peut être
appliqué à d'autres types de laitiers, tels que par exemple, les ~ :
laitiers d'acieries.
' ~ :
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.
