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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
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de MnO. La basicité (rapport % CaO/% Si02) 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 Si02 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 P20S'10% d'A1203 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 (CaS04 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/CaS04 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.
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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 400OC.
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.
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Par suite du refroidissement rapide, conformément à l'invention, des particules formant les grenailles, celles-ci contiennent des substances amorphes jusqu'à plus de 95% 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'abord été adressées à un séparateur magnétique pour l'élimination des grenailles à teneur en fer, et le reste a été broyé, conjointement avec 5% en poids d'anhydrite II, jusqu'à un degré Blaine de 4300 cm2/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
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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 ou
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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
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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 l'environnement et de ménager les zones de paysages et les ressources en matières premières.
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PROCESS FOR THE MANUFACTURE OF A CEMENT AND A STEEL SLAG GRANULATE OBTAINED BY AIR BLOWING, AS WELL AS A GRANULATION DEVICE
The invention relates to a method for manufacturing a cement as well as a steel slag aggregate obtained by blowing air for a cement, which is analogous to an ore cement. The invention also relates to the device for implementing this process for obtaining an aggregate.
Most of the time, the production of ore cement is abandoned, which is advantageous from different points of view and has a high frost resistance, since the manufacturing costs are very high.
It is known to granulate slag from the manufacture of iron, for example, blast furnace slag, and to grind it for the manufacture of blast furnace cement. However, these slags are not equivalent to mineral cement and have another chemical composition. The blast furnace cement which comes to be used has an addition, for example, of 20% of Portland cement.
The problem which is the basis of the present invention is to make it possible to obtain a cement based on a treated slag, preferably in the form of pellets, which is equivalent to an ore cement, and a replacement by it, qualitatively quite valid or even advantageous, Portland cement.
As the comparative analyzes show, the composition of the steel slag obtained by air blowing, in particular of the slag from the end of the converter, after separation of a large fraction of iron, largely corresponds to that of a clinker of ore cement.
Such steel slag obtained by air blowing is, for example, mentioned in the German patents DE-C2-3 430 630 and 3 216 772, where today the trend is going in the direction of smaller proportions.
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of MnO. The basicity (% CaO /% Si02 ratio) is approximately 3 to 3.5.
In contrast, blast furnace slag has a basicity of only about 1, with SiO2 and CaO values of around 30 to 40%. A typical blast furnace slag further contains about 0.5% Fe, 0.5% MnO, 0.1% P20S'10% A1203 and 10% MgO.
During tests in the laboratory and in a technical school, it has surprisingly been found that it is possible to prepare, from steel slag obtained by air blowing, a material from which, by analogy with clinker of ore cement, by grinding with addition of gypsum stone or anhydrite II (CaS04 II), a cement results which presents in the case of an appropriately conducted cooling; and in the case of appropriate grinding of the slag / CaS04 mixture during its use, higher mechanical strength (resistance to pressure, resistance to bending, tensile strength) and qualitatively better properties (resistance to gel) than Portland cement.
For a good volume consistency of the cement, the proportion of MgO should be below 8% in the steel slag obtained by air blowing.
From technical school tests, it has resulted that, in order to solve the problem, an aggregate with the highest proportions of amorphous substance can be obtained by abrupt cooling of the shock type of liquid slag, when directing a slag stream against a surface, cooled and curved, inclined with respect to the direction of the current, and that, simultaneously, a jet of water under high pressure is directed at the point of impact or the zone of impact of the slag current, which dislocates the shot formed and envelops it with water and steam and thereby causes the initial fundamental shock type cooling.
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DE-AS-1 008 997 discloses a turntable, cone-shaped, which, cooled by water, is used for the manufacture of granules of molten substances, for example, pig iron. However, water cooling should only prevent sticking of the cast iron aggregate and be carried out with a low laminar current. The problem of slag wool forming during the granulation of steel slag obtained by air blowing has not been taken into account.
In addition, it has been proposed, according to DE-AS-1 066 124, for obtaining vitreous aggregates, which do not crystallize, to suddenly cool the surface of a blast furnace slag jet during a fall path in the air with jets of water as thin as needles, under high pressure, whereby all the water must evaporate. Practice has shown that the sudden cooling and granulation energies are not sufficient to obtain not only a fine-grained aggregate but also a very high proportion of amorphous substance, especially since the internal temperatures of the aggregate are still well above 400OC.
According to the invention, the slag stream consequently flows on a rotating cone and, at the time of the encounter with the high pressure water jet, is dislocated into small pellets, so that, by the excess water from the water jet, extremely rapid cooling can occur. In another embodiment of the invention, the pellets are introduced, immediately after their formation, in a bed of cooled water or in a bed of ice water. Preferably, the cone, used as a curved, cooled surface, is struck by a second jet of water, suitably coming from the top, and whose point of impact is located before the point of impact of the slag current, so that it occurs on a surface wetted by water and cooled.
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As a result of the rapid cooling, in accordance with the invention, of the particles forming the pellets, these contain amorphous substances up to more than 95% and only a very small fraction of crystalline substances.
An exemplary embodiment shows the manufacture of the cement according to the invention. In a device of the technique described, steel slag obtained by blowing air of the type mentioned above was treated by rapid cooling according to the invention, so that the content by weight of crystalline substance, detectable at using the X-ray diagram, amounted to less than 2% by weight. The pellets were first sent to a magnetic separator for disposal of the iron-containing pellets, and the rest were ground, together with 5% by weight of anhydrite II, to a Blaine degree of 4300 cm2 / g.
By using 0.1% sulfite residual detergent to delay solidification and taking into account a low water-cement ratio of 0.2 for obtaining a high resistance, it has been found that the setting the optimum grinding degree at a Blaine fineness of less than 3500 cm2 / g was a determining influence value for the consistency of the cement obtained. The solidification time increased, following a very slight variation in the quantity of sulphite residual detergent (below 1%), to approximately one to two hours.
This resulted in a pressure resistance of the cement thus obtained of 34 N / mm2 after 7 days, and 55 N / mm2 after 28 days.
A preferred embodiment for the preparation of the granulate used, from steel slag obtained by air blowing is shown in the attached schematic drawing.
The steel slag obtained by air blowing is addressed, from the slag pocket 1, by
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through an intermediate container 2 which ensures a regular current, on a rotating cone 3 cooled by water, which is arranged on a retaining cross 4 allowing passage, and provided in a receptacle 5. The jet of slag 6 arriving vertically from above on the cone 3 is dislocated into small particles by a jet of water under high pressure 8 leaving a water nozzle 7.
Other water nozzles 9 are suitably arranged above the cone 3 and are used for wetting the lateral surface of the cone and for cooling it. The water and the granulated slag particles collect in a space 10 below the cone 3, where the pellets continue to be cooled. In the space 10, there is an extraction device, preferably a worm conveyor 11, which extracts the aggregate and prevents the formation of aggregate bridges in the space 10. The slag particles then arrive in another cooling bath 12, where they are deposited and they are extracted by a suitable means of transport, for example, a conveyor belt 13. On the conveyor belt 13, is arranged, suitably a magnetic separator 14, by which s 'performs a separation of iron pellets.
The slag particles are sent, for example, to a carriage 15 and sent to the further treatment, which takes place in a manner known per se.
The angle of the lateral surface with respect to the axis of the cone 3 is preferably about 450.
The cone rotation drive is not shown.
The device shown in a simplified manner can be modified from different points of view. Thus, for example, the rotating cone 3 can additionally be provided with internal cooling. In space 10, an overflow can be provided for the water to prevent the water level from rising appreciably until it exceeds the retaining cross 4. In addition, it is possible to provide additional cooling. for space 10 or
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to connect or connect the space 10 in another way with the settling tank 12.
Provided that slag wool occurs simultaneously, it can either be used as such and separated, or it can also be transformed into cement after appropriate fragmentation. The production of slag wool can be promoted in a manner known per se, the use of more fluid slag, allowing the obtaining of a higher percentage of wool, which can be achieved by an appropriate temperature rise of slag and / or additives promoting fusion. Another influence on the proportion of pellets and wool is given by the choice of the temperature of the water used for cooling the slag.
If, for economic reasons, the implementation, at intervals, of the process for the preferred production of slag wool is desired, the water necessary for cooling is used in the form of hot water or, better still, is replaced - at least in part - by steam.
To reduce the fraction of slag wool not necessary for the manufacture of cement, it is advantageous to keep the temperature of the water used and the surface of the rotating cone 3 as low as possible. For this purpose, it is more advantageous to choose the direction of the high pressure water jet arriving on the rotating cone, so that it is directed away from the direction of rotation of the cone tangentially at the point of impact. With regard to the appended drawing, this means that the nozzle 7 for the high pressure water jet 8 must be arranged to be effective perpendicular, from the top, to the plane of the drawing.
Besides the steel slag obtained by air blowing, significant quantities of high slag are produced in a steelworks. furnace.
The best use, not only economically but also simultaneously ecologically and, for
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Consequently, politically and economically the most judicious resides in the transformation of blast furnace slag into blast furnace cement. Blast furnace cement is made, for example, by grinding and mixing blast furnace slag aggregate with Portland cement. As another additive, anhydrite II is used, for example.
The cement prepared from blast-blasted steel slag shot has also been found to be an activator very well suited for finely ground slag sand from blast furnace slag.
By the use of the pellets, prepared according to the invention, of steel slag obtained by blowing air having a high content of iron oxide and a high content of amorphous substances caused by rapid cooling, for a fraction more low possible in crystalline substances, obtaining a politico-economic benefit is possible: - the replacement of Portland cement during the manufacture of blast furnace cement and, therefore, the widest possible use of slag from high stove; in the case of a general replacement of Portland cement to a considerable extent, energy saving, and the fact of avoiding damage to the environment and conserving the landscape areas and the resources of raw materials.