FR2752243A1 - Procede de preparation de granulats a partir de laitier liquide d'acierie - Google Patents
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Abstract
Procédé dans lequel on projette un composé d'apport, sous forme granulométrique injectable, dans un jet liquide dudit laitier, de manière à réaliser un mélange homogène laitier-composé d'apport dans des proportions adaptées à l'inertage de la chaux et de la magnésie libre contenues dans ledit laitier. Application à la production de granulats de génie civil, notamment pour les revêtements superficiels de routes.
Description
Procédé de préparation de granulats à partir de laitier liquide d'aciérie.
L'invention concerne un procédé de fabrication de granulats à la fois stables, durs et économiques, destinés notamment à la préparation de revêtements routiers.
En génie civil, il est connu de préparer des granulats par traitement physique (par exemple broyage, concassage) de laitiers de hauts fourneaux.
D'une manière connue en elle-même, le traitement physique est adapté à l'application visée : par exemple graves hydrauliques, remblais routiers, mélanges bitumineux pour revêtements routiers ou compositions de béton.
II n'est souvent pas possible de préparer ce même type de granulats à partir de laitiers d'aciérie, à cause de leur instabilité dimensionnelle, c'est à dire des risques de gonflements qu'ils présentent sous l'effet de l'humidité.
Ce défaut de stabilité dimensionnelle apparaît progressivement au cours du temps et aboutit à la ruine de l'ouvrage de génie civil incorporant ces granulats (par exemple une route), parfois au bout de plusieurs mois ou de plusieurs années.
Le gonflement à l'humidité de ces granulats résulte de teneurs en chaux et magnésie libres trop importantes.
L'effet de la magnésie libre sur le gonflement est souvent différé par rapport à celui de la chaux libre et la ruine de l'ouvrage qui en résulte peut n'apparaître qu'au bout de plusieurs années.
On appelle chaux et magnésie libres la chaux et la magnésie qui ne sont pas chimiquement combinées avec d'autres éléments qui composent le laitier d'aciérie, notamment la silice, L'alumine et les oxydes de fer.
Le tableau I ci-après précise les proportions de certains composants essentiels des laitiers : la chaux (CaO), la silice (SiO2), la magnésie (MgO) et l'alumine (A1203) ; la proportion d'oxyde de fer (exprimé en Fe203) dans les laitiers d'aciérie est généralement comprise entre 10 et 20%.
Tableau I : compositions typiques de laitiers.
<tb>
Composition <SEP> Laitier <SEP> d'aciérie <SEP> Laitier <SEP> de <SEP> haut <SEP> fourneau
<tb> CaO <SEP> 45à60 /O <SEP> 38å50% <SEP>
<tb> SiO2 <SEP> 10 <SEP> à <SEP> 20 <SEP> % <SEP> 27 <SEP> à <SEP> 39 <SEP> % <SEP>
<tb> MgO <SEP> 2à8W <SEP> < 10% <SEP>
<tb> Al203 <SEP> 1,5à3,5% <SEP> 8à12% <SEP>
<tb>
Par opposition aux laitiers de haut-fourneau, les laitiers d'aciérie présentent de la chaux (et parfois de la magnésie) libre à cause d'une teneur globale en chaux (et parfois en magnésie) plus élevée, mais aussi notamment à cause de teneurs en silice et en alumine plus faibles.
<tb> CaO <SEP> 45à60 /O <SEP> 38å50% <SEP>
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<tb> Al203 <SEP> 1,5à3,5% <SEP> 8à12% <SEP>
<tb>
Par opposition aux laitiers de haut-fourneau, les laitiers d'aciérie présentent de la chaux (et parfois de la magnésie) libre à cause d'une teneur globale en chaux (et parfois en magnésie) plus élevée, mais aussi notamment à cause de teneurs en silice et en alumine plus faibles.
La teneur pondérale en chaux et magnésie libres de laitier d'aciérie est généralement comprise entre 4% et 22 %, couramment de 10% ; cette teneur élevée résulte par exemple des additions importantes de chaux (et dolomie) effectuées en aciérie pour le traitement de l'acier.
Pour limiter les risques de gonflement associés à l'utilisation de laitiers d'aciérie pour préparer des granulats de génie civil, on peut rajouter au traitement physique, un traitement d'inertage de la chaux et de la magnésie libres.
En fonction de l'application de génie civil visée, on a défini des tests de validation que les granulats doivent satisfaire, notamment après un traitement d'inertage.
Un premier test de validation passe par l'évaluation de la quantité de chaux libre dans la masse du granulat; la méthode dite "à l'ethylène-glycol" est couramment utilisée à cet effet (voir norme NF EN 196-2 - PIS 472); pour des applications prédéterminées de génie civil, on peut définir une teneur maximum admissible CO en chaux libre, par exemple de environ 2%.
Un deuxième test possible de validation passe par la mesure du taux de gonflement du produit à la vapeur d'eau ; une méthode standardisée a été mise au point à cet effet et fait l'objet d'un projet Européen de norme (référence: pr
EN 1744-1 : 1994 - Indice de classement AFNOR: P1860 - voir aussi circulaire d'envoi de l'enquête probatoire concernant cette norme : référence M/CK/SCP du 1111/1995); pour des applications prédéterminées de génie civil, on peut définir un taux maximum admissible Go de gonflement, par exemple de environ 3,5%.
EN 1744-1 : 1994 - Indice de classement AFNOR: P1860 - voir aussi circulaire d'envoi de l'enquête probatoire concernant cette norme : référence M/CK/SCP du 1111/1995); pour des applications prédéterminées de génie civil, on peut définir un taux maximum admissible Go de gonflement, par exemple de environ 3,5%.
A partir de cette mesure de taux de gonflement (% en volume), des projets de normes européennes définissent des classes de produits A, B ou C précisées au tableau Il pour deux applications différentes : les granulats pour mélanges bitumineux (TC 1541SC3) et les granulats pour mélanges non traités (TC 1541SC4).
Pour ce classement selon les projets de norme précités, la mesure du taux de gonflement est effectuée en appliquant la vapeur d'eau pendant une durée qui dépend de l'origine du laitier (aciérie de conversion ou four à arc) et de sa teneur totale en magnésie (MgO): elle est ainsi de 24 h pour les laitiers d'aciérie de conversion présentant une teneur en MgO inférieure à 5%; elle est de 168 h pour les laitiers d'aciérie de conversion présentant une teneur en
MgO > 5 % et pour tous les laitiers de fours électriques à arc.
MgO > 5 % et pour tous les laitiers de fours électriques à arc.
Tableau ll: Répartition des laitiers par classe selon taux de Ronflement (%)
<tb> CLASSE <SEP> Granulats <SEP> pour <SEP> Granulats <SEP> pour
<tb> <SEP> mélanges <SEP> bitumineux. <SEP> mélanges <SEP> non <SEP> traités
<tb> <SEP> A <SEP> 13,5 <SEP> % <SEP> 15 <SEP> % <SEP>
<tb> <SEP> B <SEP> 3,5à6,5% <SEP> 5 <SEP> à <SEP> 7,5 <SEP> 06 <SEP>
<tb> <SEP> C <SEP> 6,5 <SEP> à <SEP> 10 <SEP> % <SEP> 7,5 <SEP> à10 <SEP> % <SEP>
<tb>
Pour inerter les laitiers d'aciérie afin de pouvoir les utiliser comme granulats en génie civil, on connaît des procédé d'inertage surfacique et des procédés d'inertage massique.
<tb> <SEP> mélanges <SEP> bitumineux. <SEP> mélanges <SEP> non <SEP> traités
<tb> <SEP> A <SEP> 13,5 <SEP> % <SEP> 15 <SEP> % <SEP>
<tb> <SEP> B <SEP> 3,5à6,5% <SEP> 5 <SEP> à <SEP> 7,5 <SEP> 06 <SEP>
<tb> <SEP> C <SEP> 6,5 <SEP> à <SEP> 10 <SEP> % <SEP> 7,5 <SEP> à10 <SEP> % <SEP>
<tb>
Pour inerter les laitiers d'aciérie afin de pouvoir les utiliser comme granulats en génie civil, on connaît des procédé d'inertage surfacique et des procédés d'inertage massique.
Les procédés d'inertage surfacique comprennent le vieillissement à l'air sur parc, I'autoclavage sous pression de vapeur d'eau, ou le traitement par des solutions de carbonatation.
Outre que ces procédés sont coûteux ou longs à mettre en oeuvre, I'inertage seulement superficiel qu'ils apportent peut se révéler insuffisant et interdit tout re-traitement physique postérieur.
Un fractionnement même accidentel des granulats obtenus peut faire réapparaître des sites de chaux libre, ce qui ré-augmente les risques de gonflement.
Inversement, la chaux libre, encore présente au coeur et dans la masse des granulats, peut provoquer des désintégrations progressives des granulats sous l'effet de l'humidité.
Le fait de ne pas pouvoir rebroyer des granulats après inertage est un handicap pour la gestion des stocks : on ne peut pas "recycler" des granulats prévus pour une application vers une application différente nécessitant une autre granulométrie.
Les procédés connus d'inertage massique consistent à rajouter, généralement dans du laitier à l'état liquide, un composé d'apport, par exemple riche en alumine etlou en silice, de manière à ce que le mélange obtenu ne présente plus de saturation en chaux (et, le cas échéant, en magnésie).
Comme composé d'apport, la demande de brevet européenne EP 0 537 131 propose même l'utilisation de laitier de haut fourneau.
Dans ce document, on utilise le diagramme du système ternaire FeO
CaO-SiO2 pour choisir convenablement la nature et les proportions du composé d'apport.
CaO-SiO2 pour choisir convenablement la nature et les proportions du composé d'apport.
Sur ce diagramme, on regroupe les composants CaO et MgO d'une part,
SiO2 et Al203 d'autre part.
SiO2 et Al203 d'autre part.
Sur ce diagramme, la zone de composition des laitiers d'aciérie voisine la zone de saturation en chaux (d'où la présence de chaux libre).
Le composé d'apport doit donc être choisi, en nature et en proportion, de telle sorte que la zone de composition du mélange obtenu soit éloignée de la zone de saturation en chaux.
Le composé d'apport est généralement ajouté à du laitier liquide, recueilli directement à la sortie d'un récipient métallurgique.
Le mélange est ainsi réalisé à haute température, ce qui favorise la réaction laitier-composé d'apport nécessaire à l'inertage.
De telles conditions réactionnelles sont néanmoins encore souvent insuffisantes pour inerter suffisamment la chaux libre des laitiers, notamment lorsque les laitiers présentent une teneur trop élevée en chaux etlou lorsque la nature du composé d'apport retenu implique d'en rajouter des proportions importantes ; des proportions trop importantes de composé d'apport sont en effet susceptibles de refroidir considérablement le mélange laitier-composé d'apport.
Pour améliorer ces conditions réactionnelles, on propose alors par exemple d'agiter le mélange, de le réchauffer ou d'augmenter le temps de réaction.
De telles améliorations sont coûteuses etlou souvent incompatibles avec le rythme d'exploitation d'une aciérie (c'est à dire le rythme de vidange d'un convertisseur ou d'un four à arc).
Enfin, de manière générale, les niveaux de taux de gonflement ou de teneur de chaux libre auxquels on parvient à descendre par ces traitements d'inertage restent souvent encore trop élevés pour un grand nombre d'applications.
L'invention a donc pour but un traitement d'inertage de laitiers d'aciérie à la fois plus homogène, plus efficace, plus économique et compatible avec le rythme d'exploitation d'une aciérie.
Pour des applications routières spécifiques, notamment pour des revêtements routiers etlou des compositions bitumineuses, les granulats doivent satisfaire d'autres tests de validation, qui concernent notamment les résistances à la fragmentation, à l'usure et au polissage des granulats.
Pour ce type d'application, on utilise couramment des granulats de porphyre ou de basalte, ou des diorites ou des microdiorites ; ces granulats sont généralement très onéreux, notamment lorsqu'on se trouve éloigné de carrières de ce type de matériaux.
Ces tests de validation passent par la mesure:
- dite "Los Angeles" ou "LA" pour évaluer la résistance à la fragmentation par choc ; la méthode de mesure est décrite dans la norme française P 18573.
- dite "Los Angeles" ou "LA" pour évaluer la résistance à la fragmentation par choc ; la méthode de mesure est décrite dans la norme française P 18573.
- dite "Micro Deval en présence d'Eau" ou "MDE" pour évaluer la résistance à l'usure; la méthode de mesure est décrite dans la norme française
P 18-572.
P 18-572.
- dite de "Coefficient de Polissage Accéléré" ou "CPA" pour évaluer l'aptitude au polissage dans des conditions déterminées de trafic routier ; la méthode de mesure est décrite dans la norme française P 18-575.
Le tableau III récapitule des valeurs représentatives de résistance à la fragmentation, à l'usure et au polissage de granulats de porphyre, de basalte, de diorites ou microdiorites, ainsi que de granulats préparés à partir de laitiers de hauts fourneaux (fonte hématite).
Tableau lil: résistance à la fragmentation (LA). à l'usure (MDE) et au polissage
CPA de divers aranulats.
CPA de divers aranulats.
<tb>
Granulats: <SEP> Basaltes <SEP> Porphyres <SEP> Microdiorites <SEP> Laitiers <SEP> de
<tb> <SEP> et <SEP> diorites <SEP> Hauts <SEP> Fourneaux
<tb> LA <SEP> 15 <SEP> 13 <SEP> 3 <SEP> à <SEP> 16 <SEP> 35 <SEP> à <SEP> 45
<tb> MDE <SEP> 10 <SEP> 8 <SEP> 8 <SEP> à <SEP> 12 <SEP> 25 <SEP> à <SEP> 28
<tb> CPA <SEP> 0,45 <SEP> 0,50 <SEP> 0,43 <SEP> à <SEP> 0,48 <SEP> < <SEP> 0,45
<tb>
On note au tableau III que les résistances à la fragmentation, à l'usure et au polissage de granulats provenant de laitiers de haut fourneau sont insuffisantes pour des applications en revêtements routiers etlou dans des compositions bitumineuses.
<tb> <SEP> et <SEP> diorites <SEP> Hauts <SEP> Fourneaux
<tb> LA <SEP> 15 <SEP> 13 <SEP> 3 <SEP> à <SEP> 16 <SEP> 35 <SEP> à <SEP> 45
<tb> MDE <SEP> 10 <SEP> 8 <SEP> 8 <SEP> à <SEP> 12 <SEP> 25 <SEP> à <SEP> 28
<tb> CPA <SEP> 0,45 <SEP> 0,50 <SEP> 0,43 <SEP> à <SEP> 0,48 <SEP> < <SEP> 0,45
<tb>
On note au tableau III que les résistances à la fragmentation, à l'usure et au polissage de granulats provenant de laitiers de haut fourneau sont insuffisantes pour des applications en revêtements routiers etlou dans des compositions bitumineuses.
L'invention a également pour but l'utilisation de granulats réalisés à partir de laitiers d'aciérie dans des revêtements routiers etlou des compositions bitumineuses.
L'invention a pour objet un procédé de préparation de granulats à partir de laitier liquide d'aciérie, pour une application prédéterminée de génie civil nécessitant un taux de gonflement à la vapeur d'eau inférieur à une valeur prédéterminée Go etlou une teneur en chaux (et magnésie) libre inférieure à une valeur prédéterminée CO, dans lequel on mélange audit laitier recueilli à l'état liquide un composé d'apport destiné à inerter la chaux (et la magnésie) libre que ledit laitier serait susceptible de contenir à l'état solide à température ambiante, caractérisé en qu'on réalise ledit mélange de manière homogène par projection dudit composé d'apport sous forme granulométrique injectable dans un jet liquide dudit laitier, la composition et les proportions dudit composé d'apport étant adaptées pour abaisser le taux de gonflement dudit mélange solidifié et refroidi en deçà de ladite valeur prédéterminée Go etlou pour abaisser la teneur en chaux libre dudit mélange solidifié et refroidi en deçà de ladite valeur prédéterminée CO .
L'invention peut également présenter d'autres caractéristiques:
- la valeur prédéterminée Go est inférieure ou égale à environ 3,5 % etlou la valeur prédéterminée CO est inférieure ou égale à environ 2 %.
- la valeur prédéterminée Go est inférieure ou égale à environ 3,5 % etlou la valeur prédéterminée CO est inférieure ou égale à environ 2 %.
- ledit jet liquide forme des turbulences en aval de l'injection dudit composé d'apport.
Ces turbulences, qui se produisent par exemple naturellement à l'arrivée du jet liquide dans un réceptacle adapté pour recueillir le mélange, contribuent alors efficacement à l'homogénéisation du mélange laitier-composé d'apport.
Ces turbulences peuvent être également provoquées par une pièce réfractaire disposée à cet effet entre le point d'impact du composé d'apport dans le jet liquide et ce réceptacle.
- le composé d'apport est un composé alumineux et/ou siliceux, contenant de préférence l'un au moins des produits choisi parmi un résidu provenant de l'industrie de production ou de transformation de l'aluminium, du sable de fonderie, des laitiers métallurgiques de fabrication d'alliages de silicium comme du silico-manganèse ou du ferro-silicium, des résidus de broyage automobile, des roches ou des sables naturels comme du sable de Fontainebleau, de la bauxite ou du spath fluor.
- le composé d'apport est thermogène et contient de préférence l'un au moins des produits choisis parmi des produits carbonés comme des résidus d'électrodes de graphite d'électrolyse de l'alumine, des déchets d'aluminium comme des déchets d'usinage de pièces en aluminium, des poussières de broyage ou des crasses de fonderie d'aluminium.
- le composé d'apport contient un fondant, choisi de préférence parmi les produits contenant du fluorure de calcium comme les spaths fluors ou les scories alumineuses.
L'invention a encore pour objet un dispositif d'inertage de laitiers pour mettre en oeuvre le procédé précédemment décrit caractérisé en ce qu'il comprend:
- un récipient métallurgique adapté pour contenir du laitier liquide, dont le contenu est déversable de manière à former un jet liquide,
- un réceptacle adapté pour recueillir le contenu se déversant en jet liquide du récipient métallurgique,
- et des moyens de projection d'un composé d'apport, adaptés et positionnés pour projeter et injecter ledit composé d'apport dans le jet liquide de déversement dudit récipient métallurgique.
- un récipient métallurgique adapté pour contenir du laitier liquide, dont le contenu est déversable de manière à former un jet liquide,
- un réceptacle adapté pour recueillir le contenu se déversant en jet liquide du récipient métallurgique,
- et des moyens de projection d'un composé d'apport, adaptés et positionnés pour projeter et injecter ledit composé d'apport dans le jet liquide de déversement dudit récipient métallurgique.
L'invention a enfin pour objet l'utilisation de granulats préparés par le procédé précédemment décrit pour des revêtements routiers, notamment dans des compositions bitumineuses.
L'invention sera mieux comprise à la lecture de la description qui va suivre, donnée à titre d'exemple.
Le dispositif utilisé pour la mise en oeuvre du procédé selon l'invention comporte:
- un récipient métallurgique dont le contenu - notamment du laitier - est déversable de manière à créer un jet liquide;
- une cuve de transfert adaptée pour recueillir le laitier liquide se déversant en jet liquide du récipient métallurgique;
- des moyens de projection d'un composé d'apport se présentant sous forme granulométrique injectable, adaptés et positionnés pour projeter ce composé dans un jet liquide de déversement du récipient métallurgique;
- des moyens pour déplacer et vidanger la cuve de transfert;
- une fosse de refroidissement destinée à la vidange de la cuve de transfert.
- un récipient métallurgique dont le contenu - notamment du laitier - est déversable de manière à créer un jet liquide;
- une cuve de transfert adaptée pour recueillir le laitier liquide se déversant en jet liquide du récipient métallurgique;
- des moyens de projection d'un composé d'apport se présentant sous forme granulométrique injectable, adaptés et positionnés pour projeter ce composé dans un jet liquide de déversement du récipient métallurgique;
- des moyens pour déplacer et vidanger la cuve de transfert;
- une fosse de refroidissement destinée à la vidange de la cuve de transfert.
Le récipient métallurgique utilisé est notamment un récipient de conversion de fonte ou un récipient de fusion d'acier (par exemple en aciérie électrique).
Les moyens de projection du composé d'apport comprennent par exemple une trémie destinée à contenir du composé d'apport, et une goulotte implantée en sortie de la trémie, inclinée et orientée pour projeter du composé d'apport dans un jet liquide de déversement du récipient métallurgique.
Ces moyens de projection peuvent également intégrer un doseur de poudre, implanté entre la trémie et la goulotte.
Selon une variante de l'invention, les moyens de projection du composé d'apport comprennent, à la place de la goulotte, des moyens de transport pneumatique à débit massique régulé dont l'orifice de sortie est également orienté et adapté pour projeter le composé d'apport dans un jet liquide de déversement du récipient métallurgique.
La fosse de refroidissement peut être compartimentée pour l'ordonnancement des laitiers.
On va maintenant décrire la mise en oeuvre du procédé selon l'invention à l'aide du dispositif précédemment décrit.
On cherche donc à préparer, à partir de laitier d'aciérie, des granulats pour une application prédéterminée de génie civil nécessitant un taux de gonflement à la vapeur d'eau inférieur à une valeur prédéterminée Go et/ou une teneur en chaux libre inférieure à une valeur prédéterminée CO .
Par exemple, on a Go # 3,5% (classe A pour mélange bitumineux selon le tableau 11) et/ou CO # 2% .
Pour préparer ces granulats, on dispose d'une quantité connue Qi de laitier liquide en provenance d'une opération de conversion de fonte ou de préparation d'acier en aciérie électrique.
On suppose que, solidifié à l'état brut, ce laitier présenterait un taux de gonflement à la vapeur d'eau Gi supérieur à Go et/ou une teneur en chaux (et magnésie) libre Ci supérieure à C0.
Dans la suite de la description, on retient la teneur en chaux libre comme critère d'applicabilité en génie civil, la présentation basée sur ce critère étant aisément transposable au cas où l'on retient le taux de gonflement comme critère d'applicabilité, qui fait également partie de l'invention.
Pour les laitiers d'aciérie à l'état brut, la teneur en chaux libre Ci est couramment de l'ordre de 10%, généralement comprise entre 3% et 15%.
Ce laitier liquide est contenu dans le récipient métallurgique préalablement vidangé de son acier dans le cadre d'une campagne classique de préparation d'une nuance d'acier prédéterminée.
Plusieurs moyens permettent de prévoir la teneur en chaux libre Ci que présenterait ce laitier liquide solidifié et refroidi.
On peut par exemple déduire cette teneur prévisionnelle Ci de la proportion totale de chaux contenue dans le laitier à l'aide d'abaques expérimentales préalablement établies.
On peut recourir à d'autres méthodes : dans le cas de laitiers de conversion de fonte, pour chaque famille de nuances d'acier, on a établi que la teneur en chaux libre des laitiers dépendait de la teneur en silicium dans la fonte et de la teneur en phosphore souhaité dans l'acier ; à partir de la composition de la fonte et de l'acier, on peut donc également prévoir la teneur en chaux libre Ci des laitiers.
On choisit ensuite la nature et la quantité minimale a de composé d'apport à mélanger au laitier à l'état liquide, en fonction d'une part de la quantité Qi de laitier à inerter, d'autre part de la différence (Ci - CO) entre la teneur prévisionnelle en chaux libre Ci du laitier brut et, ici, la teneur en chaux libre maximum admissible CO du granulat à préparer.
On choisit notamment la nature et la quantité a de composé d'apport de manière à ce que, dans le système ternaire FeO - CaO+MgO - SiO2+AI203, la zone de composition du mélange obtenu (laitier + composé d'apport) soit éloignée de la zone de saturation en chaux (et magnésie).
De préférence, on choisit un composé d'apport alumineux et/ou siliceux.
Comme composé d'apport alumineux et/ou siliceux, on choisit de préférence parmi un résidu provenant de l'industrie de production ou de transformation de l'alumine ou de l'aluminium, du sable de fonderie, des laitiers métallurgiques de fabrication d'alliages de silicium comme du silico-manganèse ou du ferro-silicium, des résidus de broyage automobile, des roches ou des sables naturels comme du sable de Fontainebleau, de la bauxite.
Selon une variante de l'invention, le composé d'apport, alumineux et/ou siliceux, contient aussi un fondant choisi de préférence parmi les produits contenant du fluorure de calcium comme les spaths fluors ou les scories alumineuses.
Selon une autre variante de l'invention, le composé d'apport est thermogène, parce qu'il contient aussi un composé choisi de préférence parmi de l'aluminium, du silicium ou des produits carbonés, comme des résidus d'électrodes de graphite d'électrolyse de l'alumine, des déchets d'aluminium comme des déchets d'usinage de pièces en aluminium, des poussières de broyage et des crasses de fonderie d'aluminium.
Le composé d'apport peut donc être préparé par mélange de plusieurs constituants, notamment d'un ou plusieurs composés alumineux et/ou siliceux, avec ou sans fondants, thermogènes ou non déjà cités.
Morphologiquement, le composé d'apport se présente sous forme de grains présentant une répartition de taille adaptée à un bon écoulement dans les moyens de projection, c'est à dire qu'il se présente sous forme granulométrique injectable.
Pour mettre en oeuvre le procédé selon l'invention, on déverse la quantité Qi de laitier liquide du récipient métallurgique dans la cuve de transfert, ce qui forme un jet liquide pendant toute la durée du déversement.
Selon l'invention, pendant la durée du déversement, à l'aide des moyens de projection, on projette dans le jet liquide au moins la quantité a de composé d'apport, le débit de composé d'apport étant adapté pendant la durée de déversement pour répartir uniformément le composé d'apport dans tout le laitier liquide.
Le débit de jet liquide étant en général approximativement constant, on maintient donc a peu près constant également le débit de composé d'apport.
A la sortie du récipient métallurgique, le laitier liquide est à une température généralement comprise entre 1300"C et 1 650 C.
Pour un récipient métallurgique de 200 tonnes d'acier environ, la quantité de laitier Qi est généralement comprise entre 10 et 20 tonnes.
Dans un rythme classique d'exploitation d'une aciérie, la durée de déversement reste souvent inférieure à une minute.
La quantité a de composé d'apport est par exemple comprise entre 0,5 et 1,5 tonne.
Dans le mélange ainsi formé entre le laitier liquide et le composé d'apport, pour maintenir des conditions réactionnelles aptes à inerter efficacement la chaux (et magnésie), il importe de limiter la quantité de composé d'apport ajoutée au laitier de manière à éviter à ce stade un refroidissement trop rapide du laitier ; la présence d'un fondant et/ou d'un composé thermogène dans le composé d'apport peut servir à reculer cette limitation.
Dans le cas où les moyens de projection du composé d'apport comportent un doseur et une goulotte, ledit doseur assure un débit approximativement constant du composé provenant de la trémie vers la goulotte et, compte tenu de l'inclinaison et de l'orientation de ladite goulotte, le composé d'apport est projeté par inertie dans le jet de déversement du récipient métallurgique.
Dans le cas où les moyens de projection de poudre comportent des moyens de transport pneumatique, le composé d'apport est projeté par ces moyens de transport pneumatique dans le jet de déversement du récipient métallurgique.
De préférence, les moyens de projection sont adaptés pour que la vitesse d'impact du composé d'apport dans le jet liquide soit supérieure ou égale à environ 15 m/s.
Selon l'invention, le mélange du composé d'apport au laitier d'aciérie à inerter est ainsi réalisé dans un jet liquide dudit laitier, recueilli directement en sortie de récipient métallurgique là où ledit laitier est à la température la plus élevée ; avantageusement, ce mode de mélange réunit des conditions réactionnelles optimales tout en permettant une homogénéisation très rapide du mélange, s'adapte donc facilement au rythme d'exploitation d'une aciérie et reste particulièrement économique tant en exploitation qu'en installations.
A l'arrivée dans la cuve de transfert, le jet liquide de laitier1 additionné de composé d'apport, provoque des turbulences.
De préférence, on injecte le composé d'apport dans le jet immédiatement en amont des turbulences que provoque le jet à son arrivée dans la cuve de transfert de manière à utiliser ces turbulences pour améliorer encore l'homogénéisation du mélange laitier + composé.
A l'issue de la vidange du récipient métallurgique, la cuve de transfert contient donc un mélange homogène laitier-composé d'apport encore à l'état liquide.
La chaleur latente du laitier liquide d'aciérie favorise la réaction laitiercomposé de manière à combiner la chaux et la magnésie libre du laitier au composé d'apport.
Lorsque le composé d'apport contient un produit thermogène ou fondant, le mélange reste plus longtemps liquide, ce qui favorise l'homogénéisation du mélange laitier-composé et la réaction laitier-composé.
Selon une variante de l'invention, avant de commencer la vidange du laitier dans la cuve de transfert, on place, dans la cuve, du laitier déjà traité destiné à servir d'amorce de cristallisation ; cette variante a une incidence très positive sur la cristallisation ultérieure du mélange laitier + composé d'apport, au moment de sa solidification.
A l'aide des moyens de déplacement de la cuve de transfert, on transfère ensuite la cuve de transfert vers la fosse de refroidissement ; pendant ce transfert, la température du mélange étant encore très élevée dans la cuve de transfert, I'homogénéisation et la réaction du mélange se poursuivent ; le transfert dure couramment de 15 à 60 minutes.
On déverse ensuite ledit mélange dans la fosse de refroidissement où on le laisse se solidifier sous forme de scories: on obtient ainsi un laitier d'aciérie inerté grâce à l'addition, selon l'invention, du composé d'apport.
On peut laisser les scories se refroidir naturellement, ou bien les arroser légèrement.
Selon une variante de l'invention, lorsqu'on ne dispose pas de cuve de transfert (et des ses moyens de déplacement), on déverse directement le laitier de la cuve métallurgique dans la fosse de refroidissement et c'est à ce niveau qu'on injecte alors le composé d'apport dans le jet de déversement du laitier.
On reprend ensuite les scories pour les broyer et les cribler d'une manière adaptée au type de granulat souhaité ; cette étape de traitement physique, connue en elle-même, n'est pas décrite ici en détail.
Le granulat obtenu est apte à l'application prévue de génie civil, par exemple dans des graves non traitées, dans des mélanges faiblement liés ou dans des mélanges bitumineux.
Dans ces applications, ce granulat peut également être associé à d'autres produits comme des cendres volantes.
Le granulat obtenu peut être facilement ré-orienté vers d'autres applications de génie civil en fonction des stocks disponibles, si besoin après traitements complémentaires adaptés: par exemple rebroyage, voire traitement complémentaire d'inertage surfacique.
Le granulat obtenu à partir du mélange de laitier et de composé d'apport présente alors une teneur en chaux libre Cf inférieure ou égale à C0.
Pour illustrer l'intérêt de l'invention par rapport à des procédés classiques d'inertage massique, il importe de remarquer qu'en réalisant le même mélange à partir des mêmes quantités de laitier et de composé d'apport (de même nature), d'une manière classique, notamment dans la cuve de transfert ellemême (et non pas dans un jet liquide) et sans utiliser de moyens coûteux d'amélioration des conditions réactionnelles (par exemple chauffage et/ou agitation du mélange dans la cuve), on aurait obtenu une teneur en chaux libre
Cf' supérieure à Cf.
Cf' supérieure à Cf.
Cette remarque illustre que le procédé d'inertage selon l'invention est particulièrement efficace tout en restant tout à fait économique.
paramètres LA, LDE, CPA suivantes: 10 < LA < 20 et 8 < MDE < 16 et CPA > 0,45.
Le granulat selon l'invention peut être ainsi avantageusement utilisé pour des revêtement routiers, notamment dans des mélanges bitumineux routiers, en particulier pour des couches superficielles, en remplacement de granulats de porphyre ou de basalte beaucoup plus onéreux.
Les exemples suivant illustrent l'invention:
EXEMPLE 1:
Dans une installation de conversion de fonte, on prépare d'une manière classique différentes qualités d'acier donnant des laitiers liquides d'aciérie.
EXEMPLE 1:
Dans une installation de conversion de fonte, on prépare d'une manière classique différentes qualités d'acier donnant des laitiers liquides d'aciérie.
Ces qualités d'acier sont réparties en trois familles F1, F2, F3 selon la teneur en silicium (Si) de leur fonte d'origine, F1 pour la teneur la plus élevée,
F3 pour la teneur la plus faible.
F3 pour la teneur la plus faible.
Pour chaque famille, on dispose d'abaques expérimentales donnant la teneur prévisionnelle en chaux libre dans le laitier en fonction de la teneur en phosphore prévue (et visée) dans l'acier: pour FI: 3 à 4% de chaux libre pour F2: 3,5 à 8% de chaux libre - pour F3: 11 à 13,5% de chaux libre.
A partir des lots de environ 10 tonnes de laitiers d'aciérie provenant de chaque vidange de convertisseur lors de ces campagnes de production d'acier, on souhaite préparer des granulats pour des applications de génie civil prédéterminées.
Pour ces applications, on détermine une teneur maximale admissible en chaux libre CO = 2% .
En fonction de ce critère à satisfaire, on détermine alors expérimentalement la composition et la quantité de composé d'apport à ajouter à chaque lot de 10 tonnes de laitier pour un traitement d'inertage selon l'invention:
- laitiers provenant de la famille FI : 0,5 tonne d'un composé d'apport à 20% d'alumine et 80% de silice.
- laitiers provenant de la famille FI : 0,5 tonne d'un composé d'apport à 20% d'alumine et 80% de silice.
- laitiers provenant de la famille F2 : 1 tonne d'un composé d'apport à 50% d'alumine et 50% de silice.
- laitiers provenant de la famille F3 : 1 tonne d'un composé d'apport à 80% d'alumine et 20% de silice.
Les termes "alumine" et "silice" signifient ici respectivement "composé essentiellement alumineux" et "composé essentiellement siliceux".
Pour effectuer le mélange et la réaction, on procède comme décrit précédemment, notamment en injectant le composé d'apport dans le jet liquide de vidange de laitier du convertisseur.
On constate donc qu'une quantité relativement faible de composé d'apport suffit à réaliser un inertage efficace correspondant à une teneur maximale en chaux libre CO = 2% , et sans recourir à des moyens coûteux d'homogénéisation du mélange ou d'activation de la réaction laitiereomposé d'apport.
EXEMPLE 2:
Dans cet exemple, on déduit la teneur prévisionnelle en chaux libre Ci du laitier brut d'aciérie à partir de la proportion totale de chaux (%tot. CaO) contenue dans le laitier (qui peut être facilement évaluée) , des abaques expérimentales préalablement établies donnent les éléments suivants:
- pour %tot. CaO = 45 %, Ci = 3%.
Dans cet exemple, on déduit la teneur prévisionnelle en chaux libre Ci du laitier brut d'aciérie à partir de la proportion totale de chaux (%tot. CaO) contenue dans le laitier (qui peut être facilement évaluée) , des abaques expérimentales préalablement établies donnent les éléments suivants:
- pour %tot. CaO = 45 %, Ci = 3%.
- pour %tot. CaO = 53 %, Cj = 8%.
- pour %tot. CaO = 60 %, Ci = 14%.
En fonction de la teneur prévisionnelle en chaux libre Ci déduite de ces abaques pour un lot donné de laitier d'aciérie, de la teneur en chaux libre maximum admissible C0 dans les granulats à préparer, on peut déduire la nature et la quantité minimum de composé d'apport à rajouter selon l'invention, comme indiqué précédemment.
EXEMPLE 3
Pour certaines familles de laitiers d'aciérie, et pour certaines applications en génie civil, on a constaté qu'on pouvait déterminer la nature et la quantité de composé d'apport à rajouter selon l'invention en fixant une cible de composition de mélange, exprimée en teneur en silice et en alumine.
Pour certaines familles de laitiers d'aciérie, et pour certaines applications en génie civil, on a constaté qu'on pouvait déterminer la nature et la quantité de composé d'apport à rajouter selon l'invention en fixant une cible de composition de mélange, exprimée en teneur en silice et en alumine.
La composition de ce mélange "cible" est explicitée au tableau IV cidessous, en comparaison de la composition usuelle de laitiers bruts d'aciérie.
Tableau IV: compositions avant et aprés mélanae.
<tb>
Composition <SEP> Laitier <SEP> d'aciérie <SEP> - <SEP> brut. <SEP> Mélange <SEP> "cible"
<tb> <SEP> laitier <SEP> - <SEP> composé <SEP> d'apport
<tb> CaO <SEP> 45à60% <SEP>
<tb> SiO2 <SEP> 10à20% <SEP> # <SEP> 20 <SEP> /0 <SEP>
<tb> MgO <SEP> 2à8% <SEP>
<tb> A1203 <SEP> 1 <SEP> ,5 <SEP> à <SEP> 3,5 <SEP> % <SEP> # <SEP> 5 <SEP> % <SEP>
<tb>
L'inertage des laitiers réalisé selon l'invention en visant ce mélange "cible" donne des granulats présentant un faible taux de gonflement à la vapeur d'eau (généralement inférieur à 3%) et/ou une faible teneur en chaux libre (généralement inférieure à 2%).
<tb> <SEP> laitier <SEP> - <SEP> composé <SEP> d'apport
<tb> CaO <SEP> 45à60% <SEP>
<tb> SiO2 <SEP> 10à20% <SEP> # <SEP> 20 <SEP> /0 <SEP>
<tb> MgO <SEP> 2à8% <SEP>
<tb> A1203 <SEP> 1 <SEP> ,5 <SEP> à <SEP> 3,5 <SEP> % <SEP> # <SEP> 5 <SEP> % <SEP>
<tb>
L'inertage des laitiers réalisé selon l'invention en visant ce mélange "cible" donne des granulats présentant un faible taux de gonflement à la vapeur d'eau (généralement inférieur à 3%) et/ou une faible teneur en chaux libre (généralement inférieure à 2%).
Claims (11)
1.- Procédé de préparation de granulats à partir de laitier liquide d'aciérie, pour une application prédéterminée de génie civil nécessitant un taux de gonflement à la vapeur d'eau inférieur à une valeur prédéterminée Go et/ou une teneur en chaux (et magnésie) libre inférieure à une valeur prédéterminée CO, dans lequel on mélange audit laitier recueilli à l'état liquide un composé d'apport destiné à inerter la chaux (et la magnésie) libre que ledit laitier serait susceptible de contenir à l'état solide à température ambiante,
caractérisé en qu'on réalise ledit mélange de manière homogène par projection dudit composé d'apport sous forme granulométrique injectable dans un jet liquide dudit laitier, la composition et les proportions dudit composé d'apport étant adaptées pour abaisser le taux de gonflement dudit mélange solidifié et refroidi en deçà de ladite valeur prédéterminée Go et/ou pour abaisser la teneur en chaux libre dudit mélange solidifié et refroidi en deçà de ladite valeur prédéterminée CO .
2.- Procédé selon la revendication 1 caractérisé en ce que ladite valeur prédéterminée Go est inférieure ou égale à 3,5 %.
3. Procédé selon la revendication 1 caractérisé en ce que ladite valeur prédéterminée CO est inférieure ou égale à 2 %.
4.- Procédé selon l'une quelconque des revendications précédentes caractérisé en ce que ledit jet liquide forme des turbulences en aval de l'injection dudit composé d'apport.
5.- Procédé selon l'une quelconque des revendications précédentes caractérisé en ce que ledit composé d'apport est un composé alumineux et/ou siliceux.
6.- Procédé selon la revendication 5 caractérisé en ce que le composé alumineux et/ou siliceux contient l'un au moins des produits choisi parmi un résidu provenant de l'industrie de production ou de transformation de l'aluminium, du sable de fonderie, des laitiers métallurgiques de fabrication d'alliages de silicium comme du silico-manganèse ou du ferro-silicium, des résidus de broyage automobile, des roches ou des sables naturels comme du sable de Fontainebleau, de la bauxite ou du spath fluor.
7.- Procédé selon l'une quelconque des revendications précédentes caractérisé en ce que ledit composé d'apport est thermogène.
8.- Procédé selon la revendication 7 caractérisé en ce que ledit composé d'apport contient l'un au moins des produits choisis parmi des produits carbonés comme des résidus d'électrodes de graphite d'électrolyse de l'alumine, des déchets d'aluminium comme des déchets d'usinage de pièces en aluminium, des poussières de broyage ou des crasses de fonderie d'aluminium.
9.- Procédé selon l'une quelconque des revendications précédentes caractérisé en ce que ledit composé d'apport contient un fondant, choisi de préférence parmi les produits contenant du fluorure de calcium comme les spaths fluors ou les scories alumineuses.
10.- Dispositif d'inertage de laitiers pour mettre en oeuvre le procédé selon l'une quelconque des revendications précédentes caractérisé en ce qu'il comprend:
- un récipient métallurgique adapté pour contenir du laitier liquide, dont le contenu est déversable de manière à former un jet liquide,
- un réceptacle adapté pour recueillir le contenu se déversant en jet liquide du récipient métallurgique,
- et des moyens de projection d'un composé d'apport, adaptés et positionnés pour projeter et injecter ledit composé d'apport dans le jet liquide de déversement dudit récipient métallurgique.
11.- Utilisation de granulats préparés par le procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 9 pour des revêtements routiers, notamment dans des compositions bitumineuses.
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