LU84792A1 - Appareil de granulation de matieres fondues - Google Patents

Description

La présente invention concerne un appareil de granulation de mfetières solides fondues, liquéfiables par . chauffage, dont des exemples sont les laitiers métallurgi ques, les verres, le soufre et les métaux fondus.

5 Les procédés et appareils de granulation de di verses matières liquéfiables par chauffage, par exemple indiquées précédemment, sont maintenant bien connus. Un > procédé et un appareil existants, particulièrement destinés , à la granulation des laitiers métallurgiques, sont décrits 10 dans le brevet des Etats-Unis d'Amérique n° 3 594 142 qui indique qu'il est considéré comme étant le premier procédé permettant la transformation des laitiers métallurgiques en granulés de forme générale sphérique et à surface fermée, ayant un intérieur vésiculaire, d'une manière 15 fiable et rentable. L'application de ce procédé connu à la granulation de telles matières provoque aussi une réduction importante de la quantité d'eau nécessaire au traitement du laitier ainsi que de la quantité des gaz nocifs émis, par rapport aux autres installations de traitement 20 de laitiers utilisées actuellement, par exemple la granulation en cuve.

L'appareil de granulation mis en oeuvre dans ce procédé connu comprend un rotor cylindrique allongé suivant son axe et tournant autour de son axe longitudinal 25 qui est horizontal. Le rotor porte, à sa périphérie, un certain nombre de palettes horizontales dirigées radiale-ment vers l'extérieur, et le laitier fondu qui doit être granulé, alors qu'il est mélangé à une quantité prédéterminée d'eau, descend par gravité sur une surface d'inter-30 action pendant un temps suffisant pour que le mélange d'eau et de laitier atteigne un état pyroplastique, le mélange étant alors déchargé sur la périphérie du rotor et chassé par les ailettes dans de l'air à une distance suffisante et pendant un temps suffisant pour que le laitier se refroi-35 disse et forme des granulés sphériques cohérents. On a utilisé cet appareil d'une manière tout à fait satisfaisante dans un certain nombre d'installations de granulation de i 2 nombreux types différents de laitiers.

En pratique, un certain nombre de problèmes se pose et cet appareil fondamental ne permet pas leur résolution commode. Par exemple, il est souhaitable que le courant 5 de laitier soit aussi uniforme que possible et, à cet effet, dans le procédé original décrit dans le document précité, le laitier de haut-fourneau est coulé dans une poche à partir de laquelle il est coulé dans l'appareil de granulation avec un débit uniforme réglé de manière que le rap-10 port du laitier à l'eau reste compris entre des limites nécessaires. Cependant, pour des raisons de rentabilité optimale, il est essentiel que le laitier fondu soir transmis directement par une rigole partant de la source qui produit le laitier, tel qu'un haut-fourneau, et rejoignant 15 l'appareil de granulation, et le réglage du débit est alors bien plus difficile. Les conditions régnant dans le hautfourneau varient souvent pendant l'opération de coulée et donnent des débits variables de laitier fondu.

On a constaté qu'il était avantageux, pour- l'ob-20 tention d'un fonctionnement optimal, que les palettes soient maintenues complètement "chargées" de laitier, mais ce chargement sur une partie quelconque du rotor ne doit pas dépasser une valeur maximale, où une partie est noyée et perd son efficacité.

25 Ce problème particulier est rendu encore plus aigu par la difficulté de l'étalement d'un courant de matière fondue sur une surface, sa viscosité et son énergie superficielle étant telles qu'elle a tendance à essayer de "rassembler" en un courant relativement compact plutôt 30 que de s'écouler comme indiqué précédemment.

Une solution connue au problème posé est d'utiliser un débit supérieur à la valeur maximale nécessaire, le surplus étant transmis à une cuve de trempe qui est habituellement prévue dans tous les cas comme mesure de 35 sécurité afin qu'elle reçoive directement le laitier lorsque l'appareil de granulation est hors d'état de fonctionner pour une raison quelconque. Cet excès est alors sous forme ! 3 du laitier refroidi à l'air gui est moins souhaitable au point de vue du commerce. Une autre solution est la disposition de deux rotors placés côte à côte et la transmis-Sion au second rotor du mélange lorsque le débit dépasse 5 la valeur maximale prédéterminée correspondant au premier rotor, mais cette disposition nécessite, des rigoles de longueur trop grande et n'est pas toujours utilisable lors-" que l'espace disponible à proximité de la source de la matière fondue ne suffit pas à la disposition d'un appa-10 reil de grande dimension et d'une réserve importante nécessaire pour la disposition des granulés.

L'invention concerne un appareil de granulation qui peut fonctionner de manière satisfaisante sur une plage relativement large de débits de matière fondue qui lui 15 est transmise.

Elle concerne aussi un appareil relativement peu encombrant qui peut être disposé et utilisé dans un espace relativement réduit.

Plus précisément, l'invention concerne un appa-20 reil de granulation d'une matière solide fondue, liquéfiable par chauffage, comprenant ï un châssis d'appareil, un dispositif à plaque d'alimentation monté sur le châssis et formant une surface d'alimentation sur la-25 quelle la matière fondue s'écoule par gravité lorsqu'elle est transmise par le dispositif d'alimentation, un premier rotor à ailettes radiales monté sur le châssis afin qu'il tourne autour d'un axe horizontal et à la périphérie duquel la matière fondue est transmise 30 par la surface d'alimentation afin qu'elle soit' projetée dans l'air en vue de son refroidissement et de sa granulation, un second rotor monté sur le châssis et destiné à tourner autour d'un second axe avec sa périphérie placée 35 à distance au-dessus de la surface d'alimentation afin que la matière s'écoulant par gravité sur la surface d'alimentation passe dans un espace de réglage formé entre cette 4 surface et la périphérie mobile du second rotor, et un moteur destiné à faire tourner le premier rotor autour de son axe dans le sens assurant la projection nécessaire dans l'air, et destiné à faire tourner 5 le second rotor autour de son axe.

D'autres caractéristiques et avantages de l'invention seront mieux compris à la lecture de la description qui va suivre d'exemples de réalisation et en se référant aux dessins annexés sur lesquels : 10 la figure 1 est une perspective d'un appareil de projection selon l'invention, avec des parties représentées en traits interrompus et en traits mixtes., facilitant la clarté de la représentation ; et la figure 2 est une coupe longitudinale, suivant 15 la ligne 2-2 de la figure 1.

Le procédé de granulation est mis en oeuvre comme décrit dans le brevet des Etats-Unis d'Amérique n° 3 594 142 par projection de la matière fondue dans l'air au-dessus d'une cuve ou d'une autre zone collectrice dans 20 laquelle la matière granulaire refroidie est retirée par tout dispositif classique, et l'appareil de granulation est donc monté au bord de la zone collectrice et, avantageusement, près de la source de matière fondue telle qu'un haut-fourneau (non représenté), à partir duquel la matière 25 est transmise par une rigole 10 lors de la coulée du hautfourneau.

L'appareil comprend un châssis portant la. référence générale 12 et comprenant deux organes latéraux distants 14 et 16 qui supportent entre eux les différentes , 30 éléments de l’appareil, c'est-à-dire une plaque 18 d'ali mentation, inclinée vers le bas, un premier rotor 20 de projection muni d'ailettes et un second rotor 22 de réglage de débit.

La plaque d'alimentation comporte une plaque 35 métallique plate 24 de base supportant plusieurs blocs 26 d'une matière très réfractaire, par exemple de graphite, dont les faces supérieures forment la surface d'alimentation

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5 par interaction sur laquelle la matière fondue s’écoule par gravité lors de sa réaction avec l'eau qui est transmise par exemple par une tuyauterie 28 et des buses 30; si bien que le mélange se trouve à un état souhaitable 5 de granulation au moment où il atteint le rotor 20 de projection. Les parois latérales 32 sont destinées à confiner le courant de matière afin qu'il ne s'échappe pas latéralement de la surface d'alimentation, et l'ensemble de la plaque d'alimentation est monté sur le châssis de l'appa-10 reil par l'intermédiaire de ressorts et subit constamment des vibrations qui facilitent beaucoup la suppression de tout collage de la matière fondue à la surface. La plaque est ainsi supportée par des montants 34 du châssis par l'intermédiaire de ressorts de compression 36 de forme 15 hélicoïdale, disposés de manière que leurs axes de compression soient verticaux. Des vibrations aléatoires sont produites par le choc du laitier fondu tombant de la rigole 10 sur la plaque, se superposant à une vibration forcée constante produite par une masse rotative excentrique 38 20 portée par un arbre horizontal rotatif 40 monté entre les parois latérales 42 de la structure de la plaque. L'arbre 40 est entraîné en rotation par un moteur 44 par l'intermédiaire d'une courroie 46. On peut utiliser d'autres types de plaques d'alimentation, par exemple une structure re-25 froidie intérieurement par de l'eau, lorsque les blocs de graphite peuvent ne pas être nécessaires.

Le premier rotor 20 de projection comprend deux plaques latérales circulaires 58, parallèles et distantes, entre lesquelles est disposé un cylindre horizontal 60 30 de section circulaire, coaxial à un arbre 52 d'entraînement sur lequel il est monté, la périphérie du cylindre ayant un certain nombre d'ailettes 62 de projection, dépassant radialement et qui sont au contact de la matière fondue provenant de la plaque 18 d'alimentation, à un em-35 placement circonférentiel convenant à la projection de la matière dans l'air, permettant sa granulation comme décrit précédemment. A cet effet, le rotor tourne dans 6 le sens contraire des aiguilles d'une montre sur les dessins, et il est entraîné par un moteur 48 par l'intermédiaire d'une courroie 50 et d'une poulie 54. Le rotor est refroidi lors du fonctionnement par transmission d'eau de 5 refroidissement à l'intérieur du tambour, ainsi que par pulvérisation d'eau à l'extérieur le cas échéant ; de tels dispositifs de refroidissement ainsi que d'autres sont bien connus des hommes du métier et on ne les décrit pas plus en détail.

10 Le second rotor 22 comprend aussi deux plaques 64 d'extrémité qui sont distantes et parallèles et entre lesquelles est placé un cylindre horizontal 66 de section circulaire, coaxial à son arbre 68 d'entraînement, les extrémités de l'arbre étant montées dans des paliers cor-15 respondants 70 afin qu'il tourne autour d'un axe horizontal parallèle à la surface d'alimentation de la plaque 18 mais distant de celle-ci. Le second rotor présente donc, à la matière fondue qui s'écoule le long de la plaque d'alimentation, une surface lisse qui coopère avec la surface 20 d'alimentation de la plaque à la formation de ce qu'on peut appeler un "espace de réglage dynamique".

Les paliers 70 sont montés afin qu'ils soient mobiles sur des cornières 74 qui sont fixées sur les organes latéraux 14 et 16 du châssis, si bien qu'ils sont 25 parallèles à la surface d'interaction. Ainsi, comme représenté, les boulons 76 qui maintiennent les paliers 70 sur les cornières 74 sont mobiles dans des fentes longitudinales 78 si bien que la position du second rotor par rapport au premier, dans la direction longitudinale de 30 la plaque d'alimentation, peut être facilement réglée.

La hauteur de cet "espace dynamique" entre la périphérie du second rotor et la surface d'interaction peut être réglée le plus commodément par introduction de cales de l'épaisseur nécessaire entre les paliers et leurs organes 35 de support. Le rotor tourne dans le sens des aiguilles d'une montre sur les figures, sous la commande du moteur 48 et de l'arbre 52 du premier rotor par l'intermédiaire i 7 de la poulie 56, de la courroie 80, de la poulie 82 montée sur l'arbre 68 et de poulies folles 84, si bien que sa périphérie formant le bord supérieur de l'espace de réglage est constamment mobile dans la même direction que 5 le courant de matière fondue descendant le long de la surface de la plaque d'alimentation et passant dans l'espace de réglage.

Il est aussi possible que le second rotor joue le rôle de l'espace de réglage dynamique lorsqu'il tourne 10 dans le sens contraire des aiguilles d'une montre, sa périphérie se déplaçant en sens inverse du courant descendant de matière au niveau de l'espace, mais il est plus probable qu'une matière se déplaçant, rapidement ait la possibilité de former des projections d'une manière indésirable. Cepen-15 dant, la rotation dans ce sens provoque la création d'une force de cisaillement qui s'oppose à l'écoulement et retarde ainsi dans une certaine mesure le déplacement du courant de matière^ laissant plus de temps pour la formation d'une mousse et permettant la formation d'une matière 20 ayant une plus faible masse volumique apparente. Le second rotor peut aussi être refroidi par passage à l'intérieur d'eau de refroidissement transmise à l'intérieur de toute manière connue.

On constate que le premier tambour 20 de projec-^ . 25 tion muni d'ailettes peut fonctionner alors avec une capa cité accrue et en conséquence avec un rendement et un débit plus grand de matière fondue, pour un tambour de dimension donnée. L'espace de réglage formé par le second rotor règle ainsi l'épaisseur du courant de matière fondue sur 30 la surface de la plaque d'alimentation si bien que le courant ne peut pas se "rassembler" avant d'atteindre le rotor de projection, et la surcharge locale et le noyage de parties de la périphérie du rotor sur lesquelles parvient le courant rassemblé ne peuvent pas se manifester. Le cou-35 rant de matière s'étale aussi plus uniformément sur la largeur de la plaque d’alimentation et sur le premier rotor, les parties d'extrémités du rotor pouvant donc être mieux 8 utilisées et permettant l'obtention d'une capacité maxi-' male pour une longueur déterminée inférieure à celle qui a été nécessaire jusqu'à présent. On considère que le second rotor a aussi un effet avantageux en ce qu'il re-5 pousse matériellement la matière dans les espaces séparant les ailettes qui sont ainsi mieux chargées, la granulation ayant donc un meilleur rendement et une meilleure uniformité.

L'épaisseur de l'espace de réglage détermine 10 évidemment le débit maximal de matière fondue principalement en un point quelconque sur la largeur de la plaque d'alimentation et des deux rotors, et elle ne doit pas être trop faible lorsque les ailettes doivent être chargées au maximum. La position longitudinale de l'espace 15 le long de la plaque d'alimentation et par rapport au premier rotor nécessite aussi un réglage car, lorsque l'espace est trop en arrière, la matière peut avoir la possibilité de se rassembler à nouveau et de provoquer un noyage, alors que, lorsque l'espace est trop en avant·, il peut 20 perturber la projection de la matière fondue, en provoquant un aplatissement de sa trajectoire, si bien que le temps de parcours dans l'air est réduit et ne suffit pas au refroidissement et à la mise de la matière sous forme de petites sphères.

25 Dans un mode de réalisation particulier utilisé pour la granulation des laitiers de haut-fourneau, le premier rotor 20 a un diamètre de 84 cm mesuré aux extrémités des ailettes, il comporte huit ailettes et il tourne à une vitesse d'environ 250 à 350 tr/min. Le rotor 22· peut 30 être de tout diamètre commode et il a normalement une dimension comprise entre environ 10 et 80 cm. Un tambour ayant un diamètre d'environ 60 cm de préférence tourne à une vitesse comprise entre environ 25 et 100 tr/min, le plus souvent à environ 50 tr/min. La vitesse inférieure 35 doit être telle que la poussée matérielle avantageuse indiquée est obtenue. Bien que, dans ce mode de réalisation, les deux rotors soient entraînés par un même moteur',· il 9 peut être préférable, dans d'autres modes de réalisation, d'utiliser des moteurs séparés, le moteur utilisé pour , l'entraînement du second rotor ayant une vitesse variable afin qu'il permette un réglage fin.

5 L'appareil selon l'invention permet aussi un meilleur "réglage fin" du procédé pour lequel il est utilisé car le débit d'alimentation de la matière fondue s'est 9 révélé être le paramètre essentiel dont le réglage et le maintien satisfaisant à une valeur uniforme sur toute 10 la durée d'une opération de coulée, se sont révélés les plus difficiles. L'"espace dynamique" délimité par le second rotor empêche l'augmentation du débit au-delà d'un débit prédéterminé et permet en conséquence une détermination plus précise du diamètre optimal du premier rotor, 15 du nombre d'ailettes, de la configuration des ailettes et de la vitesse des bouts des ailettes, donnant la granulation la meilleure.

r L'utilisation d'un tambour rotatif pour la forma tion d'un espace de réglage "dynamique" assure un collage 20 minimal du laitier à la surface, et cet effet est accru par les vibrations forcées de la plaque d'alimentation puisque ces vibrations ont au moins une composante dans une direction qui fait varier la hauteur de l'espace de réglage, et qui est transmise à la surface, du rotor qui 25 tourne, à travers la matière fondue. Bien qu'un second rotor à surface lisse ait été représenté, ce second rotor peut avoir des nervures horizontales peut élevées, jouant le rôle d'ailettes rudimentaires et facilitant le maintien de l'excès de matière sans provoquer de projections de 30 la matière vers le haut de la plaque d'alimentation.

Bien entendu, diverses modifications peuvent être apportées par l'homme de l'art aux dispositifs et procédés qui viennent d'être décrits uniquement à titre d'exemples non limitatifs sans sortir du cadre de l'in-35 vention.

Claims (8)

1. Appareil de granulation d'une matière solide fondue, liquéfiable par chauffage, caractérisé en ce qu'il * comprend : 5 un châssis d'appareil (14, 16), un dispositif (18) à plaque d'alimentation monté sur le châssis et formant une surface d'alimentation sur ' laquelle la matière fondue s'écoule par gravité lorsqu'elle est transmise par un dispositif d'alimentation (10), 10 un premier rotor (20) de projection, ayant des ailettes radiales et monté sur le châssis afin qu'il tourne autour d'un axe horizontal correspondant (52), la matière fondue étant transmise à la périphérie de ce rotor par la surface d'alimentation afin qu'elle soit projetée dans 15 l'air et puisse se refroidir et se granuler, un second rotor (22) monté sur le châssis afin qu'il tourne autour d'un second axe (68), sa périphérie (66) étant placée à distance au-dessus de la surface d'alimentation afin que la matière s'écoulant par gravité sur 20 la surface d'alimentation passe dans un espace de réglage formé entre cette surface et la périphérie mobile du second rotor, et un moteur (48,...) destiné à faire tourner le premier rotor autour de son axe dans le sens assurant la 25 projection nécessaire dans l'air, et à faire tourner le second rotor autour de son axe.

2. Appareil selon la revendication 1, caractérisé en ce que le second rotor tourne autour de son axe dans un sens tel que sa périphérie se déplace dans le sens 30 d'écoulement de la matière le long de la surface d'alimentation et dans l'espace de réglage.

3. Appareil selon l'une des revendications 1 et 2, caractérisé en ce que le second rotor est monté sur le châssis (76, 78) afin qu'il puisse se déplacer paral- 35 lèlement à la surface d'alimentation.

4. Appareil selon l'une des revendications 1 et 2, caractérisé en ce que le second rotor est monté sur V » * r 11 le châssis de l'appareil afin qu'il puisse se déplacer » par rapport à la surface d'alimentation en s'en éloignant et en s'en rapprochant et règle ainsi la hauteur de l'espace de réglage.

5. Appareil selon la revendication 1, caractérisé en ce que le second rotor a une surface cylindrique lisse (66) de section circulaire, coaxiale à son axe de rotation.

6. Appareil selon la revendication 1, caractérisé en ce que le dispositif à plaque d'alimentation est monté 10 (34, 36) sur le châssis (14, 16) de l'appareil afin qu'il subisse des vibrations ayant au moins une composante dans une direction telle que la hauteur de l'espace de réglage est modifiée si bien que le collage de la matière fondue sur la surface d'alimentation est empêché.

7. Appareil selon la revendication 6, caractérisé en ce que le dispositif à plaque d'alimentation est monté sur le châssis de l'appareil afin qu'il puisse vibrer, par l'intermédiaire de ressorts (36) de compression dont les axes de compression sont verticaux, et une masse excen-20 trique (38) entraînée par un rotor est montée sur le dispositif à plaque d'alimentation afin qu'elle provoque la . vibration de celle-ci lors de la rotation de la masse.

8. Appareil selon la revendication 1, caractérisé en ce que le second rotor tourne autour de son axe dans , 25 le sens pour lequel sa périphérie se déplace en sens con traire au sens d'écoulement de la matière le long de la surface d'alimentation et dans l'espace de réglage.