LU87677A1 - Dispositif pour solidifier du laitier metallurgique en fusion - Google Patents

Description

DISPOSITIF POUR SOLIDIFIER DU LAITIERMETALLURGIQUE EN FUSION

La présente invention concerne un dispositif poursolidifier du laitier métallurgique en fusion, compre¬nant un tambour rotatif, des moyens pour déverser lelaitier en fusion sur la surface extérieure du tambour,des moyens de refroidissement de la paroi du tambourpar 1'intérieur et un racloir pour dégager le laitiersolidifié du tambour.

Les laitiers métallurgiques, notamment les laitiersproduits par les haut-fourneaux, ainsi que les laitiersdes aciéries ou ceux produits dans l'industrie des non-ferreux sont généralement traités et solidifiés dans des installations de granulation à voie humide afin depermettre leur évacuation facile du lieu de productionet d'obtenir un produit utilisable. Dans cesinstallations, le laitier en fusion est généralementsoumis à l'action directe de jets d'eau pour provoquerune solidification rapide du laitier liquide. Ceciimplique, bien entendu, qu'il faut soumettre la pulpeainsi obtenue à des opérations de filtration pour enextraire l'eau si l'on veut obtenir un produit sec.Tous ces procédés de traitement par voie humide, quelsqu'ils soient, ont l'inconvénient d'être trèspolluants, dans la mesure où le contact entre lelaitier fondu et l'eau provoque des réactions chimiquesgénératrices d'émissions gazeuses à base de soufrenotamment H2S, S02, etc., très nuisibles àl'environnement. La plupart des installations ont, en outre, l'inconvénient d'un gaspillage thermique, dansla mesure où la chaleur du laitier en fusion n'est pasrécupérable.

Des procédés moins polluants de traitement delaitier liquide sont toutefois connus du brevet US4,050,884 et du brevet FR 2,476,132. Ces documentsproposent la solidification du laitier en fusion surune surface métallique refroidie, par exemple untambour rotatif. En effet, une solidification rapide dulaitier liquide, en l'absence d'eau provoque unevitrification du laitier, sans émanations gazeuses, cartous les déchets restent emprisonnés par lavitrification dans la masse solide. Il est en outrepossible de récupérer une bonne partie de la chaleur dulaitier fondu grâce à l'échange thermique avec leliquide de refroidissement. Ce procédé de vitrificationévite, en outre, tout risque d'accident par explosiondue au contact avec l'eau de granulation.

Toutefois, les procédés de solidification du laitiersur un tambour refroidi n'ont jamais été appliqués enpratique. L'une des raisons est le problème de larépartition uniforme du laitier liquide sur la surfacedu ou des tambours. En effet, les deux documentsprécités proposent de déverser le laitier liquide entredeux tambours juxtaposés, en contact l'un avec l'autreet tournant en sens opposé. Il se forme donc une pochede laitier liquide, de profondeur variable entre lesdeux tambours et tout début de solidification à l'intérieur de cette poche perturbe une répartitionuniforme du laitier sur chacun des deux tambours.

Le but de la présente invention est de prévoir unnouveau dispositif de solidification de laitier métal¬lurgique en fusion sur la surface refroidie d'untambour qui ne présente pas les inconvénientsmentionnés ci-dessus et qui, en outre, présented'autres avantages.

Pour atteindre cet objectif, l'invention propose undispositif du genre décrit dans le préambule qui estessentiellement caractérisé en ce que l'axe de rotationdu tambour est incliné par rapport à l'horizontale eten ce que les moyens de déversement de laitier sontdisposés dans la région du sommet du tambour.

Pour assurer une meilleure répartition du laitiersur le tambour, celui-ci est, de préférence, associé àune lame fixe disposée longitudinalement à la surfacedu tambour, en amont de sa ligne d'apogée pour répartirle laitier en couche mince sur le tambour, dans le sensde sa rotation. Cette lame définit ainsi avec lasurface du tambour rotatif une rigole inclinée danslaquelle le laitier liquide s'étale naturellement surtoute la longueur du tambour avant d'être entraîné parcelui-ci en une nappe uniforme superficielle.

Selon un premier mode de réalisation, la surface dutambour est constituée de tuyaux juxtaposés, depréférence orientés selon la circonférence du tambour,raccordés, par l'axe du tambour et par des jointsrotatifs à un circuit de refroidissement. Ces tuyaux ont, de préférence, une section rectangulaire oucarrée.

Selon un autre mode de réalisation, le tambourcomporte une paroi métallique à 1'intérieur de laquellese trouve un réservoir cylindrique fixe refroidi par unfluide de refroidissement, tandis que l'espace entre laparoi du tambour et le réservoir est rempli par unliquide à bas point de fusion servant au transfertthermique entre la paroi du tambour et le réservoircylindrique refroidi.

Ce liquide à bas point de fusion peut être mis encirculation par injection en bas du tambour et pardéversement par le dessus du tambour. Pour accélérer lerefroidissement du laitier et pour récupérer l'énergieradiante, le tambour évolue, de préférence en-dessousd'un écran refroidi.

D'autres particularités et caractéristiquesressortiront de la description détaillée de quelquesmodes de réalisation préférés, présentés ci-dessous, àtitre d'illustration, en référence aux dessins annexésdans lesquels :

La figure 1 est une coupe schématique axiale d'unpremier mode de réalisation d'un dispositif selon laprésente invention ;

La figure 1a est une vue agrandie du médaillonreprésenté par a sur la figure 1 ;

La figure 2 est une coupe radiale du dispositif dela figure 1 ;

Les figures 3 et 4 correspondent respectivement auxfigures 1 et 2 et montrent une variante du premier modede réalisation ;

La figure 5 illustre une coupe axiale d'un secondmode de réalisation ;

La figure 6 montre une coupe radiale du mode deréalisation de la figure 5 et

La figure 7 illustre schématiquement une variantedes modes de réalisation des figures précédentes.

Les figures 1 et 2 montrent un tambour cylindrique10 monté, par des moyens non représentés, de manière àpouvoir tourner autour de son axe longitudinal O dansle sens représenté par les flèches. La particularité dudispositif est que l'axe O du tambour est incliné parrapport à l'horizontale et le dispositif de montage dutambour est conçu de manière à pouvoir modifier cetangle en fonction du débit du laitier, de sespropriétés, ainsi que de sa vitesse de refroidissement.

La référence 12 symbolise le déversement de laitieren fusion sur la surface du tambour, dans la régionsupérieure de celui-ci, comme représenté sur la figure1 et à un endroit légèrement en amont de l'apogée, vudans le sens de rotation comme montré sur la figure 2.Le tambour est, de préférence, associé à une lameallongée 14 disposée de la manière indiquée sur lafigure 2 et s'étendant sur toute la longueur de celui-ci pour définir avec la surface du tambour 10 unerigole inclinée 16 dans laquelle le laitier liquidepeut s'écouler et s'étendre sur toute la longueur du tambour. Le point d'impact du laitier 12 peut êtredéplacé sur cette lame 14 de manière à protéger lasurface du tambour 10. L'extrémité inférieure de cetterigole 16 peut être fermée par un clapet pour retenirle laitier lorsque le débit est trop important, parexemple en début de granulation avant l'ajustement del'inclinaison du tambour. Ce clapet peut, en outre,être amovible de manière à permettre 1'évacuation departicules de laitier solidifié dans la rigole ou déjàprésentes dans le laitier 12 en chute dans la rigole16. Dans le cas extrême le tambour pourrait êtreréalisé sans rigole inclinée 16. Le déversement dulaitier 12 se ferait en plusieurs endroits. Lesparticules de laitier solidifié tomberaient simplementdu tambour.

Grâce à la rotation du tambour 10 une pellicule 18,dont l'épaisseur dépend de la nature du laitier,notamment de son état de viscosité, est sortie de larigole 16 et entraînée sur la surface du tambour.

Cette pellicule 18 se solidifie progressivement parvitrification sur la surface du tambour 10, notammentsous l'effet du refroidissement de la paroi de celui-ci. Outre le refroidissement par la paroi du tambour,il est possible de prévoir un refroidissementsecondaire en prévoyant, par exemple, une série degicleurs 20 qui dirigent des jets d'eau sur lapellicule 18. Toutefois, ces gicleurs 20 doivent setrouver à un endroit où le laitier a déjà atteint undegré de solidification suffisant pour éviter toute reaction chimique avec l'eau et éviter des émissionsgazeuses nocives. Ce refroidissement secondaire permetnon seulement d'augmenter la vitesse de rotation dutambour et le débit de laitier, mais également un effetde trempe du laitier en cours de solidification quiprovoque des craquelures dans le laitier et facilite ledécollement de celui-ci de la surface du tambour.

Un racloir 22 à arrête tranchante est pointé sur lasurface du tambour et s'étend sur toute la longueur decelui-ci en vue de peler sa surface pour dégager lapellicule de laitier 18 qui s'effondre sous forme departicules vitrifiées 23 plus ou moins grandes. A titrede variante, il est possible de combiner le racloir 22et la lame 14, c'est-à-dire de concevoir celle-ci sousforme de racloir en supprimant ainsi le racloir en 22et en allongeant la durée de refroidissement.

Pour assurer un refroidissement efficace et rapidede la pellicule 18 par la surface du tambour 10, laparoi de celui-ci est formée, dans le mode deréalisation de la figue 1, par des tuyaux, depréférence circulaires 24, qui sont alimentés par l'axeou du tambour 10, grâce à un raccord tournant 26, enliquide de refroidissement, les références 28 et 30représentant respectivement 11 entrée et la sortie de celiquide. Comme représenté sur la figure 1, ces tuyauxcirculaires 24 juxtaposés, de préférence orientés selonla circonférence du tambour, et soudés les uns auxautres forment la paroi du tambour. Selon un mode deréalisation préféré de l'invention, ces tuyaux 24 ont une section rectangulaire ou carrée, ce qui présenteplusieurs avantages comparé à des tuyaux à sectioncirculaire. En effet, ces tuyaux alignés les uns surles autres offrent une surface extérieure lisse, ce quifacilite l’enlèvement du laitier vitrifié à l'aide duracloir 22. En outre, le pouvoir de transfert thermiqueest plus grand comparé à des tuyaux ronds.

Les figures 3 et 4 représentent une variante du modede réalisation des figures 1 et 2, avec diversaccessoires permettant d'optimaliser le rendement dudispositif. Comme représenté sur la figure 4, letambour 10 évolue en dessous d'un écran oblique 32s'étendant sur toute la longueur du tambour.L'inclinaison de cet écran 32 est variable avec celledu tambour 10 de sorte que l'écran 32 est en permanenceparallèle à l'axe ou du tambour. Cet écran 32 estrefroidi par un fluide de refroidissement circulant à1'intérieur de 1'écran et pouvant être le même quecelui qui circule dans les tuyaux 24 de la paroi dutambour, à savoir de l'eau ou d'une huile spéciale. Cetécran 32 a une double fonction. D'abord il refroidit lasurface extérieure de la pellicule 18 du laitier, cequi assure une solidification plus rapide et permet uneaugmentation de la vitesse de rotation du tambour 10.Ensuite il évacue la chaleur rayonnante dégagée par lapellicule 18 et protège 1'installation de cesradiations.

Immédiatement en amont des gicleurs 20 durefroidissement secondaire se trouve une sonde 34 pour déterminer la température de la pellicule de laitier18, par exemple des sondes pyromêtriques. Ces sondesservent à régler la vitesse de rotation du tambour 10de manière à ce que la pellicule de laitier 18 soit, àcet endroit, suffisamment refroidie pour qu'il n'y aitplus de réaction chimique avec 11 eau pulvérisées parles gicleurs 20 de manière à empêcher les émanationsgazeuses nocives.

La référence 36 représente un rouleau ou des galetsà axe mobile servant à déterminer l'épaisseur de lapellicule de laitier solidifiée 18 et permettent, enfonction de ces mesures, de modifier différentsparamètres de fonctionnement.

La référence 38 représente un racloir animé devibrations rapides, symbolisé par la flèche en dessousdu racloir. Ces vibrations contribuent à faciliterl'enlèvement de la pellicule 18 de laitier vitrifié età l'effondrement de la pellicule craquelée en petitsmorceaux.

Pour faciliter l'action du racloir 38, il est enoutre possible d'enduire la surface du tambour 10,avant la pénétration dans la rigole 16, d'un fondant,ce qui est symbolisé par la référence 40. Ce fondant,sous forme liquide ou poudreuse peut, soit être injectésous la lame 14, soit être pulvérisé ou projeté sur lasurface du tambour en aval du racloir 38.

La référence 42 représente une seconde série desondes, par exemple sondes pyromêtriques outhermocouples servant à déterminer la température du laitier dans la rigole 16 et d'obtenir, ainsi, desrenseignements sur sa viscosité. On peut ainsi mesurerla longueur de course du laitier le long du tambouravant la solidification. Ceci permet de réglerl'inclinaison du tambour 10 de manière à assurer unerépartition du laitier liquide sur toute la longueur dela rigole 16.

Il est, par ailleurs, possible de monter le tambour10 sur des pesons, non représentés, ce qui permet unedétermination instantanée du débit de laitier et unréglage, soit de l'alimentation en laitier, soit de lavitesse de rotation du tambour 10, soit encore del'inclinaison du tambour.

Le mode de réalisation représenté par les figures 5et 6 se différencie du mode de réalisation des figures1 et 2 par le refroidissement de la surface du tambour50, le principe de solidification et de vitrificationdu laitier restant le même. Dans ce mode deréalisation, le fluide de refroidissement circule, nonpas dans des tuyaux formant la paroi du tambour, maisdans un reservoir cylindrique fixe 52 se trouvant àl'intérieur du tambour rotatif 50. Ce réservoir 52 peutêtre raccordé par des conduites fixes, sans nécessitéde joint tournant, à un échangeur thermique nonreprésenté destiné à récupérer utilement la chaleurévacuée par le liquide de refroidissement. Latransmission thermique entre la surface du tambour 50et le réservoir 52 est réalisée par un liquide à baspoint de fusion dans lequel baigne le réservoir 52 et qui peut être du métal fondu ou une huile spéciale.Pour améliorer le transfert thermique entre la surfacedu tambour 50 et le réservoir 52, il est possibled'imprimer une circulation au fluide 54 par unealimentation en bas du tambour et un déversement par lebord supérieur du tambour ouvert, la remontée du fluidepouvant être -favorisée par des palettes prévues sur laface intérieure du tambour. A cause de la dispositionoblique du. tambour, le point d'impact du laitier 12dans la rigole 16 doit être déplacé vers le bas afin deprofiter de la présence du liquide 54 de transfertthermique. Toutefois, pour pouvoir profiter de toute lasurface du tambour 50, il est possible de fermer lapartie supérieure, du tambour 50 et de le remplirentièrement de liquide 54.

Il est bien entendu, que le mode de réalisation desfigures 5 et 6 peut être équipé de tous les accessoiresdécrits en référence à la figure 4.

La figure 7 décrit une variante qui peut êtreappliquée aux deux modes de réalisation décrits ci-dessus. Dans cette variante, on saupoudre la pelliculede laitier 18, lorsque celle-ci se trouve encore àl'état visqueux, de morceaux de laitier solidifié etfroid et on fait pénétrer ces morceaux dans lapellicule 18 à l'aide d'un rouleau 58. Ces morceaux delaitier solidifié 56 contribuent doublement à uneaccélération du refroidissement de la pellicule 18 delaitier par le fait qu'ils sont froids et qu'ilsaugmentent la conductivité thermigue dans la pellicule 18, la conductivité thermique du laitier solide étanten effet plus grande qu'à l'état visqueux. Ces raorceauxde laitier 56 facilitent, en outre, l'enlèvement de lapellicule solidifiée par le racloir puisqu'ils sont lepoint de départ de fissures dans cette pellicule.

Claims (16)

1. Dispositif pour solidifier du laitier métallurgique en fusion, comprenant un tambour rotatif(10), des moyens pour déverser le laitier en fusion surla surface extérieure du tambour, des moyens derefroidissement' de la paroi du tambour (10) parl'intérieur et un racloir (22) pour dégager le laitiersolidifié du tambour, caractérisé en ce que l'axe 0 derotation du tambour est incliné par rapport à l'horizontale et en ce que les moyens de déversement delaitier sont disposés dans la région du sommet dutambour (10).

2. Dispositif selon la revendication 1, caractériséen ce que l'inclinaison du tambour (10) est réglable.

3. Dispositif selon l'une quelconque des revendications 1 ou 2, caractérisé en ce que le tambour(10) est associé à une lame fixe (14)· disposéelongitudinalement à la surface du tambour (10), enamont de sa ligne d'apogée pour répartir le laitier encouche mince sur le tambour dans le sens de sarotation.

4. Dispositif selon l'une - quelconque des revendications 1 à 3, caractérisé en ce que le tambour(10) évolue en dessous d'un écran refroidi (32)s'étendant sur toute la longueur du tambour (10)parallèlement à l’axe 0 de celui-ci.

5. Dispositif selon l'une quelconque des revendications 1 à 4, caractérisé par une série degicleurs (20) pulvérisant de l'eau de refroidissement sur la surface de la pellicule (18) de laitier à unendroit où celle-ci a atteint un degré derefroidissement déterminé.

6. Dispositif selon la revendication 5, caractérisépar un dispositif (34) de mesure de la température dela pellicule (18) de laitier en amont des gicleurs (20)et destiné à commander la vitesse de rotation dutambour (10) de manière a ce que la pellicule aitatteint un degré de refroidissement déterminé au niveaudes gicleurs (20).

7. Dispositif selon l'une quelconque desrevendications 1 à 6, caractérisé par un dispositif(36) de mesure de l'épaisseur de la pellicule delaitier (18).

8. Dispositif selon l'une quelconque desrevendications 1 à 7, caractérisé en ce que le racloir(38) est un racloir vibrant.

9. Dispositif selon l'une quelconque desrevendication 1 à 8, caractérisé par des moyensd'enduction de la surface du tambour d'un fondant,avant sa pénétration sous la lame (14).

10. Dispositif selon l'une quelconque desrevendications 1 à 9, caractérisé par une sonde (42)destinée à la mesure de la température du laitierliquide (12) déversé sur le tambour (10).

11. Dispositif selon l'une quelconque desrevendications 1 à 10, caractérisé en ce que le tambour(10) est monté sur des pesons.

12. Dispositif selon l'une quelconque desrevendications 1 à 11 , caractérisé par des moyens desaupoudrage de la surface de la pellicule de laitier(18) de particules solidifiées (56) de laitier,associées à un rouleau (58) pour faire pénétrer cesparticules dans la pellicule (18) de laitier.

13. Dispositif selon l'une quelconque desrevendications 1 à 12, caractérisé en ce que la surfacedu tambour (10) est constituée de tuyaux juxtaposésraccordés, par l'axe du tambour (10) et par des jointsrotatifs (26) à un circuit de refroidissement et derécupération de chaleur.

14. Dispositif selon la revendication 13,caractérisé en ce que les tuyaux (24) ont une sectionrectangulaire ou carrée.

15. Dispositif selon l'une quelconque desrevendications 1 à 14, caractérisé en ce que le tambour(50) comporte une paroi métallique, en ce que, àl'intérieur du tambour rotatif (50) se trouve unréservoir cylindrique fixe (52) refroidi par un fluidede refroidissement et en ce que l'espace entre letambour (50) et le réservoir (52) est rempli par unliquide à bas point de fusion.

16. Dispositif selon la revendication 15,caractérisé en ce que le liquide à bas point de fusionest mis en circulation par injection en bas du tambour(50) et par déversement par le dessus du tambour (50).