Procédé pour améliorer un liant dont la préparation a été effectuée conjointement à une opération thermique de métallurgie. Il est connu depuis quelque temps qu'il est possible de préparer simultanément du ciment et de la fonte dans un four rotatif en y faisant arriver du minerai de fer, de l'a chaux et -d'autres corps.
Ainsi qu'il est décrit .dans le brevet suisse no 2'20264 du 2 février 1940, on a mis au point récemment des pro cédés d'affinage de riblons de fer ou d'autres métaux dans -des fours. rotatifs, à l'aide de produits de formation d'un clinker, qui peu vent être des matières premières -du ciment ou similaires, de façon à obtenir dans le four, au course ,de l'op ération ,d'affinage,
du ciment, de la chaux hydraulique ou autre liant hydraulique ou durcissant à l'air.
Or, on a constaté que dans une certaine mesure, plus la qualité -du fer ou autre métal ainsi traité est bonne, d'autant moins l'es:
t celle du liant (ciment, chaux ou similaire) préparé conjointement. En particulier, dans la production du ciment dans des opérations do métallurgie .du fer, on a découvert qua le clinker de ciment cuit dans un four de fabri cation ou d'affinage de la fonte, absorbe du carbone, ce qui est ,désavantageux. De plus, il résulte de l'absorption du soufre du métal,
que le ciment eontient du sulfite et aussi une certaine quantité de sulfate sous forme de Ca,SO'. La proportion de soufre provenant du sulfite est généralement comprise entre 0,75 et<B>1,8%.</B> De même, le ciment absorbe du fer à l'état <B>d</B>e fer métallique et d'oxyde ferreux (FeO)
et la proportion de fer métal lique a été trouvée particulièrement f arte, étant généralement comprise entre 5 -et 10 en poids du clinker (le ciment et la, teneur en oxyde ferreux est généralement de l'ordre de 4 à 5 1'o, mais peut être comprise entre 3 et 7 %.
Enfin, si le fer est obtenu en partant d'un minerai contenant du manganèse, le ciment en absorbe une certaine quantité. Par ,exemple, si la teneur du minerai en man ganèse est comprise entre 1 et 2 %, celle du clinker de ciment est de 0,3 % , et si le mine- rai contient à % de manganèse, le clinker en contient plus de 1<I>ro.</I>
Il peut donc se produire quo le ciment contienne du fer métallique, de l'oxyde fer- reux, ,du carbone et du sulfite en quantités sensiblement plus fortes que le ciment. Port land normal.
Le ciment Portland normal contient une proportion négligeable de fer métallique provenant de l'usure dans les broyeurs, et une proportion insignifiante de carbone, mais la teneur en fer métallique et en carbone du ciment obtenu par les procédés, en question empêehe le ciment de satisfaire aux conditions des spécifications no,rm@alei pour la fourniture -du ciment Portland, qui ne permettent au ciment de contenir que du plâtre et de l'eau comme matièras étra.ngère.s.
La présente invention a. pour objet un procédé pour améliorer un liant dont la pré paration a été effctuée conjointement à un opération thermique de métallurgie, tellry qu'affinage, réduction de minerais, etc.
Ce procédé est caractéricé en ce que l'on transforme par une oxydation au moins une partie des substances oxydahlee contentes dans le liant ainsi préparé.
On conduit de préférence l'oxydation de façon à oxyder complètement ou à, peu près complètement les substances oxydables. Dan:.s les liante résultant -d'opérations de la tnétal- lurg e du fer, ces substances .oxydables sont en partieulie@r le fer, l'oxyde ferreux, le sui- fite ou le carbone libre introduits dans le liant du fait de sa préparation spéciale, et par cette oxyd@ati,
on le carbone libre d sparait en brûlant, l'oxyde ferreux (FeO) s'oxyde il l'état d'oxyde ferrique (F0'0') et le sulfite à l'état de sulfate (CaSO'').
L'oxydation peut aussi, le cas .échéant, oxyder le fer métallique, mais d'une manière générale il n'existe pratiquement pas de fer, ni d'autre métal sous forme élémentaire au moment où l'on pratique l'oxydation, car on préfère éliminer d'abord le fer ou autre métal, par exemple par séparation magnéti que après avoir fragmenté le clink er de ci ment jusqu'à une grosseur de grains appro priée.
Pour empêcher la. perte de fer métal- ligue on autre métal, on préfère refroidir le liant, par exemple le clinker de ciment, de façon que le métal ne s'oxyde pas sensible ment avant d'être éliminé. A cet effet, le clinker doit être enlevé aussitôt après qu'il a, traversé la zone de fusion du métal et doit être refroidi, rapidement.
L .1 adite oxydation peut suffire dans cer- tain@s cas pour obtenir une composition. du clinker de ciment amélioré, pratiquement nor- ma.le, satisfaisant aux conditions pour le ciment Portland. Si la, composition du clink < @r diffère légèrement de la. composition normale.
on peut le mélanger avec du ciment Port land a-l'oméré normal en proportions appro- priées.@A titre d'exemple du changement<B>du</B> composition du ciment résultant de l'oxyda tion, le tableau ci-dessous indique les résul tats des analyses d'un elinker de ciment avant:
et après oxydation, le fer métallique ayant été d'abord séparé magnétiquement.
EMI0002.0105
<I>Aratit <SEP> o.rydatioii <SEP> Après <SEP> oxydation</I>
<tb> CaO <SEP> (t1.,CaO <SEP> 59,45
<tb> Si0=<B>@1,1</B> <SEP> % <SEP> Si0' <SEP> ?'0,78
<tb> Al'O" <SEP> 6 <SEP> ,0 <SEP> % <SEP> Al'0 <SEP> ; <SEP> 5,80
<tb> Fe <SEP> 3,? <SEP> % <SEP> Fe=0" <SEP> 9,33
<tb> FeO <SEP> 4,6% <SEP> 1M0 <SEP> 1,00%
<tb> <B>i</B> <SEP> -Matières
<tb> <B>go <SEP> 1.0%</B>
<tb> 1latières <SEP> alcalines <SEP> <B>0,78%</B>
<tb> a,lcali;nes <SEP> <B>0,8%</B> <SEP> S0'3 <SEP> 2,86
<tb> .
<tb> S <SEP> 1.1, <SEP> ..,, <SEP> 100,00 <SEP> i;
<tb> son <SEP> 0,
<tb> C <SEP> <U>0,8</U>
<tb> 100,(<B><I>)</I></B> Le eli@n:kcr de ciment:
final de cet exem ple ne peut être classé complètement comme ciment Portland, car sa teneur en S03 est trop forte, la plupart des spécifications normales exigeant que cette teneur ne d(i- passe pas '-1,75 ou<B>22,50%.</B> Cepend=ant, en mélangeant <B>et-</B> ciment avec une proportion appropriée de ciment;
Portland aggloméré normal, on obtient un produit dont la teneur en Son est assez faible. La forte teneur en F e20' rend le ciment particulièrement ré sistant :au sulfate, (le sorte qu'il ressemble au ciment dit de Ferrari.
Si le fer métallique ou autre élément mé- tall'ique a été séparé :d'abord du clinker de ciment, ainsi qu'il a été dit ci-dessus, l'oxy- datio:n peut s'effectuer dans un petit four rotatif à .chauffage séparé, ou dans un four d'un autre type quelconque, ou sur une g 0# rlle .mécanique, grille aspirante ou similaire.
On peut aussi faire arriver la clinker -de ciment -dans un four rotatif où s'effectue la cuiss,o,n no,rma@le .du ciment.
Dans ce cas, le clinker peut être introduit à l'extrémité su périeure du four avec le mélange brut :de départ, mais -de préférence on le fait arriver en un point voisin @d;e la zone la plus chaude du four.
D'ans lies. -deux cas, le clinker, en passant à travers l'a zone,de !combustion ou -die refroidissement @dù four avec le ciment Portland normal aggloméré, s!'oxyde, car un excès #d#',air -est normalement maintenu dans le four rotatif où s'effectue la cuisson du ciment.
Si la proportion du clinker introduite dans ce four est convenablement choisie par rapport à l'a quantité de ciment en cours :de cuisson dans .le four, -on :obtient un produit qu'on peut correctement appeler ciment Portland.
Si le fer métallique n'a pas été séparé du clinker, l'oxydation peut se fairee de di verses manières, par exemple à l'extrémité de sortie du four dans lequel s'effectuent la production ou l'affinage de la fonte.
Il faut ,évidemment faire arriver une quantité d'air supplémentaire, qui ,est nécessaire pour oxyder le fer, étant -donné que la quantité d'air qui existe pendant la marche normale e.st insuffisante à cet effet.
De même, l'oxy dation peut s'effectuer dans un four :de grillage .ou -de :chauffage quelconque, :dans lequel -on fait passer directement le cliuker sortant :du four rotatif.
L'oxydation peut également s'cffectuer dans :des réfrigérants de formes diverses, disposés au-de,.,sous du four ou sur :des grilles mécaniques ou s.i- milaires. Dans la plupart :des cas, le tr@ai- tement consiste simplement à faire passer de l'air ou :des gaz contenant -de l'oxygène à travers .le elinker chauffé.
Le clinker doit être maintenu sous forme de couche d'épais seur appropriée, pour empêcher la masse entière de fondre, ou doit être maintenu constamment en mouvement:.
Pour obtenir des ciments à grande résis tance ondes ciments spéciaux, on peut ajou ter à du cliuker de ciment, préparé dans une opération :de l'a métallurgie Uu fer, avant son oxydation, de lia chaux ana iad:'autres ingré- dients, tels que sable, :argz :e, schiste, bauxite, kaolin ou .autres matières correctrices.
La fonction de ces matières est ,de compenser les éléments qui ne se trouvent pas en quantité suffisante :dans le elinker,de ciment à oxyder et qui ,ont une influence décislive sur les qualités :du ciment.
C'est surtout la chaux qui est une ma, Hère correctrice importante, et dont la fonc tion :est en premier lieu.d'assurerla présence d'une teneur suffisante en 3CaOSiO2, vu que, cet élément influe appréciablement sur la ré sistance du ciment.
Du fait que lia teneur en Fe2O3 qui s @e forme :dans le clinker de ciment pendant l'oxydation est relativement élevée, cc Fe2O3 lie une quan tité équivalente! relativement élevée d'A1203 qui se trouve .dans le clinker sous forme d'elu- minute,
et il forme, conjointement avec la chaux, lie composé 4Ca0Al2O'Fe203, ce qui signifie que seule une petite quantité de A120' ; sera disponible pour former le composé 3Ca0A1203. Il en résultera un ciment à échauffement -particulièrement faible, et qui aura., en outre, une certaine résistance aux attaques chimiques.
En réglant la teneur en Fe2O3 du clinker -de ciment formé pendant l'oxydation, les quantités des éléments 4Ca0A1203Fe203 et 3Ca0A1@03 pourront être réglées exactement aux proportions voulues pour obtenir les pro priétés désirables du ciment final.
Le réglage,de la teneur en Fe2O3 peut se faire en réglant l'oxydation -du clinker de ciment d'une manière telle que seulement une oxydation partielle d e Fe et/ou FeO en Fe20' ait lieu.
La chaux peut être additionnée sous forme do Ca.CO', CaO ou ca(OH)", soit à l'état sec, soit à l'état de pâte et, dans ce dernier cas, avec teneur suffisante cri- eau pour former les concrétions dites nodules, une fois la pâte mélangée, par exemple dans un tambour, avec le elinker de ciment broyé à oxyder.
Il va de soi que les quantités de matières coreetrices, telles que la chaux, à, ajouter a un elinker de ciment à. oxyder peuvent, dans chaque cas particulier, être déterminées par une analyse à laquelle on -soumet le cli.nker de ciment et qui met en évidence les compo santo qui manquent le plus dans le clinher% et qu'il est possible de former en ajoutant., avant l'oxydation, qui peut être réalisée par une recuisson du clinker,
les quantités voit- lues de matières correctrices.
Des essaiss ont montré qu'un broyage pré liminaire du clinker de ciment poussé par exemple à la grosseur de moins de 1 à 3 mnr environ, :avant de soumettre le clinher à la séparation magnétique, suffira dans la plu part des cas pour assurer la combin.aison entre le clinker et la matière eor@rectrice. Une fois que la chaux, conjointement avec d'autre:
s matières correctrices a été mélangée, de pré férence sous forme de pâte, avec le elinker de ciment préalablement broyé et séparé rna- gnétiquement du fer, l'oxydation dc ce mé lange, pendant laquelle il sue transforme par cuisson en clink er de ciment, peut avoir lieu de la manière décrite ci-dessus pour IL cli,nker de ciment sans addition de chaux.
L'oxydation du clinker de ciment, préala- blement broyé et séparé magnétiquement du fer, peut, par exemple, s'effectuer également dans un four rotatif de cuisson de ciment, air le ciment est cuit avec un excédent de chaux par rapport à. la quantité présente dans les matières premières pour un ciment normal.
Il est entendu que la chaux ainsi que les autres matières correctrices peuvent être ajou tées aux matières premières à un stade quel conque voulu de la. formation du ciment. Ega- lement dans les cas oii aucun excédent de chaux n'est ajouté intentionnellement aux ma-
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tières <SEP> p-r-emières <SEP> à <SEP> entre <SEP> de <SEP> la <SEP> manière <SEP> normale
<tb> dan <SEP> trn <SEP> four <SEP> rotatif,
<SEP> le <SEP> clirilie <SEP> r <SEP> de <SEP> ciment <SEP> à
<tb> oxyder <SEP> réagira <SEP> avec <SEP> la <SEP> chaux <SEP> non <SEP> combinée
<tb> existant <SEP> dans <SEP> le <SEP> elinker <SEP> .de <SEP> ciment <SEP> qui <SEP> est
<tb> obtenu <SEP> par <SEP> cuisson <SEP> des <SEP> matières <SEP> premières <SEP> en
<tb> que#sLion.
<tb> Dans <SEP> la. <SEP> plupart <SEP> des <SEP> cas <SEP> il <SEP> convient <SEP> de
<tb> faire <SEP> réintégrer <SEP> att <SEP> fer <SEP> ou <SEP> autre <SEP> métal <SEP> ,séparé
<tb> du <SEP> elinker <SEP> de <SEP> ciment, <SEP> le <SEP> four <SEP> rotatif <SEP> dans <SEP> le quel <SEP> il <SEP> a <SEP> été <SEP> produit <SEP> otr <SEP> traité. <SEP> De <SEP> la <SEP> sorte,
<tb> le <SEP> métal <SEP> en <SEP> question <SEP> sera <SEP> libéré <SEP> des <SEP> impuretés
<tb> de <SEP> ciment:
<SEP> et <SEP> déchargé <SEP> à <SEP> l'état <SEP> fondu <SEP> conjoin tement <SEP> avec <SEP> le <SEP> métal <SEP> quittant <SEP> le <SEP> four.
<tb> Le <SEP> dessin <SEP> < irirrexé <SEP> représente. <SEP> à <SEP> titre
<tb> d'exemple <SEP> et <SEP> sehénraliquement, <SEP> plusieurs
<tb> forme, <SEP> d'exéeution <SEP> d'un <SEP> appareil <SEP> pour <SEP> l'exé critio:n <SEP> du <SEP> procédé <SEP> de <SEP> l'invention:
<tb> La <SEP> fig. <SEP> 1 <SEP> re1>ré@sente <SEP> un <SEP> appareil <SEP> dans <SEP> le quel <SEP> l'oxydation <SEP> petit <SEP> s'effectuer <SEP> par <SEP> un <SEP> cou rant <SEP> d'air <SEP> traversa <SEP> n1 <SEP> la, <SEP> matière.
<tb> L <SEP> a <SEP> fi--. <SEP> \? <SEP> représente <SEP> un <SEP> four <SEP> rotatif <SEP> pou vant <SEP> également <SEP> servir <SEP> îi <SEP> effectuer <SEP> l'oxydation.
<tb> La <SEP> fig. <SEP> 3 <SEP> est <SEP> uire <SEP> coutre <SEP> .suivant <SEP> la <SEP> ligne
<tb> <B>7-3</B> <SEP> de <SEP> la, <SEP> fi--. <SEP> ,
<tb> La <SEP> fig. <SEP> -1 <SEP> représente, <SEP> la <SEP> partie <SEP> inférieure,
<tb> avec <SEP> coupe <SEP> partielle <SEP> suivant <SEP> la <SEP> ligne <SEP> 4-1 <SEP> de
<tb> la <SEP> fi--.
<SEP> à, <SEP> d'trn <SEP> autre <SEP> four <SEP> rotatif <SEP> que <SEP> l'on <SEP> peut
<tb> employer <SEP> pour <SEP> effectuer <SEP> l'oxydation.
<tb> La. <SEP> fig. <SEP> à <SEP> e.st <SEP> une <SEP> coupe <SEP> transversale <SEP> par
<tb> la <SEP> partie <SEP> inférieure <SEP> du <SEP> four <SEP> de <SEP> la <SEP> fig. <SEP> .I.
<tb> L'appareil <SEP> de <SEP> la, <SEP> fig. <SEP> 1 <SEP> east <SEP> construit. <SEP> en
<tb> vue <SEP> de <SEP> faire <SEP> subir <SEP> un <SEP> traitement <SEP> rl'oxyd.atiori
<tb> à <SEP> un <SEP> clinker <SEP> de <SEP> croient <SEP> fragmenté <SEP> et <SEP> débar rassé <SEP> de <SEP> la, <SEP> plus <SEP> grande <SEP> partie <SEP> au <SEP> moins <SEP> de
<tb> sari <SEP> fer <SEP> métallique.
<SEP> Ce <SEP> elinker <SEP> est <SEP> ainsi <SEP> trans formé <SEP> en <SEP> mie <SEP> masse <SEP> poreuse, <SEP> qu'on <SEP> fait <SEP> arri ver <SEP> dans <SEP> une <SEP> trémie <SEP> 5, <SEP> placée <SEP> à <SEP> l'intérieur
<tb> d'une <SEP> grille <SEP> rotative <SEP> perforée <SEP> 1. <SEP> fixée <SEP> à <SEP> l'in té <SEP> rieur <SEP> d'un <SEP> tambour <SEP> perforé <SEP> ? <SEP> au <SEP> moyen <SEP> de
<tb> nervures <SEP> lon.bitudinales <SEP> ?3.
<SEP> Ces <SEP> nervures <SEP> di visent <SEP> l'espace <SEP> entre <SEP> la <SEP> grille <SEP> 1 <SEP> et <SEP> le <SEP> tambour
<tb> en <SEP> portions <SEP> longitudinales, <SEP> La, <SEP> grille <SEP> et <SEP> le
<tb> tambour <SEP> tournent <SEP> ensemble <SEP> dans <SEP> le <SEP> sens <SEP> de
<tb> la <SEP> flèche, <SEP> le <SEP> tambour <SEP> comportant <SEP> des <SEP> cercles
<tb> dits <SEP> -de <SEP> roulement <SEP> 10, <SEP> qui <SEP> reposent <SEP> sur <SEP> des
<tb> galets <SEP> 3, <SEP> et <SEP> le <SEP> tambour <SEP> est <SEP> fermé <SEP> à <SEP> chaque
<tb> extrérrrité <SEP> par <SEP> des <SEP> parois <SEP> fixes. <SEP> Le <SEP> tambour
<tb> C-St <SEP> entouré <SEP> en. <SEP> partie <SEP> par <SEP> une <SEP> botte <SEP> 4.
<SEP> dans laquelle un ventilateur établit une aspiration et l'air est admis pair une :des parois extrê mes, de sorte que pendiant le fonctionnement de l'appareil, l'air circule à l'intérieur du tambour et sort par la hotte 4.
L'aspiration .est établie de façon que le clinker de ciment sortant du fond de la trémie 5 et formant une couche sur l'a grille, soit maintenu sur la portion de cette grille qui. passe .devant la hotte. Lorsque le ciment a dépassé l'extrémité supérieure de la hotte, il tombe de la grille dans une trémie 9 et sort d'e l'appareil.
Pen dant son paircours sur la grue, le clinker subit l'action, d'un ou plusieurs brûleurs 8, disposés dans une portion 6 de l'intérieur -du tambour, séparée :du reste du tambour pa%r un mur réfractaire 7. Les gaz chauds :des brûleurs sont aspimés à travers la couche de clinher dans la hotte 4 et servent à provo quer l'oxydation.
Dans un appareil tel que celui de la fig. 1, le ou les brûleurs peuvent être supprimés et de l'air chaud peut être introduit dans la portion 6 pour provoquer l'oxydation.
De même, si lia température atteinte dans l'appa reil est élevée, il peut être avantageux de proté:,ger la gril-le par une couche de matière réfractaire, par exemple de clinlier déjà traité, .disposé au-dessous de la couche de elinker à traiter et à cet effet la trémie 5 peut être divisée en :deux parties, l'une servant à apporter :du clinker déjà traité et l'autre du clinker à traiter.
Il peut être alors .a.vauta; geux :de décharger la couche en deux parties, en la déchargeant en deux fois de la. grille et à cet effet la trémie 9 peut être partagée.
Les fi-. 2 et 3 montrent de quelle manière le cliuker peut être oxydé dans un four dans lequel s'effectue :de la manière habituelle la. cuisson d'un ciment Portland normal. Le four est désigné par 11, et le clinker de préférence débarrassé antérieurement -du fer métallique :éventuel, peut être introduit avec la matière première :du ciment par un couloir 15.
Ce pendant, il vaut mieux la faire arriver par un tuyau d'alimentation 13 dans une enve loppe 12 entourant le four en un point voisin (le la zone de cuisson. Dans ce cas, le four comporte une ou plusieurs cuillers 14, qui se remplissent de clinker et le font pénétrer dans le four pendant qu'il tourne.
Les: fig. 4 et 5 montrent de quelle ma nière l'oxydation peut s'effectuer dans l'ex- t.rémité de sortie :d'un four :dans lequel on fa brique simultanément -de la fonte et du ciment.
Le four est :désigné par 16 :et com porte une portion extrême 17, dans laquelle s'effectue l'oxydation. L'air est refoulé par un ventilateur 22, par un tuyau 21 dans une enveloppe 20, qui entoure la portion 17, per forée en regard de l'enveloppe 20, pour per mettre à l'air :d'entrer .d'ans le four.
La por tion 17 est partagée intérieurement en com.- partîments par des cloisons 18 et des plaques ,directrices 19, de sorte que :l'air ne peut en trer dans le four qu'en traversant la. couche de clinker, ainsi que le montre la fig. 5. Comme ce cli.nker est très chaud, l'oxydation s'effectue lorsqu'on introduit de l'air atmo sphérique.
De plus, les réactions d'oxydation sont exothermiques: :et par suite contribuent<B>à</B> l'établissement d'une température suffisam ment élevée.
Quoique l'invention vienne d'être décrite en application à ces clnkers de ciment, elle s'applique aussi bien et essentiellement de la. même manière à la chaux hydraulique et d'autres liants dont la préparation a été effec tuée conjointement à une opération themmique de métallurgie.