Broyage des scories d'acier : des solutions de broyage innovantes pour les matériaux de construction écologiques

Sscories d'acier est un déchet industriel issu de la fabrication de l'acier dans les convertisseurs et les fours à arc électrique, principalement composé de silicate de calcium et de ferrite de calcium.
Il représente environ 14% de la production d'acier brut. Les laitiers d'acier contiennent environ 50% de minéraux comme le silicate tricalcique (C3S) et le silicate dicalcique (C2S), qui ont des propriétés hydrauliques.
Actuellement, le broyage fin des laitiers d'acier comme additifs pour ciment ou béton est un moyen important d'obtenir une valorisation à haute valeur ajoutée. Cependant, en raison de la ferrite de calcium, des phases d'osmose inverse et du fer métallique, les laitiers d'acier sont difficiles à broyer. À 400 m²/kg ou plus, les broyeurs à boulets traditionnels augmentent considérablement la consommation d'énergie. C'est pourquoi la Chine explore des technologies et des équipements de broyage plus économes en énergie.

Caractéristiques de broyage des scories d'acier

Les scories d'acier se forment à haute température (supérieure à 1 580 °C), où elles absorbent des impuretés comme FeO et MgO, formant de gros cristaux. L'analyse pétrographique montre que les principaux composants minéraux des scories d'acier sont le silicate tricalcique en plaques et le silicate dicalcique sphérique ou arrondi. Viennent ensuite la ferrite de calcium et les phases RO. Le silicate tricalcique peut atteindre une taille maximale de 1 998 µm, avec des particules de MgO dans ses inclusions allant de 142 à 271 µm. Le fer métallique dans les scories d'acier se présente principalement sous forme d'inclusions sphériques, d'une taille typique de 100 à 300 µm, et jusqu'à 3 mm au maximum. Le silicate dicalcique peut également atteindre une taille de particules de 943 µm.

Des études comparatives des phases réfractaires et des propriétés de cimentation des laitiers d'acier ont révélé que les composants réfractaires des laitiers d'acier sont l'aluminate de calcium et la solution solide de fer et de magnésium. Ces phases présentent une faible réactivité à l'hydratation. En revanche, le silicate tricalcique (C3S) et le silicate dicalcique (C2S) des laitiers d'acier présentent une meilleure broyabilité, légèrement supérieure à celle des laitiers. Cependant, leur réactivité à l'hydratation est nettement inférieure à celle des laitiers. Les C3S et C2S des laitiers d'acier ont dissous une quantité considérable d'ions étrangers.

Par conséquent, pour activer les propriétés de cimentation hydraulique des C3S et C2S dans les laitiers d'acier, ces derniers doivent être finement broyés. Cela entraînera une distorsion de la structure minérale, une réduction de la cristallinité et une diminution de l'énergie de liaison des cristaux minéraux. La réactivité est ainsi accrue, permettant un taux d'incorporation plus élevé des laitiers d'acier dans le ciment et le béton.

Technologie de broyage des scories d'acier

Processus de broyage avec broyeur à boulets comme équipement de broyage final

Le broyeur à billes Il s'agit d'un appareil traditionnel de broyage de matériaux après un simple concassage mécanique. Grâce aux progrès constants de la technologie des broyeurs à boulets, il est désormais capable de broyer des substances dures, comme les scories d'acier. Les broyeurs à boulets offrent une grande adaptabilité et un taux de concassage élevé. Ils permettent le broyage et le séchage simultanés. Leur structure est simple et leur entretien est aisé. Ils offrent une bonne étanchéité, un fonctionnement stable et des performances fiables. Ces caractéristiques en font un outil très apprécié, notamment pour le broyage du ciment. Leur histoire est presque aussi ancienne que celle de l'industrie cimentière elle-même.

Le broyeur à boulets permet d'ajuster les spécifications des corps de broyage et des matériaux en fonction des propriétés des matériaux. Il est ainsi capable de broyer des scories d'acier dures. Cependant, le broyage de poudre de scories d'acier d'une surface spécifique de 400 m²/kg consomme environ 100 kWh/t. Malgré ses avantages, le broyeur à boulets présente des inconvénients majeurs : sa configuration est coûteuse, il s'use fortement, son rendement est faible et sa consommation énergétique est élevée.

Pour la production de ciment, la consommation d'énergie par tonne de ciment est d'au moins 70 kWh, dont seulement environ 51 TP3T sont utilisés pour augmenter la surface du matériau. La majeure partie de cette énergie est convertie en chaleur et en énergie acoustique, qui sont gaspillées. La forte consommation d'énergie et les pertes de broyage importantes limitent le développement des broyeurs à boulets dans le domaine du broyage des scories d'acier.

C'est pourquoi l'industrie du meulage se concentre sur l'amélioration de l'efficacité du meulage. Elle vise à réduire la consommation d'énergie et à minimiser l'usure de l'acier. Cela stimule la recherche et le développement de nouveaux équipements et technologies de meulage.

Le processus de broyage combiné de la presse à rouleaux et du broyeur à boulets

Le procédé de broyage combiné d'une presse à rouleaux et d'un broyeur à boulets consomme moins d'énergie que l'utilisation du broyeur à boulets seul. La consommation d'énergie par tonne de poudre de laitier d'acier d'une surface spécifique de 400 m²/kg est d'environ 80 kWh/t.
Cependant, le système est toujours confronté à certains problèmes limitant la production continue, tels que l'accumulation de fer métallique, la faible efficacité de séchage, la faible efficacité de classification et le contrôle de l'alimentation de la presse à rouleaux.
Néanmoins, cela démontre que la technologie de broyage combinée est plus avantageuse que la technologie de broyage à une seule étape pour le broyage des scories d'acier.

Conclusion

En conclusion, le broyage des scories d'acier joue un rôle crucial dans leur valorisation en les transformant en matériaux utiles pour la production de ciment et de béton. Les technologies de broyage avancées, telles que les systèmes combinés de presses à rouleaux et de broyeurs à boulets, permettent des économies d'énergie significatives et une meilleure efficacité. Cependant, des défis tels que l'accumulation de fer et une faible efficacité de classification persistent. Le développement et l'optimisation continus des techniques de broyage permettront de libérer davantage le potentiel des scories d'acier dans diverses applications industrielles.

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