FR2686351A1 - Process for cleaning and degreasing metal products packaged in reel or sheet form forming a stack and plant for its use - Google Patents
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Abstract
Description
La présente invention concerne un procédé et une installation de nettoyage et dégraissage de produits métalliques conditionnés sous forme de bobine ou de feuilles superposées formant un tas. The present invention relates to a method and an installation for cleaning and degreasing metallic products packaged in the form of a coil or of superimposed sheets forming a pile.
On sait que l'extraction de contaminants organiques superficiels par des fluides à l'état supercritique est utilisée dans divers secteurs industriels. En effet, l'intérêt de l'extraction supercritique repose sur la mise en oeuvre d'un gaz en phase supercritique, ce qui lui confère des propriétés de transport avantageuses. It is known that the extraction of surface organic contaminants by fluids in the supercritical state is used in various industrial sectors. Indeed, the advantage of supercritical extraction is based on the use of a gas in the supercritical phase, which gives it advantageous transport properties.
Comparés aux solvants liquides, les fluides supercritiques ont une plus grande diffusivité, une masse volumique légèrement plus faible et une viscosité beaucoup plus faible. De plus le pouvoir de solvatation des fluides à l'état supercritique est très supérieur à ce même pouvoir lorsqu'ils sont à l'état gazeux. Ce pouvoir de solvatation peut varier en fonction de la température et de la pression.Compared to liquid solvents, supercritical fluids have higher diffusivity, a slightly lower density and a much lower viscosity. In addition, the solvating power of fluids in the supercritical state is much greater than this same power when they are in the gaseous state. This solvating power can vary depending on the temperature and the pressure.
La demande de brevet internationale WO-84/02291 du - 31 octobre 1983 décrit une méthode de nettoyage de surfaces d'articles par le dioxyde de carbone à l'état supercritique, notamment pour des matériaux destinés à des véhicules spatiaux. International patent application WO-84/02291 of - October 31, 1983 describes a method of cleaning surfaces of articles with carbon dioxide in the supercritical state, in particular for materials intended for space vehicles.
Il existe également quelques développements du nettoyage de surface par une fluide supercritique dans l'industrie alimentaire. There are also some developments in surface cleaning with a supercritical fluid in the food industry.
Dans certains domaines techniques comme par exemple la siderurgie ou la métallurgie, les produits de masse conséquente sont conditionnés lors de leur élaboration et pendant leur traitement, sous forme de bobine ou encore de feuilles stockées en tas, produits qui nécessitent pour leur nettoyage et dégraissage des moyens de déroulage, d'enroulage ou de manipulation importants. In certain technical fields such as the steel industry or metallurgy, the products of substantial mass are conditioned during their development and during their treatment, in the form of a coil or sheets stored in heaps, products which require for their cleaning and degreasing significant means of unwinding, winding or handling.
Le but de l'invention est de réaliser un dégraissage des produits dans leur état de stockage, bien que leurs surfaces à nettoyer soient en contact les unes avec les autres par superposition, c'est-à-dire sans déroulement ou sans séparation des tas. The object of the invention is to perform a degreasing of the products in their storage state, although their surfaces to be cleaned are in contact with each other by superposition, that is to say without unwinding or without separation of the heaps .
L'invention a pour objet un procédé de nettoyage et de dégraissage de produits métalliques conditionnés sous forme de bobine ou de feuilles superposées formant un tas, caractérisé en ce que l'on traite le produit sous sa forme de conditionnement, dans un milieu constitué d'un fluide à l'état supercritique. The subject of the invention is a method of cleaning and degreasing metal products packaged in the form of a coil or of superimposed sheets forming a pile, characterized in that the product is treated in its packaging form, in a medium consisting of '' a fluid in the supercritical state.
Les autres caractéristiques de l'invention sont:
- le fluide utilisé à l'état supercritique est le dioxyde de carbone,
- le produit à traiter est soumis à un flux de fluide supercritique, à une pression supérieure à 100 bars et à une température supérieure à 3O0C,
- le fluide supercritique comprend un additif modificateur de polarité choisi parmi un alcane, les alcools inférieurs comme le méthanol et l'éthanol, 1 'eau. The other characteristics of the invention are:
- the fluid used in the supercritical state is carbon dioxide,
the product to be treated is subjected to a flow of supercritical fluid, at a pressure higher than 100 bars and at a temperature higher than 30 ° C.,
- The supercritical fluid comprises an additive modifying polarity chosen from an alkane, lower alcohols such as methanol and ethanol, 1 water.
L'invention concerne également une installation pour la mise en oeuvre du procédé, comprenant une source de dioxyde de carbone reliée à un échangeur communiquant avec une pompe d'aspiration du fluide dans un autoclave destiné à contenir le produit métallique à traiter, et des moyens d'évacuation hors de l'autoclave, caractérisée en ce qu'elle comprend un réacteur interposé entre la pompe et l'autoclave, relié à ces éléments et qui contient un additif modificateur de polarité destiné à se dissoudre dans le dioxyde de carbone refoulee par la pompe, cet additif étant un composé choisi pour augmen ter le pouvoir de solvatation, par le dioxyde de carbone, de résidus organiques présents sur la surface métallique du produit à traiter dans sa forme de stockage. The invention also relates to an installation for implementing the method, comprising a source of carbon dioxide connected to an exchanger communicating with a fluid suction pump in an autoclave intended to contain the metal product to be treated, and means evacuation from the autoclave, characterized in that it comprises a reactor interposed between the pump and the autoclave, connected to these elements and which contains a polarity-modifying additive intended to dissolve in the carbon dioxide discharged by the pump, this additive being a compound chosen to increase the solvating power, by carbon dioxide, of organic residues present on the metal surface of the product to be treated in its storage form.
L'invention sera maintenant décrite ci-après en référence aux dessins qui illustrent une forme de réalisation du procédé et de l'installation selon l'invention. The invention will now be described below with reference to the drawings which illustrate an embodiment of the method and the installation according to the invention.
La figure 1 est une vue représentant schématiquement le circuit d'une installation de nettoyage et de conditionnement de surfaces de produits métalliques adaptée pour la mise en oeuvre de l'invention. FIG. 1 is a view schematically showing the circuit of an installation for cleaning and conditioning surfaces of metal products suitable for implementing the invention.
La figure 2 est une vue en coupe axiale à échelle agrandie d'un réacteur faisant partie de l'installation de la Fig.1, destiné à contenir l'additif prévu par l'invention. Figure 2 is an axial sectional view on an enlarged scale of a reactor forming part of the installation of Fig.1, intended to contain the additive provided by the invention.
La figure 3 est un enregistrement obtenu par spectrométrie infra-rouge mettant en évidence la présence et l'absence de contaminant organique, avant et après mise en oeuvre du procédé selon l'invention dans le cas où le dioxyde de carbone est mélangé avec de 1 'éthanol. Figure 3 is a recording obtained by infrared spectrometry showing the presence and absence of organic contaminant, before and after implementation of the method according to the invention in the case where the carbon dioxide is mixed with 1 ethanol.
La figure 4 est un diagramme infra-rouge analogue à celui de la Fig.3, représentant une analyse de surface après mise en oeuvre du procédé à partir d'un mélange de méthanol et de dioxyde de carbone supercritique. Figure 4 is an infrared diagram similar to that of Fig.3, showing a surface analysis after implementation of the process from a mixture of methanol and supercritical carbon dioxide.
Les figures 5, 6, 7 et 8 montrent des analyses de surfaces par spectrométrie infra-rouge de surfaces en fonction de la position de la spire dans la bobine après traitement de ladite bobine par fluide supercritique. FIGS. 5, 6, 7 and 8 show analyzes of surfaces by infrared spectrometry of surfaces as a function of the position of the turn in the coil after treatment of said coil with supercritical fluid.
Le procédé de nettoyage et dégraissage de produits métalliques sous forme de feuilles superposées formant un tas ou de bobine, a toujours été réalisé soit en dissociant les éléments des tas, soit en déroulant la bobine, car il n'était pas concevable de procéder autrement, au risque de réaliser un nettoyage incorrect ou encore de ne réaliser aucun nettoyage
Or il s'est avéré qu'en traitant le produit dans sa forme de stockage telle que bobine ou feuilles superposées dans un milieu constitué d'un fluide supercritique, il était effectivement possible d'obtenir des surfaces dégraissées et propres malgré la superposition et en dépit de ce préjugé.The process of cleaning and degreasing metallic products in the form of superimposed sheets forming a heap or coil, has always been carried out either by dissociating the elements from the heaps, or by unwinding the coil, because it was not conceivable to proceed otherwise, at the risk of carrying out an incorrect cleaning or of not carrying out any cleaning
However, it turned out that by treating the product in its storage form such as reel or sheets superimposed in a medium consisting of a supercritical fluid, it was actually possible to obtain degreased and clean surfaces despite the superposition and in despite this prejudice.
La viscosité du fluide supercritique, proche de celle des gaz, permet au fluide de dessolubiliser l'huile répartie entre les spires d'une bobine ou entre les feuilles constituant un tas. La très faible viscosité du fluide et le fait que le flux sous la bobine se fasse sous pression, permettent l'immixtion de ce fluide à grande masse volumique dans des interstices ménagés par exemple entre des spires Ainsi les produits peuvent être traités dans leur conditionnement de stockage. The viscosity of the supercritical fluid, close to that of gases, allows the fluid to dissolve the oil distributed between the turns of a coil or between the sheets constituting a heap. The very low viscosity of the fluid and the fact that the flow under the coil takes place under pressure, allow the interference of this fluid with high density in interstices formed for example between turns. Thus the products can be treated in their packaging of storage.
Conformément au procédé visé par l'invention, on mélange le fluide supercritique avec un additif accroissant la solubilité dans le mélange de résidus organiques présents sur la surface métallique à traiter, cet additif étant un modificateur de polarité tel qu'un alcool comme par exemple de méthanol, du méthanol, ou un alcane, ou de l'eau. In accordance with the process targeted by the invention, the supercritical fluid is mixed with an additive which increases the solubility in the mixture of organic residues present on the metal surface to be treated, this additive being a polarity modifier such as an alcohol such as for example methanol, methanol, or an alkane, or water.
Les produits sont de préférence soumis à un flux de fluide supercritique à une pression de 150 à 200 bars et une température de 40 C. The products are preferably subjected to a flow of supercritical fluid at a pressure of 150 to 200 bars and a temperature of 40 C.
L'installation représentée schématiquement sur la figure 1 comprend une source 1 de dioxyde de carbone (bouteille de gaz) comprimé, un échangeur formé par un condenseur 2 relié d'une part à la source 1 par une canalisation équipée d'une vanne d'arrêt 3, et d'autre part relié à un pot de réserve 4. The installation shown diagrammatically in FIG. 1 comprises a source 1 of compressed carbon dioxide (gas cylinder), an exchanger formed by a condenser 2 connected on the one hand to the source 1 by a pipe fitted with a valve stop 3, and on the other hand connected to a reserve pot 4.
Ce dernier est à son tour relié à une pompe 5 par exemple du type 't seringue", d'où part une canalisation 6 qui débouche dans un réacteur 7, représenté en détail à la Fig.2. The latter is in turn connected to a pump 5, for example of the “t syringe” type, from which a pipe 6 which opens into a reactor 7, shown in detail in FIG.
Ce dernier est relié à un réchauffeur 8 qui communique avec un autoclave 9 relié à un pot de charbon actif Il par une canalisation sur laquelle est placée une vanne de détente 12
Enfin le pot de charbon actif 11 est relié au pot de réserve 4 par une canalisation pour régler la quantité de C02.The latter is connected to a heater 8 which communicates with an autoclave 9 connected to a pot of activated carbon II by a pipe on which is placed an expansion valve 12
Finally, the pot of activated carbon 11 is connected to the reserve pot 4 by a pipe to adjust the amount of C02.
A l'exception du réacteur 7, tous les organes représentés sur la Fig.1 sont connus en soi, de même que le circuit qu'ils constituent ensemble, de sorte qu'une description plus détaillée de cette installation n'est pas nécessaire. With the exception of reactor 7, all the members shown in Fig.1 are known per se, as well as the circuit they constitute together, so that a more detailed description of this installation is not necessary.
L'autoclave 9 est dimensionné de manière appropriée pour pouvoir contenir les produits métalliques à traiter, par exemple des produits sidérurgiques tels que ceux déjà mentionnés. L'autoclave 9 est conditionné en pression par la pompe 5 et en température par un bain chaud de manière connue, pour mettre le fluide qu'il reçoit dans un état supercritique. Le pot 4 de stockage est maintenu à -50C. The autoclave 9 is appropriately sized to be able to contain the metal products to be treated, for example steel products such as those already mentioned. The autoclave 9 is conditioned by pressure by the pump 5 and by a hot bath temperature in known manner, to put the fluid it receives in a supercritical state. The storage pot 4 is kept at -50C.
Le réacteur 7 comprend (Fig.2) une enceinte 13 dont la paroi est percée d'une ouverture d'entrée de la canalisation 6 dont l'extrémité plonge dans un bain d'additif 14. La paroi est percée d'une seconde ouverture 15 de sortie du mélange gazeux obtenu, située à une hauteur appropriée au-dessus du fond de l'enceinte 13. The reactor 7 comprises (FIG. 2) an enclosure 13, the wall of which is pierced with an inlet opening of the pipe 6, the end of which plunges into an additive bath 14. The wall is pierced with a second opening 15 for the outlet of the gaseous mixture obtained, situated at an appropriate height above the bottom of the enclosure 13.
L'enceinte 13 est obturée à sa partie supérieure par un système de fermeture appropriée.The enclosure 13 is closed at its upper part by an appropriate closure system.
Dans le cadre du procédé conforme à l'invention, le fonctionnement de l'installation qui vient d'être décrite s'effectue de la manière suivante. In the context of the process according to the invention, the operation of the installation which has just been described takes place in the following manner.
Le dioxyde de carbone CA est condensé dans l'échangeur 2, puis stocké dans la réserve 4 à -50C. Le fluide sur-refroidi est ensuite introduit à l'aide de la pompe 5 dans le réacteur 7 contenant un additif 14 approprié. Ce dernier peut être, par exemple un modificateur de polarité tel qu'un alcool léger, éthanol, méthanol, ou de l'eau ou encore un alcane. The carbon dioxide CA is condensed in the exchanger 2, then stored in the reserve 4 at -50C. The super-cooled fluid is then introduced using the pump 5 into the reactor 7 containing an appropriate additive 14. The latter can be, for example a polarity modifier such as a light alcohol, ethanol, methanol, or water or even an alkane.
L'additif se dissout dans le gaz, et le mélange gazeux sort du réacteur 7 par l'ouverture 15 vers le réchauffeur 8. The additive dissolves in the gas, and the gas mixture leaves the reactor 7 through the opening 15 towards the heater 8.
Lors du passage sur le produit métallique placé dans l'autoclave 9, le mélange du dioxyde de carbone à l'état supercritique et de l'un des additifs précités se charge des résidus organiques superficiels. Ces extraits sont absorbés dans le piège constitué par le pot 11, après avoir subi une détente isotherme à travers la vanne à aiguille 12. Cette dernière ainsi que le piège 11 sont immergés dans un bain chaud, afin d'éviter tout point froid favorisant la démixtion des solutés dissouts. Le dioxyde de carbone purifié peut ensuite être recyclé. During the passage over the metal product placed in the autoclave 9, the mixture of carbon dioxide in the supercritical state and one of the abovementioned additives takes charge of the organic surface residues. These extracts are absorbed in the trap constituted by the pot 11, after having undergone an isothermal expansion through the needle valve 12. The latter as well as the trap 11 are immersed in a hot bath, in order to avoid any cold spot favoring the demixing of dissolved solutes. The purified carbon dioxide can then be recycled.
A titre d'exemple numérique indicatif, le nettoyage d'une bobine d'une bande d'acier recouverte d'une huile de laminage est réalisé avec un mélange de C02 additionné de méthanol à une pression de 120 bars, le fluide à la température de 4O0C ayant circulé dans l'installation pendant une heure. As an indicative numerical example, the cleaning of a coil of a steel strip covered with a rolling oil is carried out with a mixture of C02 added with methanol at a pressure of 120 bars, the fluid at temperature of 4O0C having circulated in the installation for one hour.
Durant la phase d'extraction ou de traitement de la surface du produit par le mélange du COX supercritique et de l'additif, des phénomènes chimiques et de physisorption du fluide permettent de modifier les propriétés de surface du produit dans son conditionnement de stockage. En effet ce mélange permet d'augmenter le pouvoir de solvatation vis-à-vis des contaminants organiques, et de faire varier les compositions du film superficiel laissé sur le produit métallique. During the extraction or treatment phase of the product surface by mixing the supercritical COX and the additive, chemical phenomena and physisorption of the fluid make it possible to modify the surface properties of the product in its storage packaging. Indeed, this mixture makes it possible to increase the solvating power with respect to organic contaminants, and to vary the compositions of the surface film left on the metal product.
Le graphique de la Fig.3, obtenu par l'analyse de surface de tôles d'acier en sortie du laminage et traitées, montre la variation de l'absorbance en fonction du nombre d'ondes, et met en évidence les espèces présentes à la surface après traitement. La courbe 1 résulte d'essais réalisés à partir d'un mélange de CO2 supercritique et d'éthanol, tandis que la courbe référencée 2 est obtenue uniquement à partir de CO2 supercritique. The graph in Fig. 3, obtained by the surface analysis of steel sheets leaving rolling and processed, shows the variation in absorbance as a function of the number of waves, and highlights the species present at the surface after treatment. Curve 1 results from tests carried out from a mixture of supercritical CO2 and ethanol, while curve referenced 2 is obtained only from supercritical CO2.
La courbe 1 de la Fig.3 montre qu'il ne reste pratiquement plus rien des résidus organiques constatés sur la courbe 2, ce qui montre l'efficacité de l'addition d'éthanol au CO2 supercritique. Cette addition a en effet complètement éliminé l'huile résiduelle. Ce résultat très avantageux peut s'expliquer par le fait que la limite de solubilité de l'huile dans le CO2 supercritique seul (Fig.4 courbe 1) est assez rapidement atteinte, en raison de la grande quantité d'huile présente sur une tôle de laminage, alors que cette solubilité est très nettement augmentée dans un mélange d'éthanol (Fig.3 courbe 1) ou de méthanol (Fig.4 courbe 2) et de CO2 supercritique. Curve 1 in Fig. 3 shows that practically nothing remains of the organic residues observed on curve 2, which shows the efficiency of the addition of ethanol to supercritical CO2. This addition effectively completely removed the residual oil. This very advantageous result can be explained by the fact that the limit of oil solubility in supercritical CO2 alone (Fig. 4 curve 1) is fairly quickly reached, due to the large amount of oil present on a sheet. of rolling, while this solubility is very markedly increased in a mixture of ethanol (Fig.3 curve 1) or methanol (Fig.4 curve 2) and supercritical CO2.
L'ajout d'un modificateur de polarité augmente très nettement la solubilité de l'huile dans le CO2 et ainsi améliore l'efficacité du traitement. Cette adjonction permet également de réduire le temps nécessaire à l'extraction. The addition of a polarity modifier very clearly increases the solubility of the oil in CO2 and thus improves the efficiency of the treatment. This addition also reduces the time required for extraction.
L'invention est susceptible de recevoir de nombreuses variantes d'exécution, divers additifs pouvant être utilisés en modificateurs de polarité, notamment avec de l'eau ou un alcane. The invention is capable of receiving numerous variants, various additives that can be used as polarity modifiers, in particular with water or an alkane.
Les Fig.5 à 8 montrent des analyses de surfaces par spectrométrie infra-rouge (absorbance en fonction du nombre d'ondes) après traitement par fluide supercritique sur une bobine, pour des spires référencées S6, S9j S12, S15 sur chaque diagramme respectif. Les courbes référencées (1) concernent le traitement par un solvant classique et ultra-sons, les courbes (2) étant celles obtenues avec un fluide supercritique. On remarque que quelle que soit la spire (S6,...515) le traitement par le fluide supercritique est supérieur en qualité par comparaison avec un traitement sous solvant classique et ultra-sons. Figs. 5 to 8 show analyzes of surfaces by infrared spectrometry (absorbance as a function of the number of waves) after treatment with supercritical fluid on a coil, for turns referenced S6, S9j S12, S15 on each respective diagram. The curves referenced (1) relate to the treatment with a conventional solvent and ultrasound, the curves (2) being those obtained with a supercritical fluid. It is noted that whatever the turn (S6, ... 515) the treatment with the supercritical fluid is superior in quality by comparison with a treatment under conventional solvent and ultrasound.
L'invention permet de réaliser le nettoyage des surfaces de produits métalliques dans leur conditionnement, d'éliminer totalement entre spires et feuilles tous les résidus organiques et de conférer aux surfaces métalliques traitées des caractéristiques d'emploi supérieures : aptitude aux traitements de surface (phosphatation, revêtements organiques, peintuEes), collage, protection temporaire et résistance à la corrosion. The invention makes it possible to carry out the cleaning of the surfaces of metal products in their packaging, to completely eliminate between turns and sheets all the organic residues and to confer on the treated metal surfaces superior characteristics of use: aptitude for surface treatments (phosphating , organic coatings, painted), bonding, temporary protection and corrosion resistance.
Claims (6)
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| FR9200557A FR2686351A1 (en) | 1992-01-20 | 1992-01-20 | Process for cleaning and degreasing metal products packaged in reel or sheet form forming a stack and plant for its use |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| FR9200557A FR2686351A1 (en) | 1992-01-20 | 1992-01-20 | Process for cleaning and degreasing metal products packaged in reel or sheet form forming a stack and plant for its use |
Publications (2)
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Family
ID=9425794
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|---|---|---|---|
| FR9200557A Granted FR2686351A1 (en) | 1992-01-20 | 1992-01-20 | Process for cleaning and degreasing metal products packaged in reel or sheet form forming a stack and plant for its use |
Country Status (1)
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| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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- 1992-01-20 FR FR9200557A patent/FR2686351A1/en active Granted
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Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| FR2686351B1 (en) | 1995-03-03 |
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