Brevet FR2512071A1 — publié le 19830304

La presente invention concerne un appareil de phosphatation d'une surface métallique par trempage. Plus précisément, elle concerne un perfectionnement aux appareils de phosphatation de substrats métalliques tels que les carrosseries d'automobiles. Lorsque les substrats métalliques sont soumis à un traitement par une solution de phosphatation formant un bain, une quantité importante de boue contenant des sulfates insolubles se forme comme sous-produit. Si la boue n'est pas évacuée du bain, elle s'accumule dans celuici et adhère aux substrats métalliques, si bien que le rinçage à l'eau devient difficile et incomplet et provoque un revetement déficient. Pour cette raison, la teneur en boue d'un bain de traitement de carrosseries d'automobiles doit être maintenue par exemple à moins de 300 ppm. A cet effet, la solution de phosphatation doit être extraite d'une cuve, sousmise à une filtration qui en élimine la boue et renvoyée dans le bain.Cependant, l'appareil utilisé en pratique pour la phosphatation des carrosseries d'automobiles a une grande capacité ; par exemple, il a souvent la configuration d'un récipient de 2,8 m de largeur, de 25 m de longueur maximale, de 3 m de profondeur et de 120 m3 de capacité, une quantité de 10 m3 de solution de phosphata- tion circulant par minute. Ainsi, l'appareillage de filtration doit avoir une capacité de traitement d'une quantité suffisammlent grande de solution de phosphatation et des propriétés de filtration efficaces afin qu'il sépare la boue à l'état finement divise. La construction d'un tel appareillage de filtration est difficile en pratique. En général, la boue précipite au fond de la cuve. Lorsque des substrats métalliques sont soumis à un traitement par trempage au cours d'un transport continu, la boue qui précipite s'accumule progressivement du côté de la sortie du bain. Lorsque l'accumulation augmente, la boue vient au contact des substrats métalliqueset elle est extraite hors du bain avec ces substrats si bien qu'elle provoque un revêtement deficient. On a proposé de remédier à cet inconvénient par formation d'une cavité au fond de la cuve, en vue de l'accumulation de la boue. Ainsi, une partie de la solution de phosphatation est projetée vers la boue précipitée afin que celle-ci soit transportée dans la cavité, et la boue accumulée dans cette cavité est évacuée hors de la cuve (modèle d'utilité japonais publié et non examiné nO 157 918/1979).Cependant, la boue précipitée, qui se trouve à un état finement divisé, peut tourbillonner et se redisperser lors du transport des substrats métalliques dans le bain et aussi lorsque la-solution de phosphatation est projetée afin qu'elle accumule la boue. En conséquence, une accumulation efficace de la boue précipitée, dans la cavité, devient difficile, de même que l'en lèvement de la boue contenue dans cette cavité, avec une concentration supérieure à 1000 ppm, considérée comme nécessaire à une séparation efficace de la boue par filtration. L'invention concerne un appareil de phosphatation d'une surface métallique, dans lequel la boue formée comme sous-produit s'accumule en fait dans une cavité formée au fond de l'appareil et est évacuée du bain avec une concentration élevée, qui suffit pour une filtration efficace. Elle concerne aussi un procédé d'élimination efficace de la boue constituant un sous-produit d'un traitement par trempage d'une surface métallique dans un bain contenant une solution de phosphatation,hors d'une cuve et sans que le traitement continu par trempage cesse de donner un revêtement satisfaisant. L'appareil de traitement par trempage selon l'invention comporte (a) un bain placé dans une cuve ayant au moins une cavité permettant l'accumulation de la boue, à la partie inférieure, (b) un dispositif de projection destiné à former un courant de solution de phosphatation qui suffit au transport de la boue précipitée au fond vers la cavité et à son accumulation dans celle-ci, (c) plusieurs plaques de guidage disposées près du fond mais au-dessus de ce courant afin qu'elles délimitent des passages pour ce courant, en empêchant le tourbillonnement ou la redispersion de la boue qui s'est précipitée ou accumulée, les plaques de guidage formant des angles ne dépassant pas 900 avec la direction du courant, et (d) un dispositif d'évacuation destiné à l'extraction de la boue accumulee dans la cavité destinée à la contenir. 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 la figure 1 est une coupe schématique d'un mode de réalisation d'appareil selon l'invention ; la figure 2 est une perspective d'-un mode de réalisation de plaques de guidage incorporées à l'appareil selon l'invention ; la figure 3 est une coupe schématique d'un autre mode de réalisation d'appareil selon l'invention ; la figure 4 est une coupe schématique d'un autre mode de réalisation d'appareil selon l'invention ; et la figure 5 est une vue schématique en plan de l'appareil représenté sur la figure 4. Sur la figure 1, une cuve 1 a une configuration comprenant des plans inclinés aux extrémités, convenant au traitement d'un substrat métallique 2 par trempage, avec transport continu par un transporteur 3. La cuve peut avoir une autre configuration éventuellement, par exemple sans parties inclinées aux extrémités. Du côté d'entrée de la cuve 1, un réservoir 4 de débordement est habituellement prévu. A la partie inférieure de la cuve 1, habituellement dans la partie horizontale la (appelée dans la suite du présent mémoire "fond horizontal"), une cavité 5 d'accumulation de boue est disposée. Cette cavité 5 peut avoir toute forme convenable, de préférence celle d'une pyramide ou d'un-cône inversé, se rétrécissant vers le bas et disposée sur toute la largeur de la cuve 1.Une tuyauterie 6 est placée à la partie inférieure de la cavité 5 et est munie d'une vanne, et la boue accumulée dans la cavité est évacuée par la tuyauterie 6. L'autre extrémité de celle-ci est reliée à l'aspiration d'une pompe 7. Une tuyauterie 8 munie d'une vanne est reliée au refoulement de la pompe 7 et est destinée à transmettre la solution de phosphatation contenant la boue à un filtre non représenté. Le filtrat (c'est-à-dire la solution de phosphatation) séparé de la boue par le filtre peut le cas échéant être renvoyé dans la cuve 1 ou dans le réservoir 4 de débordement. Une tuyauterie 9 munie d'une vanne est placée en dérivation par rapport à la tuyauterie 8, avant la vanne de celle-ci, -et son autre extrémité débouche dans la cavité 5.Une partie de la solution de phosphatation provenant de la tuyauterie 8 circule dans la tuyauterie 9 vers la cavité 5 afin que la boue ne puisse pas s'accumuler sur la paroi de la cavité 5 et que la boue accumulée dans cette cavité soit fluide si bien que son évacuation hors du bain est assurée efficacement. La référence 10 désigne une tuyauterie de purge munie d'une vanne. Le réservoir 4 de débordement est relié à une tuyauterie 11 munie d'une vanne, destinée à extraire une partie de la solution de phosphatation, et la tuyauterie 11 est reliée à son autre extrémitéà l'aspiration d'uné pompe 12. Lorsque le réservoir 4 de débordement n'est pas utilisé, la tuyauterie 11 peut être reliée à la cuve I en toute position voulue autre que le fond. Une tuyauterie principale 13 est reliée au refoulement de la pompe 12, et plusieurs canalisations 14 munies de vannes sont montéesen dérivation par rapport à la tuyauterie principale 13. Les extrémités des tuyauteries 14 sont reliées à d'autres tuyauteries 15 disposées sur le fond horizontal la et sur les parties inclinées lb et lc, en avant et en arrière du fond horizontal la. Ces parties inclinées avant et arrière correspondent respectivement aux fonds des parties d'entrée et de sortie et on les appelle dans la suite "fond(s) incliné(s)". Chaque tuyauterie 15 a plusieurs trous (non représentés) destinés à projeter la solution de phosphatation dans la direction des flèches, c'est-à-dire vers la cavité 5. Lorsque cette solution est projetée par les trous, la solution s'écoule si bien que la boue précipitée au fond de la cuve 1 est transportée vers la cavité 5 et s'y accumule.La configuration et la disposition des~tuyau- teries 15 peuvent être convenablement choisies afin que le courant suffise au transport de la boue précipitée vers la cavité 5 et à son accumulation dans celle-ci. Dans le cas représenté sur la figure 1, la cavité 5 a la forme d'une pyramide inversée dont chaque côté a une longueur égale à la largeur de la cuve 1, et les tuyauteries rectilignes sont disposées parallèlement et à intervalles convenables sur toute la largeur de la cuve 1. Les intervalles de cet arrangement dans un appareil réel de traitement de carrosseries d'automobiles peuvent être par exemple compris entre 0,5 et 1 m, et la quantité de solution de phosphatation projetée par les trous peut être comprise entre 20 et 50 1/min pour chaque tuyauterie de projection. Plusieurs plaques 16 de guidage qui forment les passages de circulation de la solution de phosphatation, sont placées près du fond de la cuve contenant le bain mais au-dessus du courant de solution de phosphatation formé au fond de la cuve par projection de la solution par des tuyauteries 15. L'arrangement des plaques 16 de guidage recouvre de préférence pratiquement tout le fond y compris la cavité 5. La figure 2 représente un mode de réalisation de plaques 16 de guidage, dans lequel chaque plaque 17 est inclinée et a une longueur telle qu'elle recouvre toute la largeur de la cuve 1. Lorsque plusieurs plaques sont disposées en parallele à intervalles convenables, elles forment des passages 18 de solution de phosphatation. L'arrangement des plaques 17 est fixe par des pièces 19 de sup- port. La plaque 17 peut être perpendiculaire ou inclinée suivant un angle aigu vers l'arrière, de préférence compris entre 20 et 90 vers l'arrière, par rapport au courant de solution de phosphatation.De cette manière, la boue qui accompagne la solution de phosphatation qui s'écoule entre les plaques 16 et le fond de la cuve ne peut pas tourbillonner et se redisperser dans la solution de phosphatation, au-delà de ces plaques 16. L'inclinaison des plaques 17 correspond de préférence à un angle aigu vers l'arrière, au-dessus du fond horizontal la (sauf au-dessus de la cavité 5) et au-dessus des fonds inclinés lb et lc, et elle correspond à un angle droit ou à un angle aigu vers l'arrière, mais de préférence un angle droit, au-dessus de la cavité 5. En conséquence, les plaques 16 sont habituellement disposées en plusieurs blocs suivant la structure du fond.Les plaques 16 sont de préférence formées de toute matière qui résiste suffisamment à la corrosion par la solution de phosphatation et aux chocs mecaniques dus à la chute de substrats métalliques. Un exemple particulier d'une telle matière est l'acier inoxydable. En outre, les plaques 16 sont de préférences réalisées de manière qu'elles puissent être facilement détachées et permettent une inspection et un entretien commodes de l'appareil. L'inclinaison, l'intervalle de l'arrangement, la hauteur, l'espacement par rapport au fond, etc. peuvent être réglés de façon convenable suivant la configuration de la cuve, la quantité et la propriété de la boue, l'état du courant de la-solution de phosphatation, etc.Par exemple, dans un appareil réel de traitement de carrosseries d'automobiles, l'inclinaison peut être comprise entre 20 et 90a vers l'arrière par rapport au courant. Lorsque cet angle est trop faible, la boue peut s'accumuler sur la plaque inclinée 17 et peut ne pas pénétrer dans le courant de solution de phsophatation. Lorsque l'angle est trop important, une partie du courant de solution de phosphatation vient au-dessus des plaques 16 et provoque un tourbillonnement et une nouvelle dispersion de la boue. Un angle avantageux est normalement compris entre 40 et 60 . L'intervalle des plaques inclinees 17 dans leur arrangement peut être compris entre 10 et 120 mm. Lorsque cet intervalle est trop faible, le passage 18 de solution peut être bouché par la boue. Lorsqu'il est trop grand, l'effet technique attribué aux plaques inclinées 17 dis parait. Un intervalle avantageux dans un tel arrangement est compris entre 50 et 90 mm. La hauteur peut être au moins égale à 50 mm. Si elle est trop faible, l'effet préventif des plaques 16 sur le tourbillonnement et la redispersion de la boue, est insuffisant.Si elle est trop grande, la capacité de la cuve doit être accrue afin que les substrats métalliques ne viennent pas au contact des plaques 16 de guidage. La hauteur la plus avantageuse est comprise entre 100 et 200 mm. La distance séparant le fond de la cuve et les plaques 16 peut être d'au moins 50 mrti. Si elle est trop faible, ltespace réservé à l'écoulement de la solution de phosphatation ne peut pas être obtenu, une perturbation du courant est induite, et la boue subit un tourbillonnement. Si elle est trop grande, la capacité de la cuve doit être accrue afin que les substrats métalliques ne viennent pas au contact des plaques 16. Une distance avantageuse est comprise entre 100 et 200 mm. Dans l'appareil représenté sur la figure 3 sur laquelle les références identiques à celles de la figure 1 désignent des éIéments'analogues, plusieurs cavités 5 sont formées suivant des arrangements parallèles, au-dessus du fond globalement horizontal de la cuve 1, chaque cavité comportant un dispositifs d'évacuation de la boue. Toutes les plaques 16 de guidage disposées au-dessus du fond horizontal ont une inclinaison de 900. Ceci constitue les seules différences avec l'appareil représenté sur la figure 1. Exemple 1 On effectue un traitement par trempage de substrats métalliques en vue de leur phosphatation, à l'aide d'une cuve à extrémitésinclinées (telle que représentée sur la figure 1) ayant une largeur de 0,5 m, une longueur maximale de 2 m, une profondeur de 1 m et une capacité de 1 m , à l'aide d'une solution de phosphate de zinc "Granodine SD 2 000" (fabrique par Nippon Paint Co., Ltd.) contenant de la boue à une concentration de 500 ppm, dans les conditions suivantes : débit de circulation de solution de phosphata tion 70 1/min, vitesse de la solution de phosphatation au fond 0,8 m/s. Après traitement continu pendant 2 heures (surface traitée de 60 m2), on détermine les concentrations de la boue dans les positions a et b repérées sur la figure 1.Les résultats figurent dans le tableau I, pour divers modes de réalisation des plaques 16 de guidage. TABLEAU I Concentration de la s- Plaques inclinées Concentration boue boue n Angle Inter- Hauteur Distance Position Position d'in- valle (mm) du fond a b linai- dè l'ar- (inin) (ppm) (ppm) son range (o) ment (mm) 1 60 70 150 100 1753 158 2 20 70 150 100 1285 285 3 90 70 150 100 1705 172 4 60 70 50 100 1247 293 5 60 10 150 100 2012 109 6 60 120 150 100 1572 206 7 pas de plaques inclinées 680 453 8 10 70 150 100 517 509 9 120 70 150 100 852 400 O 60 70 30 100 785 423 11 60 5 150 100 501 ; 509 12 60 200 150 100 965 378 Les essais 1 a 6 correspondent à la mise en oeuvre de l'invention, et les essais 7d 12 sont des exemples comparatifs.Comme l'indiquent les résultats qui précèdent, la concentration de la boue dans la solution de phsophatation, dans la position b à laquelle les substrats métalliques sont soumis au traitement par trempage, est suffisamment faible et d'autre part la concentration de la boue dans la position a, c'est- -dire dans la cavité, est suffisamment grande pour que la séparation par filtration soit réalisée efficacement. La mesure de la quantité de boue dans la solution de phosphatation est effectuée par mise en oeuvre de la méthode décrite dans la norme japonaise JIS K0102 10.2 (matières solides en suspension). Dans l'essai 2, on observe une certaine accumulation de boue sur les plaques inclinées. Dans l'essai 5 on observe un bouchage par la boue dans certains passages. Dans l'essai 11, lue courant est satisfaisant dans une étape initiale, mais un bouchage apparaît dans la plupart des passages au cours du temps. L'appareil représenté sur les figures 4 et 5 comporte en outre un dispositif d'évacuation d'une partie au moins de la boue précipitée et accumulée sur le fond horizontal la hors de la cuve, sans transfert à la cavité 5. Plus précisément, des tuyauteries verticales 21 d'aspiration sont disposées dans la cuve 1 et passent à travers les plaques 16 au voisinage d'une paroi latérale. La partie inférieure 22 de la tuyauterie 21 est repliée à angle droit, horizontalement, le long du fond horizontal la, à une distance déterminée du fond horizontal (par exemple comprise entre 50 et 100 mm). A la partie inférieure 22, des trous formés à sa circonférence (et non représentés) sont destinés à aspirer la solution de phosphatation contenant la boue. Ces trous sont de préférence formés sur le côté tourné vers le fond horizontal la.La tuyauterie 21 d'aspiration comporte, à son extrémité supérieure et au-dessus de la surface de la solution de phosphatation, un raccord 23 à rotule relié à un dispositif 24 d'entraînement. Grâce à ce dispositif 24, la tuyauterie 21 peut tourner librement autour d'un axe. Lorsque cette tuyauterie 21 tourne, l'extrémité de sa partie inférieure 22 décrit alternativement un lieu semi-circulaire tel que représenté sur la figure 5. La vitesse de rotation peut être d'environ 0,5 à 5 m/min à l'extrémité. La tuyauterie 21 est reliée à une tuyauterie 25 munie d'une vanne par l'intermédiaire du raccord 23. Cette tuyauterie 25 est reliée à l'aspiration d'une pompe 26.Le refoulement de cette dernière est relié à une tuyauterie 27 munie d'une vanne, destinée à transmettre la solution de phosphatation contenant la boue à un filtre (non représenté). Le filtrat (c'est-à-dire la solution de phosphatation) peut être renvoyé dans la cuve 1 après filtration, ou dans le réservoir 4 de débordement le cas échéant. Le dispositif d'évacuation de la boue du fond horizontal la peut être utilisé seul ou a plusieurs exemplaires suivant la largeur du fond horizontal la. Une ou plusieurs tuyauteries 15 peuvent être disposées le cas échéant sur le fond horizontal la, dans la zone qui se trouve en dehors de la plage de rotation de la partie inférieure 22 de la tuyauterie 21 afin qu'elles transmettent la boue de cette zone vers la plage de rotation ou vers la cavité 5. Lorsque l'appareil comporte plusieurs dispositifs d'évacuation, ils peuvent tous être disposés du côté d'une paroi latérale de la cuve 1 comme indiqué sur la figure 5, ou ils peuvent être placés le long des deux parois latérales de la cuve 1, avec des différences de hauteurs afin que les parties horizontales inférieures 22 ne puissent pas se heurter.En outre, la partie horizontale inférieure 22 qui est réglée parallèmement à la largeur de la cuve 1, peut être entraînée alternativement en direction longitudinale par rapport à la cuve 1. Exemple 2 On traite des substrats métalliques par trempage afin qu'ils soient phosphatés, à l'aide d'une cuve à extrémités inclinées (telle que représentee sur la figure 4) ayant pratiquement la même dimension que dans l'exemple 1, à l'aide d'une solution de phosphate de zinc Granodine SD 2 000" contenant la boue à une concentration de 500 ppm, dans les mêmes conditions que dans l'exemple 1, mais avec évacuation continue de la solution de phosphatation contenant la boue avec un débit de 10 I/min, par l'intermédiaire de deux tuyauteries d'aspiration, la solution de phosphatation évacuée étant filtrée afin que la boue en soit éliminée et le filtrat formé étant renvoyé dans la cuve.Après trai tement continu pendant 2 heures surface traitée 60 m2), on détermine les concentrations de la boue dans les positions a et b repérées sur la figure 4. Les résultats fi- gurent dans le tableau II qui suit, pour divers modes de réalisation des plaques 16 de guidage. TABLEAU II Es- Plaques inclinées Concentration de boue sai la boue n0 Angle I Inter- Hauteur Distance Position Position d'in- valle (mm) du fond a b clinai- de l'ar- (mm) (ppm) (ppm) son rangement (O) (mm) 1 60 70 150 100 1400 120 2 20 70 150 100 1093 260 3 90 70 150 100 1445 150 4 60 70 50 100 998 264 5 60 10 150 100 1608 105 6 60 120 150 100 1258 183 7 pas de plaques inclinées 564 409 8 10 70 150 100 465 453 9 120 70 150 100 768 371 10 60 70 30 100 707 381 11 60 5 150 100 443 462 12 60 200 150 100 835 353 Comme l'indique la comparaison des résultats des tableaux I et II, la disposition des tuyauteries d'aspiration réduit efficacement les concentrations de la boue dans les positions a et b dans le bain. Comme l'indique la description qui précède, l'invention concerne un procédé d'évacuation de boue, mis en oeuvre au cours du traitement par trempage de substrats métalliques dans une cuve contenant un bain de solution de phosphatation, cette cuve ayant un fond qui a de préférence une partie horizontale à un emplacement central et des parties inclinées à l'avant et à l'arrière de cet emplace ment central, ce procédé d'évacuation de la boue constituée par un sous-produit du traitement, hors de la cuve, sans perturbation de la mise en oeuvre continue du traitement, comprenant la précipitation de la boue sur le fond, le transport de a boue précipitée par un courant de solution de phosphatation produit par projection afin que la boue s'accumule dans une cavité formée au fond, et l'extraction de la boue accumulée hors de la cavité par une tuyauterie qui y est disposée, la projection étant assurée par une buse qui forme un courant au-dessous de plusieurs plaques de guidage disposées près du fond, chaque plaque de guidage ayant, par rapport à la direction d'écoulement, une direction faisant un angle qui ne dépasse 900 et qui est de préférence compris entre 20 et 90Q. 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'inven- tion. REVENDICATIONS 1. Appareil de phosphatation d'une surface métallique par trempage dans une solution de phosphatation disposée dans une cuve, une boue formée par un sous-produit précipitantau fond pendant l'opération, ledit appareil étant caractérisé en ce qu'il comprend (a) une cuve (1) ayant au moins une cavité (5) destinée à l'accumulation de la boue au fond, (b) un dispositif (15) de projection destiné à former un courant de solution de phosphatation qui suffit au transport de la boue précipitée au fond vers la cavité afin qu'elle s'accumule dans celle-ci, (c) plusieurs plaques (16) de guidage placées pres du fond mais au-dessus dudit courant afin qu'elles délimitent des passages pour ce courant, en empêchant le tourbillonnement ou la redispersion de la boue précipitée ou accumulée, les plaques de guidage étant inclinées par rapport à la direction dudit courant suivant des angles ne dépassant pas 900, et (d) un dispositif (6) d'évacuation de la boue accumulée dans la cavité. 2. Appareil selon la revendication 1, caractérisé en ce que la cuve (1) a des extrémités de profondeurs variables et son fond comporte une partie horizontale (la) et des parties inclinées (lb, lc) en avant et en arrière de la partie horizontale, une cavité au moins (5) étant formée dans la partie horizontale, le dispositif (15) de projection est disposé dans les parties inclinées, les plaques de guidage (16) sont disposées dans la partie horizontale et dans les parties inclinées, et le dispositif (6) d'évacuation est disposé dans la cavité (5). 3. Appareil selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'il comporte un dispositif d'aspiration (21, 22) disposé dans le courant et destiné à aspirer la boue de celui-ci et à l'évacuer hors de la cuve. 4. Appareil selon la revendication 3, caractérisé en ce que le dispositif d'aspiration (21, 22) est mobile le long du fond. 5. Procédé d'évacuation de la boue constituant un sous-produit du traitement par trempage de substrats métalliques dans une cuve contenant un bain d'une solution de phosphatation, la cuve ayant un fond qui comporte avantageusement une partie horizontale au centre et des parties inclinées en avant et en arrière de la partie centrale, ledit procédé n'empêchant pas le traitement continu par trempage et étant caractérisé en ce qu'il comprend la précipitation de la boue au fond de la cuve, le transport de la boue précipitée par un courant de solution de phosphatation formé par projection afin que la boue s 'accumule dans une cavité disposée dans le fond, et l'évacuation de la boue accumulée dans la cavité par une tuyauterie prévue à cet effet, la projection étant assurée par une buse qui forme un courant au-dessous de plusieurs plaques de guidage disposées près du fond, chacune des plaques de guidage ayant, par rapport à la direction d'écoulement, une inclinaison correspondant à un angle qui ne dépasse pas 900 et qui est de préférence compris entre 20 et 900.